[转帖]威胁之F-22猛禽篇——性能背景介绍

山海间

作为低可探测性战斗机的一种，F/A-22“猛禽”Raptor多数时候是跟B-2A“灵魂”spirit和更早一些的F-117相提并论的，但今天之所以把它拉出来单独讨论，是因为这种飞机对空战带来的影响已经远远超过了低可探测性本身，这是一种革命性的飞机，低可探测性、超音速巡航、超机动性在它的身上合而为一，而且综合的非常好，因此它带来的空战威胁也是空前的，其意义相当于甚至超过了第一次世界大战中德国安装射击协调器的福克战斗机在当时空战中的左右，而在那个年代，有个名词叫做“福克灾难”。

一、远见成就超凡——从概念起源到全速生产

众所周知F/A-22是美国“先进战术战斗机”（ATF）计划的产物，不过该计划并不是很多人所认为的那样是针对前苏联苏-27和米格-29的威胁才提出的。早在1971年美国战术空军司令部便提出了ATF概念，在整个20世纪70年代ATF都被定义为一种先进攻击机，并且在将制空作为它的一项作战任务考虑之前，美国空军已在一系列的需求和概念分析研究中，逐步明确了该机应具有超声速巡航、高机动性、综合化的航电系统、大航程、低可探测性和改善的可保障性等特点。

美国空军对这种攻击机需求的推动力同样来自当时欧洲大陆上的军事态势。首先，1967年北约组织批准了1959年由艾森豪威尔政府的陆军参谋长麦克斯韦尔·D·泰勒首次提出、1961年1月约翰·F·肯尼迪就任美国总统后开始推行的“灵活反应”核战略的实施，该战略的基点是美苏双方的核力量可以“相互确保摧毁”，重点强调美国应具有应付各种常规战争及其升级的能力。这种战略的实施，使北约以前阻滞华约突破的“前沿防御”战略由过于依赖战略核武器的，转变为依靠战略核武器、战区核武器及常规武器组成的“三位一体”的综合作战力量。而到了20世纪70年代美苏和力量对比更加均衡，欧洲大陆上战区核武器的使用门槛也因此提高，所以双方都大大加强了常规武器的研制并力求取得优势。

此外，北约在欧洲大陆部署战区核武器后，华约将其纵深的第二、三梯队的部署得更加分散，避免因过分集中而在战时遭到北约战区核武器的毁灭性打击。比如在北约部署战区核武器之前，苏军一个坦克师的集结范围是3×3千米（宽×深，下同），一个集团军、方面军分别是10×20千米、100×40千米；北约部署战区核武器之后师、集团军的集结范围分别增加到20×30千米、75×100千米，一个师的编制人数也由原来的5000人增加到12000人。同时，华约将集中到前沿的打击力量比例减少到约20%（其中约60%集中到第一梯队），而其余80%都部署在离前线500千米以内的纵深。

显然，北约若要在与华约常规战争中确保实施“前沿防御”战略，就必须具备对华约分散部署的纵深目标进行常规打击的能力，由此便导致了对能穿透华约前线和纵深防空火力、具备纵深攻击能力的先进攻击飞机的需求，前述对ATF的技术要求便来自在纵深打击中保持效率和高生存力的需要。当时美国的研究结果认为，这种攻击机的巡航高度应达到50000～65000英尺（15240～19812米），最大马赫数应达到1.6～2.2。

但是到了70年代后期，情况发生了一些变化。1977～1979年，美国侦察卫星在莫斯科附近朱可夫斯基城的拉明斯基（Ramenskoye）先后发现了苏联两种新型战斗机的试验机，并根据发现地点将其分别称为拉明-K和拉明-L，它们实际上分别是苏-27和米格-29的原型机。当时美国情报部门认为这两种飞机将分别在1987年年中和1985年年初具备初始作战能力（IOC），且性能可与F-15和F-16相匹敌；同时美国的情报显示其他国家也在研制或准备购买新一代战斗机。为继续保持美军战斗机领先一代的优势，美空军在1980年4月将制空列入了ATF的任务考虑，其后一系列的研究表明此前明确的ATF攻击机应具有的特征同样适用于未来空战环境。1982年8月，美空军首次明确将争夺制空权列为ATF最优先的任务。

