穷国之鹰

——诺斯罗普 F-5 系列发展史

方方

曾刊登于《国际展望》杂志

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尾翼设计

 

 

  相对于“虎 II”,“虎鲨” 的平尾面积增大了 30%。这主要是为了改善“虎 II”原来俯仰敏捷性不佳的缺点。加上放宽纵向静稳定度,“虎鲨”在这方面有较明显的改善。

   由于后机身气流流场改善,诺斯罗普减小了“虎鲨”的垂尾面积,以减轻重量和减小阻力。在垂尾根部前缘设计有冲压空气进气口,其外罩向后延伸到垂尾后缘,成为一个长梭形整流罩,将减速伞舱包容在内。

   

垂直爬升中的 F-20,与右侧的 F-5E 机翼轮廓基本同比例对比

座舱和航电

  “虎鲨”的座舱比“虎 II”增大了近一半,飞行员视界明显改善。

   在“虎鲨”问世的时候,座舱显示和控制的设计思想已经由早期的“保证飞行员完成每个任务”向“在完成任务的前提下减轻飞行员负担”转变。“虎鲨”在设计时也吸取了这些先进设计思想,努力简化操纵,减轻负担。其航电系统以军标 1553B 数据总线为基础,通过军标 1750A 任务计算机进行控制。主要航电包括:广角平显, 2 台单色多功能下视显示器,ASN-144 激光惯导系统,AN/APG-67(V)多模攻击雷达,APX-101 敌我识别系统,ARC-182 甚高频/超高频电台,雷达告警接收机,ALE-40 箔条/燃烧弹投放器,ARN-118 塔康系统。

F-20 一平两下座舱布局

  “虎鲨”采用“一平两下”、“双杆操纵”方案,在今天来看不足为奇,不过在当年来说还是比较先进的。平显可以显示所有飞行模式下必需的数据,左侧的下视显示器用于显示任务数据,右侧下视显示器通常用于显示雷达数据。

  在 1 号机上,“虎鲨”的火控系统基本上沿用“虎 II”的设备,但到了 2 号机则有了明显提高。前文提到的广角平显、数字式显示/控制装置、APG-67 雷达、TDY750 任务计算机、ASN-144 激光惯导以及数字式大气数据组件构成其火控系统的主体。

   平显由通用电气公司研制,其功能包括:进行航炮对空射击的瞄准计算;提供“响尾蛇”导弹发射控制显示;在对地攻击状态下显示“连续计算命中点(CCIP)”和“连续计算投放点(CCRP,炸弹专用)”;显示武器系统投放的全部信息;显示导航和飞行控制数据。总视场 20°,瞬间视场 19.7°×16°。

 

F-20 HUD 空空模式                                            F-20 HUD 空地模式

  AN/APG-67(V)雷达是一种轻型I波段(9.5~9.7GHz)多模 PD 雷达,仅重 122㎏。具有空对空/空对面/空对海 3 种状态 11 种工作模式。对空探测距离(战斗机大小的目标)上视为 47 海里,下视 38 海里;对海面目标探测距离(对巡逻艇大小的目标),海一模式(海面搜索)下为 47 海里,海二模式(海面动目标指示)下为 40 海里。由目前的资料来看,APG-67 并不具备制导“麻雀”导弹的能力。虽然“虎鲨”是基于给台湾的“麻雀”载机方案,但除了台湾以外,“麻雀”导弹的发射能力对其它用户来说不一定是必需的。因此后来“虎鲨”推出的时候,这一能力是出现在用户选装方案中。由于该机匆匆下马,整合发射能力的工作很可能没有完成。

AN/APG-67(V)雷达

AN/APG-67(V)雷达绘图模式 / 边跟踪边扫描模式 / 地面活动目标显示模式

  TDY750 计算机是“虎鲨”火控系统的核心,通过军标 1553B 总线与 28 个微处理机相连,构成分布式网络系统。其主要功能包括:“响尾蛇”的发射计算;航炮对空射击火控计算;CCIP 计算;CCRP 计算;武器系统显示和管理;推测导航;航电系统自检;多路数据传输的总线控制器。

