二战结束后,各国防空雷达和防空导弹系统的快速发展直接影响了军用飞机的设计和研制。雷达发出的电磁波编织出一个无形的监视网络,几乎可以看到空中所有的飞行物体。然而,航空技术的发展使飞机能够躲避敌方雷达的探测。隐身战斗机的出现,掀开了军用航空史上的新篇章。本文将介绍世界上第一架隐形战斗机:洛克希德F-117隐形攻击机的故事。
起点:北极熊的论文
1964年,苏联数学家Pyotr Yaklevich Ufimochev在《莫斯科无线电工程学院学报》上发表了一篇论文,题为《物理衍射理论中边缘波的行为》。在这篇论文中,他首先提出物体对雷达电磁波的反射强度与物体的大小无关,而与边缘布局成正比关系。Ufimochev 展示了如何计算飞机表面和边缘的雷达反射器。从他的理论中可以得出结论,即使是非常大的飞机,仍然可以设计成大大降低其发射的雷达信号强度,从而使飞机在雷达屏幕上实现“隐身”。
乌菲切莫夫的理论没有引起苏联军方的足够重视。苏联人认为,为了实现乌菲莫切夫的隐身理论,飞机需要设计成一种相当奇怪的静态不稳定气动外形。在飞行控制不成熟的时代,这样的气动外形很难保证飞行安全。然而,乌菲莫切夫的论文受到了反对者的高度关注。当时,负责收集外国军事技术情报的美国空军外国技术研究办公室发现了乌菲·莫切夫的这篇论文,立即组织工作人员对其发表的论文及相关出版物和书籍进行翻译整理。
对于冷战时期的美国空军来说,研制和装备能够躲避苏联防空雷达监视,深入苏联执行攻击任务的作战飞机,一直是其重要的研究方向之一。越南战争期间,美国轰炸机在面对苏制防空导弹系统时损失惨重。为了深入敌方领空,有效攻击目标,执行电子对抗任务的“野鼬鼠”战机往往需要进行电子干扰或发射反辐射导弹摧毁敌方雷达,而执行“野生黄鼠狼”
搭载“火腿”反辐射导弹的F-4G战机执行野鼬鼠任务
从“有蓝”到“先进”——F-117的早期发展
1975年,美国国防高级研究计划局(DARPA)正式启动了一项代号为“有蓝”的隐身战斗机的绝密研制项目。至于该项目的具体执行者,DARPA选择了洛克希德的“高级开发项目”,即开发了著名的U-2、SR-71“黑鸟”等著名机型的“臭鼬工厂”。
“臭鼬工厂”研发的三款代表机型:F-117A、U-2和SR-71高空侦察机
Hayflane项目的目的主要是验证飞机隐身理论的可行性,并测试和评估飞机的气动外形。所以 Skunk Works 制造了 2 个稍小的原型。为了缩短隐身飞机的研制时间,节约研制成本,臭鼬工厂著名设计师和管理专家凯利约翰逊决定在这个项目上大量利用现有飞机的成熟技术。他带来了T-38A教练机的发动机、F-16战斗机的电传飞行控制系统、A-10攻击机的起落架等等。通过结合现有技术和组件,Skunk Works 预计将每个原型的开发成本保持在 3500 万美元左右。
Haflean项目电磁环境测试机身模型
Havran项目的原型1001
1977年12月1日,“海弗兰”项目原型机实现首飞,但在首飞时,飞行员发现“哈夫兰”的飞行质量很差,飞机起落架突然缩回登陆。飞机故障最终迫使飞行员跳伞,事发后飞机残骸被彻底烧毁。此后绝密飞行中的战斗机,第二架原型机试飞成功。经测试,附近雷达屏幕上没有该机的踪迹,初步证明“海夫蓝”的气动外形满足隐身需求。国防部对“海弗兰”取得的进展相当满意,