1981年11月获得五角大楼批准了美空军有关ATF的需求报告，经过概念发展研究（CDI）和演示/验证（D/V）两个阶段后，洛克希德（今洛克希德·马丁）小组的YF-22A于1990年4月23日击败诺斯罗普小组的YF-23A，赢得ATF的工程制造与发展（EMD）合同。

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上表显示了YF-22A在与YF-23A进行竞争试飞的过程中达到的一些性能。

1997年4月9日F-22A被命名为“猛禽”，首架EMD飞机（4001）于同年9月7日首飞；1998年5月17日该机开始了发展试验与评估（DT&E）阶段试飞；2001年8月15日获准进入低速率初始生产（LRIP）阶段；2002年9月17日编号改为F/A-22，表示它也可用来对地攻击；2004年4月29日开始进行初始作战试验与评估（IOT&E）；相当于部队试用；2005年4月15日，美国国防部批准该机进入全速率生产（FRP）阶段，这标志着该机研制工作已经结束。

上表显示了9架EMD飞机的基本情况。

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1998年7月10日，美空军与洛·马签订合同生产2架生产型代表试验机（PRTV）和6架初始生产型F-22A。这些飞机编号为4010～4017，其中两架PRTV：4010、4011分别于2002年10月12日和2002年9月16日首飞，它们与4008、4009号机参加了IOT&E。截至目前F/A-22工业小组已获得5批低速生产合同，第6批的生产数量已确定为26架。LRIP阶段的生产率约24架/年，FRP阶段将提高到约32架/年。目前美空军与国防部就该生产多少架F/A-22仍在争论不休，空军坚持需要381架，但其预算最多只能支持295架；国防部则打算将生产数量砍到181架。该机前5批生产合同的基本情况见下表。到第4批时，其单价已降低到约1.3亿美元。

截至2005年4月26日，F/A-22公布的最大飞行高度超过60000英尺（18288米），迎角范围超过-60°～+60°。达到的主要关键性能指标中，超声速巡航速度达到M1.72，比指标要求的M1.5高15%；加速时间53秒，比指标要求的54秒高2%（未指明具体条件）；M0.9时的机动性满足指标要求；某种任务构型下的作战半径（亚声速+超声速）达到574+185千米，比指标要求的370+185千米高14%；雷达探测距离比指标要求高5%；完成部署需要8.4架C-141B运输机支持，与指标要求的8架略有差距；平均故障间隔时间（MTBF）3.0小时，满足指标要求；隐身性能高于指标要求。

美空军预计，F/A-22将在2005年12月形成IOC，驻扎在佛罗里达州的廷德尔空军基地的第325飞行联队将成为首支训练部队，驻扎在弗吉尼亚州的兰利空军基地的第1飞行联队第27中队将成为首支作战中队。

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二、“猛禽”雄风起，四海尽雌伏——设计特点及作战性能

作为一种空战平台，F/A-22的最大优势在于具备出色隐身性能的同时，成功融合了战后第二代战斗机的高速性能和三代机的亚、跨声速机动性能，并在超声速巡航和过失速机动方面取得了真正具备实战意义的突破，这是目前世界上其他任何战斗机都无法相比的。

隐身

F/A-22隐身性能的实现主要通过外形设计和结构设计（主要是内部武器舱和S形进气道）实现，在雷达隐身方面，洛•马宣称该机与早期隐身飞机（F-117A、B-2A）相比，将吸波材料/结构的使用降低到了最低限度，改善了该机的后勤维护特性并减轻了重量。同时，射频管理和有关战术也有利于该机在实战条件下的隐身。