  ASN-144 是“虎鲨”的主要导航设备,其精度小于 1 海里/小时,由于取消了惯性组件,其存储航向地面校准时间仅需 22 秒,对于执行紧急起飞拦截任务是非常有利的。其主要功能是计算显示下列数据:飞机当前位置;磁航向和真航向;姿态基准、速度和加速度;8 个目的点和航向点;垂直速度;备用总线控制。

武器系统

  “虎鲨”的武器系统和“虎 II”基本相同。固定武器仍为两门 M39 转膛炮,各备弹 280 发。武器挂点数量不变,但翼尖挂架经过改进,除了“响尾蛇”外,还可挂“麻雀”类中距导弹。根据设计,“虎鲨”可以挂载的武器包括:空空导弹,如“响尾蛇”、“麻雀”;通用炸弹,227㎏MK82、454㎏MK83、907㎏MK84、340㎏M117;火箭发射器,LAU-68A/A、LAU-68B/A、LAU-3/A、LAU-3A/A、LAU-60/A;照明弹箱;激光制导炸弹;AGM-65A“幼畜”空地导弹;“鱼叉”反舰导弹;以及 30㎜航炮吊舱等。最大载弹量 3,630㎏。挂 7 枚 227㎏炸弹和一个副油箱时作战半径 704㎞。

F-20 发射 AGM-65A“幼畜”空地导弹

飞控系统

  “虎鲨”采用双余度数字式电传飞控系统加三轴控制增稳,并有全套机械操纵系统作为备份。飞控电子组件(FCES)通过综合处理来自飞行员的操纵指令和控制增稳系统(CAS)输出的控制信号,对飞机操纵面加以控制。在俯仰轴上,飞行员和 CAS 的控制权限大约为 40%和 60%。

   电传飞控系统的引入,使得经过优化的气动设计的效能可以进一步发挥。例如,在自动模式下,机动襟翼系统可以根据空速、迎角、俯仰率、加速度、杆位等参数,驱动前后缘襟翼作连续无级调节,以提供最好的增升减阻效果——这比“虎 II”的手动控制、4 级调节有了阶段性的进步。

F-20 机动襟翼系统可以自动连续无级调节

  根据设计,当空速大于 350 节时,每增加 1G 过载,需要增加 1.8㎏的杆力;当空速低于 350 节时,杆力恒定,飞行员通过杆位移来控制飞机俯仰速率。为防止飞行员意外地拉出大过载而损坏飞机结构,在飞控系统中设计有一个过载限制系统:当飞机过载达到设计极限时,杆力将急剧增大(而不再是原来的每 G 过载 1.8㎏力),以提醒飞行员此时飞机已达到极限过载。但这个系统只是起提示作用,并不妨碍飞行员继续动作——如果飞行员认为确有必要,只需继续增大杆力,就可以超控飞控系统,拉出更大的过载。

   总的来看,“虎鲨”的飞控系统仍属于早期的混合权限系统,但电传飞控带来的好处基本上都有了:减轻飞行员负担;减小机动飞行时的杆力;收起落架加速时保证速度稳定;减小杆位移;协调飞机响应;改善跟随性;增强可操作性;允许重心中性稳定;取消配重。

可靠性和可维护性

  “虎鲨”继承并进一步突出了 F-5 系列可靠性高、可维护性好的优点。

   虽然没有定型服役,但在试飞期间,“虎鲨”仍表现出惊人的可靠性。在试飞计划中,“虎鲨”的任务可靠性超过 95%。按照设计要求,“虎鲨”航电的平均故障间隔时间(MFHBF)为 18.07 小时,发动机为 190 小时,机身为 9.43 小时,全机为 6 小时。但统计数据显示,“虎鲨”的可靠性超过预期值 159%!

   而“虎鲨”所需的维护时间则大幅下降。根据统计,全机每飞行小时平均维修工时(MMHFH)为 11.10 人•小时。对于一种 80 年代初的战斗机来说,这是一个相当不错的水平。

  不妨对比一下典型的第三代战斗机在当时(1983 年)的水平:

机型 任务可靠性(%) MFHBF(小时) MMHFH(小时)
F-15A(C) 66 (2.34) 38
F-16A(C) 76 1.8(3.0) 17.5(11)
F/A-18A 64 1.5 28

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