
F-35 的放油口在左翼下方,放油时左侧机翼下表面和平尾都会沾上燃油
传统上,发动机启动系统、发电机和冷暖空调是各自独立的系统。F-35 将三者整合进一体的综合动力系统(简称 IPP),减轻了重量,简化了操作和维修。但 IPP 故障将导致主要航电过热故障、失去备用发电机、失去机载制氧能力和座舱加压,在空中出现的话,将导致严重的飞行安全问题。IPP 应该具有无故障间隔至少 2,200 小时,但在美国空军的试飞中,已经出现 11 起必须全换的故障,其中 8 起是在 12 个星期里集中出现的,使得无故障间隔降低到不可接受的 13 小时。

F-35 的 IPP 进气口与排气口
IPP 的故障还不是罢工那么简单。2011 年 8 月 3 日的故障中,IPP 发生爆炸,飞出的部件击穿了油箱,迫使全部 F-35 停飞两星期。肇事部件统统更换了,但如何确保 IPP 一旦爆炸不至于击穿油箱还没有找到办法。IPP 的更换工序也太复杂,需要 48 小时连续苦干。低可靠性加上高维修工作量使得 IPP 需要全面重新设计,对于已经交付的 F-35 来说,又多了一个返工项目。

IPP 就是一个小涡喷
舰载型 F-35C 的尾钩出现着陆滑跑时挂不上拦阻索的问题,在莱克赫斯特海航基地试验时,8 次挂钩企图全部失败。问题出在:1、主起落架到尾钩接地点距离太短,使得主起落架的机轮滚过拦阻索后,拦阻索还没有来得及回位,还紧贴地面,尾钩难以挂上;2、尾钩形状不利于挂上;3、压住尾钩的机构阻尼不足,使得尾钩容易被地面或者甲板的表面不平而弹起。

主起落架到尾钩接地点的距离 F-35C 甚至短于无人机
洛克希德从来没有设计过舰载飞机,难说这是不是尾钩设计出问题的原因。和典型舰载战斗机主起落架到尾钩接地点的距离相比, 为 5.7 米, 为 6.7 米,教练机 T-45 为 4.45 米,就连纵长相对较短的无人机 都有 3.1 米,但 F-35C 只有 2.2 米。F-35C 的尾钩形状本来是借用 F-18E 的,F-18E 的主起落架到尾钩接地点的距离比 F-35C 长 150%,没有机轮把拦阻索压到地上来不及弹回的问题,所以 F-18E 的尾钩前缘较钝,还略带像大头皮鞋一样的倒钩,确保挂上拦阻索后不会脱落。但同样的形状用于 F-35C 就悲剧了,根本挂不上。现在设计团队在把尾钩修改为较尖锐的锲形挂钩,但这样的形状容易挂上,也容易脱落,特别在尾钩阻尼不足造成弹跳或者拦阻索张力不均匀的时候。尾钩阻尼则是一个典型的动态响应问题,阻尼较小,相当于弹簧较软,尾钩撞击甲板的时候,初始弹跳较小,但随后的一系列弹跳衰减较慢;阻尼较大,相当于弹簧很硬,后续弹跳衰减很快,但初始弹跳幅度很大。阻尼大小也可以用汽车悬挂来理解,阻尼较小相当于林肯,阻尼较大相当于宝马。阻尼和主起落架至尾钩接地点距离要配合设置,距离短只有用较小的阻尼,距离长容许用较大的阻尼,但 F-35C 的设计使得阻尼设置陷入两难。

F-35C 的尾钩外形设计不合理,挂不住拦阻索

红线为建议修改的锲形外形
主起落架到尾钩接地点距离和尾钩长度的关系不大。出于隐身和重量的考虑,尾钩需要完全收入机内,所以不可能太长,要增加距离,只有把尾钩的安装点向机尾移动。但尾钩要把以至少 250 公里/小时速度接地而几乎二十吨重的 F-35C 拖住,在几十米内减速到静止,承受的负荷非常之大,安装点的选取和机体的整体强度有关,不可能轻易移动。一旦移动,和机体强度、疲劳有关的全部测试将全部重来,兹事体大。

F-35C 尾钩也太短,正常舰载机的尾钩在着舰时要低于主起落架
在公开的报告中,第一类重大问题中第五个缺陷是引人注目的空白,只有机密版的附件才有具体内容。一般猜测,这涉及到隐身。这不是空穴来风,报告附录罗列了所有评估项目,“信号特征测试结果”是一大类,有“制造商数据”和“测试数据”两个小类,但报告中对这一大类只字未提,而所有其他大类都提到。当然,真相只有到未来解密的时候才知道了。
第二类 3 个问题影响重大,但不至于直接影响日常飞行安全,具体影响还需要进一步的试飞才能确定,其中包括涡流敲击、疲劳寿命和试飞进度。
飞机在空气中飞行的时候,气流不一定平顺地流经飞机表面。强大的涡流可以对机体局部造成高频敲击,造成结构疲劳甚至损坏。F-18A 在试飞中,涡流对双垂尾产生严重敲击,导致早期疲劳,最后是加强了垂尾结构,并在边条背上增加了一对扰流片,改变涡流走向,才解决了问题。 也曾经有过类似的问题。涡流敲击也恶化了飞机的振动,严重时不仅影响舒适,也影响飞行员对仪表的读数和精细的操作动作。头盔显示系统对振动十分敏感,涡流敲击是大大的坏消息。F-35 在试飞中,发现超常的涡流敲击现象,这还是尚未开始 20 度以上迎角的试飞的情况,大迎角飞行时,涡流敲击更为严重。

NASA 用 F-18 进行飞行实验,证实了漩涡在垂尾前破裂的情况。采用了以下两个解决方案

F/A-18A 的边条翼刀

F/A-18 垂尾根部的“补丁”加强片,在 F/A-18C/D 后期批次中被取消
根据已有的试飞数据,F-35 在迎角只有 10-20 度时,在 0.65 到 0.9 马赫范围内已经广泛出现中等程度的涡流敲击,局部条件下还有严重敲击。不过 F-35 大迎角飞行时飞控稳定性尚未认证,大迎角试飞要 2012 年底才能开始,要经过一段时间的深度试飞才能确认大迎角涡流敲击的影响,最早要 2014 年才能揭晓,在此之前,只能作为技术不定性处理。如果需要修改气动或者结构设计,这又是一个返工项目。

F-35C 的进近迎角明显大于 F-18
F-35 的疲劳试验还刚开始。F-35 机体的设计寿命是 8,000 小时,疲劳试验要求 16,000 小时的等效飞行时间。到目前为止,F-35A 只完成了 3,000 小时等效飞行时间,F-35B 为 1,500 小时,F-35C 要到 2012 年才开始疲劳试验。但这些有限的试验已经暴露了一些疲劳问题。F-35B 的第 496 号隔框已经出现疲劳裂纹,重新设计的隔框已经交付,于 2012 年初重新开始疲劳试验。F-35A 的机翼前缘翼肋也提前出现疲劳裂纹,B 型是同样的设计,也有同样的问题;C 型采用不同的机翼设计,尚不清楚是否会有类似问题。还有其他部件达不到设计寿命,尽管这些部件还没有在疲劳试验中出现裂纹,其中 F-35A 有 24 个这样的部件,F-35B 有 19 个,F-35C 有 15 个。