外形、结构与细节设计

F/A-22隐身设计的特点非常明显。最主要的是通过大量的平行设计使回波波峰集中到少数几个非重要方向上：F/A-22的进气道上/下唇口、主翼前缘、平尾前缘、平尾后缘内侧、尾撑后缘及矢量喷管表面一侧后缘；主翼后缘、平尾后缘外侧及矢量喷管表面另一侧后缘都是平行的，这样可把散射波峰合并到偏离头向及尾向的非重要方向上，尽管这会增加该方向的散射功率，但减少散射波峰数量确实能给隐身带来更大的好处。

F/A-22在设计上还注意了减小侧向雷达散射截面积（RCS）。例如采用整个机身上部与机翼融合的设计和外倾的双垂尾；平尾前缘内侧切入主翼后缘内侧，后缘延伸到尾喷管后方，与机翼一起对后机身提供了最大限度的占位遮蔽作用；采用脊形（类似两个头盔上下合并成的形状）前体截面，进气道上表面成曲线形，侧缘有窄边条，与独特的座舱盖形成了头盔形剖面；机身侧面向内倾斜约35°（一般认为侧向雷达威胁的主要方向在30°以内）等

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该机的其他雷达隐身设计特点有：雷达罩设计成“频率选择表面”（FSS），能阻挡某些频率雷达波透过雷达罩照射到天线，同时保证对本机雷达的透波性能；雷达采用一个向上的固定安装角，使天线回波方向偏离头向的重要锥角范围；采用S形进气道，使雷达波不能直接从进气口照射到发动机叶片，同时在弯曲进气道内被多次反射而衰减能量；所有控制面端头的缝隙及全动平尾与尾撑之间的缝隙都开有菱形槽，避免控制面偏转后活动面端头平面及与其对应的固定部分端面产生强的反射回波（因为开菱形槽使两端面之间形成了足够的倾斜角）；将主要天线和传感器采用内埋或共形布置；将各口盖边缘设计成锯齿形（如雷达罩与机身蒙皮的对缝、起落架舱门的前后缘、武器舱门的前后缘、附面层控制板的前后缘等），并且锯齿边与主翼前缘或后缘平行；口盖所采用的密封装置可保证95%以上的维修活动结束后，不必对口盖进行低可探测性复原处理；机体表面的通气口都采用精密加工的钛合金隔栅加以屏蔽等。

F/A-22的红外辐射强度减缩措施主要包括：采用有利于喷流冷却的矩形（二元）喷管；垂尾、平尾与尾撑向后延伸，可遮挡尾喷管的红外辐射；在机翼蒙皮上采用波音名为“面漆”（Topcoat）的红外抑制涂料，降低超声速巡航时蒙皮气动加热产生的红外辐射强度；可利用机翼内部燃油对超声速巡航时的蒙皮加热进行冷却等。有报道称其F119发动机的尾喷口还采用了保密的红外抑制措施。

F/A-22的隐身设计水平较高，其RCS分析和计算采用了整机计算机模拟（综合了进气道、吸波材料/结构等的影响），比F-117A的分段模拟后合成结果更先进、全面和精确，同时可以保证机体表面采用连续曲面设计。该机的RCS试验结果与预测值的差异不超过1dB，其中关键频率上的RCS有73%与预测值的差异在2dB以内，97%在3dB以内。该机的头向RCS约为0.065平方米，比苏-27、F-15（空机前向RCS均超过10平方米）低两个数量级，而且特别要强调的是由于该机在作战条件下武器可采用内挂，不会引起RCS增大，故此时其隐身优势将更明显。此外，有报道显示该机的侧向RCS仅2～3平方米，果真如此，也只有典型三代机的1/100左右。通过隐身外形设计可能将战斗机的前向RCS降低到约0.5平方米，所以如果我们假定F/A-22不采用RCS减缩外形设计的前向RCS为10平方米，就可以计算出外形设计对其前向RCS缩减的贡献超过90%。在红外隐身方面，从一些资料可推断出该机在推力损失仅有2%～3%的情况下，将尾喷管3～5微米中波波段的红外辐射强度减弱了80%～90%，同时使红外辐射波瓣的宽度变窄，减小了红外制导空-空导弹的可攻击区。