1978年11月1日,国防部正式决定生产F-117A,该机的总设计师本·里奇。里奇请来了洛克希德的数学顾问比尔·赫罗德尔和计算机科学家丹尼斯·奥瓦霍斯,他们的团队应用乌菲切莫夫的隐身理论编写了一个名为“Echo”的计算机程序,用于进一步计算和验证飞机的空气动力学形状。飞机。经过计算,F-117A的气动外形可以过滤掉99%的雷达波。
F-117的总设计师:本·里奇,后来也参与了F-22隐身战机项目的研制
从那时起,F-117的发展就非常顺利。第一架 YF-117A 于 1981 年 6 月 18 日在内华达州格鲁姆湖附近的美国军事基地首飞。第一架大规模生产的 F-117A 于 1982 年发射。交付给美国空军第 4450 战术战斗机联队,一年后开始投入使用。
世界上没有不透水的墙,美军正在研制隐身飞机的传言,终于通过爱搞大新闻的西方记者的口中传到了大众耳中。面对外界目击者的证词和舆论的质疑,国防部煞费苦心地开展了抗战工作。在强烈否认F-117项目存在的同时,还拿出了所谓的F-19下一代战机模型。愚弄媒体就是让媒体和公众不再关注F-117项目。
F-117 设计:我们如何避开雷达的眼睛
F-117能够实现隐身,首先得益于其独特的多边形菱形气动外形和极低的雷达反射截面(RCS)。F-117 的初始设计针对隐身进行了优化。由于只使用了多面体的形状,结果是一个扁平、锋利的菱形升力体,没有机翼和机尾,背部有进气口,尾喷口是扁平的。,通过尽快将热射流与周围凉爽的空气混合来减少红外特征。但这样的造型基本上是飞不起来的,被他们嘲讽为“无望的魔方”。所以Skunk Works的设计师不得不将前缘向后延伸形成机翼,同时增加了一条向内倾斜的双垂直尾翼,
F-117A 不使用任何外部挂架,而是使用内置炸弹舱。甚至通信天线也设计成可伸缩的,以最大限度地减少 RCS 区域。
F-117A外展,尾部可以看到细长扁平的尾喷口
还安装用于降低 RCS 格栅进气口
此外,美军还专门为F-117研制了黑色隐形涂料(RAM),用于吸收照射在机身上的雷达波。但是,这些信息仍然被美军高度机密。
经过大量细致的工作,F-117A的RCS面积仅为0.001平方米(注:由于数据保密,此数据仍有争议),隐身性能为相当优越。F-117A的多边形平面隐身外形主要受当时计算机技术的限制。超级计算机出现后,曲面的计算有了长足的进步,所以弯曲的流线型只能用于后续的B-2隐身轰炸机项目。隐身外观。
但同时,为了满足隐身性能,F-117A牺牲了很多其他性能,包括机动性、飞行速度、载弹量等,一旦被敌方防空导弹系统跟踪攻击,很可能有危险。
为了减少飞行员的疲劳,F-117A的座舱设计得相当宽敞,但由于气动外形的影响,座舱后视基本为0
为了防止发射的雷达电磁波被敌方探测到,F-117A没有安装机载雷达,而是在机腹和机头安装了红外/激光搜索炮塔,机头安装有前锋用于低空飞行和武器系统瞄准的红外装置(FLIR)
美国军事地面服务部门正在 F-117A 上安装 GBU-27 2,000 磅激光制导炸弹。由于内置弹舱的限制,F-117A一般只能携带两枚2000磅的激光制导炸弹
“夜鹰”攻击:F-117 在行动
1989年12月,为保护美国在巴拿马运河的既得利益,美军发动“正义事业行动”入侵巴拿马。配备F-117A的空军第37战术战斗机联队奉命派出6架F-117A突袭巴拿马国防军军营和巴拿马城国际机场,成为F-117A的首次实战。战斗进行得相当顺利,占据绝对优势的美军基本让巴拿马国防军投降,没有任何像样的抵抗。