F/A-22隐身设计的意义不仅在于减少了被发现的距离，还在于使得全机雷达散射中心及红外辐射中心发生改变，导致来袭雷达或红外制导导弹的脱靶量增大。这样该机的主动干扰机、光纤拖曳式雷达诱饵、先进的红外诱饵弹等电子对抗设备也更容易奏效。

根据有关模型进行计算，取F/A-22的前向RCS为0.1平方米，与10平方米的情况比较，在其他条件相同的情况下，前者的超视距空战效能比后者高出500%左右。

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F—22的机载武器舱，为了“隐形”，猛禽可谓无所不用其极。

射频管理及有关战术

要在实战条件下实现隐身，除采用隐身外形设计及武器内挂外，还应对本机主动辐射的电磁波进行控制和管理，否则可能反而在更远的距离上被对方发现。

F/A-22初步考虑了传感器的孔径综合设计，机上布置的20多个电磁天线可以完成以前60多个天线才能完成的功能，尤其是APG-77有源相控阵雷达，除了传统雷达的功能外，还能用于情报侦察、电子干扰和通信，三代机上APG-70（用于F-15E）、RDY（用于“幻影”2000-5）等先进雷达所具有的无源探测、空-空导弹中段指令修正、导航等能力也得到了提高。相控阵体制的采用使APG-77具有极快的扫描速度，减小了被敌方截获和识别的概率；同时该雷达及其他主动辐射源的波形都满足严格的低可截获概率（LPI）要求。APG-77采用的LPI技术包括根据目标探测需要控制发射功率（发射功率越大则越容易被敌方在远距离上截获），其他技术可能包括伪码扩谱，即将能量用伪噪声的形式扩散在宽的频率范围内。

APG-77具有一定的非合作目标识别（NCTR）识别能力，可不通过敌我识别装置（IFF）的问讯/应答进行远距离目标分类，因此有利于隐身和提高超视距空战能力。这里说的“非合作目标”指不能对自己的敌我识别（IFF）问讯器进行正确响应的目标，并不一定就是敌机。NCTR的技术原理是通过雷达的高分辨力或模式识别能力识别目标类型。当前，号称具有这种能力的雷达除了APG-77，还有APG-70、RDY和ECR-90（用于EF2000“台风”）等。据有关资料，APG-77采用的NCTR技术至少包括 APG-70上已采用的“喷气发动机调制”（JEM）。美国空军的试验显示，有效的喷气发动机调制回波（喷气发动机转动的叶片将对回波的相频特性产生调制作用）在目标机头+/-60°范围内都可以检测到，80%迎头接近的目标飞机都将被脉冲多普勒雷达检测到此回波。通过提取这种回波并进行处理，可计算被跟踪目标发动机压气机的叶片数量和转速，进而实现敌我识别。此外，美国媒体还曾报道APG-77可利用“逆合成孔径雷达”（ISAR）工作状态获得对目标的超高分辨力（达到约30厘米），结合JEM处理结果实现NCTR。

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在战术上，F/A-22可利用其综合电子战系统（INEWS）中ALR-94雷达告警接收机（RWR）与APG-77相配合实现隐蔽接敌。ALR-94在方位和俯仰上都提供了全向覆盖，探测距离超过460千米，远超过APG-77雷达的200～300千米。ALR-94据称采用了长基线干涉测量技术，能在185千米以上距离为APG-77雷达提供精确的目标方位指示。在ALR-94的指示下，APG-77雷达可以不采用大空域扫描方式，而采用2°×2°（方位×俯仰）的针状窄波束对所指示的方向进行扫描，在减小被截获概率的同时提高搜索效率。ALR-94还可对高优先级辐射源（例如近距离上打开雷达的敌战斗机）进行实时跟踪，其测向结果可作为AIM-120中距空-空导弹的火控数据，目标精确距离和速度信息则由APG-77雷达提供。这种超视距攻击模式被称为“窄波束交错搜索与跟踪”（NBILST）。ALR-94获得的测向信息同样可作为目标要素提供给反辐射导弹。

俄罗斯苏-35和苏-30MKK等战斗机的RWR都能为Kh-31P反辐射导弹提供目标要素，实现这种战术的技术基础可认为已经具备。印度苏-30MKI则已知可采用与此类似的“预置远程瞄准”模式。在此模式下，N011M“雪豹”无源相控阵雷达在锁定一个目标后，将瞄准信息自动传送到机上导航系统，随后雷达停止辐射，飞机以雷达静默方式接近目标（飞行路线可选择杂波区）。抵达预定区域后，雷达瞄准系统重新接通，更新预置瞄准数据并将它传送到武器系统。在静默接近过程中，该机可通过RWR保持测向，或通过数据链接收目标信息。

其实从工程的角度来看实现上面的战术并不难，关键是RWR有足够的精度——让雷达按低精度的方位指示进行搜索很可能根本抓不着目标。很多看似神奇的功能，其实要在工程上将已具备的技术条件进行综合就能实现，例如B-2A和F-15E可利用其机载雷达的“合成孔径雷达”（SAR）模式为GPS/INS（卫星定位辅助惯导）制导的“联合直接攻击弹药”（JDAM）提供坐标装订，如果机载雷达对地探测精度足够，又拥有GPS/INS制导炸弹，是否具有这种能力基本上就仅仅取决于是否去做综合它们的工作。如果对此进一步展望，我们很容易推断对于具备SAR及“地面移动目标指示/跟踪”（GMTI/GMTT）能力的机载雷达，可能实现使用没有末制导的GPS/INS制导弹药有效攻击移动目标，其中GMTI/GMTT的信息可通过数据链传输给弹药。

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F/A-22还采用了综合飞行数据链（IFDL），能实现16机编队作战，具体形式是16机分为4个4机菱形小编队（前、后各2个），每个小编队内部的4架飞机可通过IFDL完全共享目标信息，各小编队内有一架长机，4个小编队的长机之间通过IFDL交换目标信息。毫无疑问，F/A-22以这种编队进行超视距空战，有很多战术可以选择：例如由于APG-77雷达具有卓越的多目标探测能力，整个编队可以只有2架飞机打开雷达，其他飞机可保持静默；前方2个编队可依次发射AIM-120攻击目标后机动脱离，由后方编队机进行中段制导；前、后编队或4个编队轮番进行超视距攻击……等等。

事实上，有利于隐身的超视距空战战术不止这里简单描述的两种，若考虑与其他机种等协同作战以及战场具体情况，战术选择无疑将更加丰富。而且许多战术取决于机载设备和武器的能力，并非四代机的独有专利。

面对咄咄逼人的“猛禽”，除了上图这种“传说中的国产4代机”，我们还能用什么对抗？

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超声速巡航与过失速机动

F/A-22的外形设计主要考虑的仍然是气动而不是隐身，但它将两者折衷得很成功。F/A-22达到的气动设计水平是：零升阻力系数约为0.034（第二、三代战斗机分别约为0.032、0.041～0.044），亚声速最大升阻比约为12（第二、三代战斗机的水平分别为8、12），超声速最大升阻比5～6，最大升力系数不低于1.8（第二、三代战斗机的水平分别为1.2、1.6，但米格-29和苏-27可达1.7～1.8），风洞试验和分析显示其最大可控迎角可达+85°（二代机一般不超过+20°，三代机一般不超过+40°）。相对于以前的作战飞机，该机在飞行性能上的最大突破是同时具有实战意义下的超声速巡航和过失速机动能力。

超声速巡航的一般定义是在作战状态下，以超过M1.4的速度（M0.75～M1.4属于跨声速）持续飞行30分钟以上。F/A-22不开加力的超声速巡航速度的设计指标为M1.5，实际达到M1.72。它实现这种能力有4个关键：低阻气动外形设计；大推力、小涵道比的F119发动机；大的机内载油量和武器内挂。