F-117第一次大规模参加实战是在1991年海湾战争期间。1990年8月19日,第37战术战斗机联队的43架F-117A前往沙特阿拉伯。1991年1月17日凌晨,F-117A首次出击,对伊军通信指挥中心、混凝土机库等一大批高价值目标进行打击,也拉开了“沙漠风暴”行动。为了躲避伊拉克的导弹和高射炮,F-117A在夜间发动攻击。开战的第一个晚上,F-117A就成功抵达伊拉克首都巴格达上空,并成功击中巴格达市中心的电信和电报大楼。
整个战争期间,F-117共飞行1300余架次,击中高价值目标1600余个,占全部目标的40%,总投弹量超过2000吨,总飞行时间为超过 6,900 小时。实战证明,伊拉克防空雷达无法有效探测和跟踪F-117A的行动,对“夜鹰”的袭击没有应对措施。F-117A的空袭对多国联军的迅速胜利起到了重要作用。
海湾战争期间第 37 战斗机联队的 F-117A 接受空中加油
但是,如果你晚上走太多,你总是会遇到鬼。再神奇的高性能装备,终究会遇到被克制的一天。但美国人没想到这一天来得这么快。1999年3月24日,以美国为首的北约空军对南斯拉夫发动了大规模空袭,驻意大利的24架F-117A也奉命参加对南斯拉夫的空袭。值夜者的飞行员认为这样的任务是小菜一碟。凭借值夜者的高隐身性能,在南斯拉夫落后的苏制防空雷达已经无所畏惧。
但此时南斯拉夫陆军装备了捷克生产的新型防空雷达系统:“Vera-E”无源探测雷达系统。无源雷达的特点是:雷达本身不发射能量波,而是被动接收目标反射的非合作辐射源的电磁信号,对目标进行跟踪定位。这一特点使得雷达系统极其隐蔽,北约战斗机很难及时使用反辐射导弹摧毁雷达系统。
捷克“Vera-E”无源探测雷达系统
1999 年 3 月 27 日晚,一架编号为 82-806 的 F-117A 在南斯拉夫领空飞行。飞行员戴尔·齐尔科刚刚完成了攻击任务,即将返回意大利空军基地。突然,一枚苏联的山姆-3型防空导弹向他飞来,他万万没有想到,会被防空导弹瞄准的齐尔科上尉,在他的飞机被导弹击中后不得不跳伞。着陆后,他毫无风险地躲过了同盟军的搜捕,被美军直升机救起。
Zirko的F-117A是如何被击落的,关于它的具体作战细节绝密飞行中的战斗机,至今众说纷纭,也没有确切的说法。更有可能的是,在邦联陆军使用“维拉”无源雷达发现F-117A后,附近的南陆军第250防空导弹旅迅速开启雷达瞄准并在短时间内发射导弹时间,最终将其击落。不管细节如何,“夜鹰”被击落已成为不争的事实。消息迅速传遍全球,“夜鹰”的不败神话终于被打破!此事发生后,美军不得不停止让F-117A继续在战区执行空袭任务,
Zrko 的 F-117 机盖残骸、飞行头盔和弹射座椅一起在塞尔维亚贝尔格莱德的航空博物馆展出
2003年伊拉克战争期间,“夜鹰”再次登上战场,对伊军多个重要目标发动空袭。不过随着美军精确打击武器的不断增加,F-117的地位已经大不如前,而这架使用1970年代技术的飞机早已被视为古董,只是一个浪费纳税人的钱来保留它。2008年4月,美军服役的F-117A全部退役,进入封存状态或进入博物馆休养。世界上第一架隐形战机 F-117 在服役 30 多年后终于光荣退役。虽然夜鹰有这样或那样的缺陷,但作为隐形飞机领域的先驱,
参考资料和资料:
比尔·斯威特曼,詹姆斯·古道尔。洛克希德F-117A-隐身战机的运行与发展
詹姆斯·古道尔,唐·格里尔。“F-117A 夜鹰”
李志。美国“夜鹰”的苏联教父——现代隐身论创始人乌菲·莫切夫的传奇经历 《航空世界》2014年第8期
《夜鹰》前传(上)——隐身技术的开端与F-117“夜鹰”
洛克希德 F-117 夜鹰