在超声速过程中激波阻力（波阻）的比例可占到75%左右，所以为实现超声速巡航进行低阻外形设计的关键在于降低波阻，其途径包括减小翼型相对厚度（机翼纵向剖面最厚处的厚度与剖面弦长比值）、控制机身横截面积的纵向分布及对后机身进行优化设计等。F/A-22翼根的相对厚度为5.92%，翼尖为4.29%。为提高机翼的绝对厚度以利用结构，该机将机翼平面形状设计成菱形，这样在翼根处的弦长就很大，从而满足了气动和结构的双重要求。不过从隐身角度说翼型不但相对厚度应该小，前缘也要尖削（F-117A就是如此），但这样气动性能不好，F/A-22并未采用这种设计，但其机翼前缘半径也不大，综合照顾了气动和隐身要求。后体设计中双发喷管的间距是个非常重要的因素。亚声速时间距大则阻力小，但影响有限；而在超声速时，间距小阻力也小，并且影响很大（稍微减小间距就可以明显降低阻力）。F/A-22和F-15一样采用了小间距设计，表明它更注重超声速阻力的减小，而重视低速性能的舰载机F-14则采用了大间距设计。同时F/A-22的后体扁平（与二元推力矢量喷管平滑结合）对减小超声速阻力也有好处。

采用大推力发动机（在超声速状态下有足够剩余推力可用）、低阻外形设计、武器内挂和大幅度放宽静稳定度使F/A-22具有了作战状态下的、优良的持续超声速机动能力。F/A-22在亚声速时具有高度的纵向静不稳定度，尽管具体指标并没有公布，不过美国在20世纪80年代的前掠翼验证机X-29A就达到了亚声速时35%（“幻影”2000为中立稳定；我国J-8Ⅰ主动控制技术验证机为4%、F-16A/苏-27S为5%）、超声速时中立稳定的水平。不过必须指出的是纵向静稳定度并非可以任意无限制放宽，必须考虑全机的配平能力。亚声速时具有高度的纵向静不稳定度，那么到超声速时焦点（迎角变化时升力增量作用点）后移也不至于离重心太远，这样此时飞机比较容易配平，敏捷性和机动性也由此得到提高。

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过失速机动（PSM）的定义是飞机在失速状态下仍可进行可控的机动。F/A-22的PSM能力源自其先进的气动布局、推力矢量控制（TVC）、适应性良好的大推力发动机及飞控系统控制律（本文不再具体分析）。PSM可快速改变机头指向（通常不是速度矢量方向），主要在近距格斗中快速获得攻击机会或转换敌我态势，需要与具有大离轴攻击能力和高机动性的近距弹相结合才能充分凸显其价值。

F/A-22在+60°的超大迎角下进行滚转时，机头指向的改变速率可达近90°/秒；还能在40°的大迎角下进行360°横滚。推力矢量技术还提高了飞机的敏捷性，使F/A-22在20°迎角下的滚转速率由50°/秒增加到100°/秒（早期美国为F-14A安装偏航折流板试飞时，在241千米/小时的速度、40°迎角下滚转90°的时间由原来的30秒缩短到了5秒）。该机的电传操纵系统还可实现多种直接力控制机动（DFCM）模式，可改善飞机对地攻击时的瞄准精度、增加攻击机会、减轻机体/飞行员的疲劳和改善飞行品质。

超声速巡航能力带来的好处是可外推拦截线、快速接近敌机和占位、扩大导弹攻击区、高速脱离战区摆脱攻击等。按有关模型计算，在进行超视距空战时，F/A-22在超声速巡航状态下的空战效能比在跨声速状态下提高了100%～200%。而在进行拦截作战时，国外的研究表明若拦截机相对于目标有2：1的速度优势（这恰好是F/A-22的超声速巡航速度相对于当今战斗机巡航速度的优势比值），则拦截能力可比1：1的状态提高500%。此外，超声速巡航能力与F/A-22的大航程、先进的综合式航空电子系统结合，使其可控制空域面积大大增加，据报道比三代机增大11倍。