
图2 一种典型战斗机在整个空战周期中的角速度变化情况
F-16拥有优越的机动升阻比。例如,在海平面高度,携带全部机炮炮弹,无外挂,内载可供2.8分钟加力的燃料时,F-16C在0.6马赫,6.5G机动时的机动升阻比为6.9,而其“老对手”米格-29系列同标准下的数值小于或等于6.6(该数值对应于系列中此项最优的米格-29A,下同)。在3000米高度,0.9马赫,9G机动过载,其余条件不变时,F-16C仍有高达6.8的机动升阻比,而米格-29系列同标准下的数值小于或等于5.3(此数据系根据气动力曲线理论求得,实际上米格-29在此速度下的强度不允许进行9G机动)。大的机动升阻比赋予了F-16C较低的角速度衰减和能量衰减,能更好的维持在角点速度附近转弯,提高自己的平均转弯角速度,降低转弯耗时。较小的速度损失也减小了对转弯结束后加速的依赖,缩短了每个动作之间的衔接。
另需注意,角速度先上升(T21)再下降(T22)的原因是,飞机以超过角点速度的速度开始盘旋。这个速度超前量越大,则初始角速度越低。不难想象,速度衰减慢的飞机,可以用较小的速度超前量,却依然花费相同的时间衰减到角点速度,保证在这个角速度速度上升阶段依然取得角速度优势,使得这个优势对任意时时刻都成立。某些科普文中的“快速衰减到角点速度取得优势”的说法其实具有误导性。因为速度衰减慢的飞机可以通过减小速度超前量的方法,和速度衰减快的飞机用相同的时间衰减到角点速度,而且还有更高的初始角速度。
以上主要讨论了第2步(盘旋)所需的性能特性。下面简要介绍包含第1步和第3步的综合表现。
F-16C的标准空战周期
当今美俄几种典型第三代战斗机的技术手册纷纷解密,使得各科研院所系统的、定量的计算和比较几种战斗机的性能成为可能。在4500米高度,F-16C和另外两种飞机的空战周期对比如表1所示。计算条件为外挂中距导弹和近距导弹各两枚,50%机内燃油(不计某些飞机的超载油箱,如苏-27)。第2步转向幅度为180度。表格的前4列分别是4步所需的时间,而最后一列是某个特征点(相同速度与过载。根据上一章节的讨论,此条件可保证可比性)的速度损失率,绝对值越小越好。
机型 T1(秒) T2(秒) T3(秒) T4(秒) 总时间(秒) 特征点速度损失率(米/秒²) F-16C 0.5 9.3 0.7 10.7 21.2 7.8 苏-27SK 0.6 9.9 0.8 11.9 23.2 8.2 某算例机型 0.5 9.5 0.7 13.4 24 12.2
表1 F-16C和两种机型的标准空战周期
这几型飞机都有较高的敏捷性,其中F-16C综合性能最优。值得注意的是,除F-16C的其余几种飞机的单项性能不一定明显逊于F-16C,个别性能甚至优于F-16C(如瞬时盘旋角速度峰值)。但F-16C通过较低的角速度衰减取得了最短的盘旋时间,通过较低的需用攻角和高横滚敏捷性缩短了第1和第3步的时间,较高的加速性和较小的速度损失缩短了第4步的时间,为缩短总时间奠定了基础。根据发动机装机推力曲线,F-16C的推重比和其余几种飞机相比并没有明显优势,甚至在某些速度段处与劣势。而这些性能优势是建立在发动机推力以外的精妙的细节设计的,再次表明飞行器设计是一个整体,单纯发动机的强大并不能确保整体性能的优越。
有读者认为过于追求亚音速升阻特性的常规布局,换句话说稳定盘旋性能较优的布局,瞬时盘旋性能很可能存在缺陷,一个经常被提起的例子就是F-16。诚然,F-16家族的瞬时盘旋角速度峰值并不拔尖,但F-16是一种条件较为特殊的个案,原因是F-16的攻角限制不同于其它机型,非常复杂且严格。通常三代机的攻角限制是空速的函数,低马赫数时允许使用较高的攻角限制,高马赫数时较低。而F-16受当时严格保证航向稳定性和安全性的思路的影响,其攻角上限是过载的函数。具体来说,过载越高,则攻角限制越严。虽然纸面上其攻角上限是25度,不明显逊色于其他三代型号,但这是1G平飞中才允许使用的。随着过载增大,允许攻角上限递减,9G机动中的攻角上限只有15度,接近这个数值时飞控计算机会强制飞机“低头”阻止攻角进一步增大。考虑到气流分离之前,升力与攻角呈近似线性关系,这样做无疑会浪费其优越的亚音速升力特性。F-16虽然能量机动出色,但受攻角限制造成的升力浪费,瞬时盘旋性能一般。某些三代型号,如“幻影2000C”和“歼10A”等海平面瞬盘可以达到30度/秒,但这是以28~29度攻角达成的。相比之下,F-16C以15度攻角达成25~26度/秒的瞬盘已经实属不易,从一个侧面证实了其气动布局极高的升力斜线率。如果“幻影2000”等也使用15度攻角限制,那么它的瞬盘就很普通了。正是因为F-16对攻角的依赖不高,无需拉大攻角就能完成高角速度的机动,因而付出的阻力代价较小,根据前文的讨论可知,角速度衰减较慢。在空战周期的概念下,瞬时盘旋角速度峰值不占优的F-16,却往往凭借较低的角速度衰减,抢先完成盘旋机动,再次表明飞行器的性能是一个整体,剥离的单个的数据对比实际意义有限。
F-16与其他机型的对抗
重视机动性的第三代战斗机可谓强手如林。接触过F-16的飞行员,却大多不约而同的给了它一个外号:战斗机中的“一级方程式赛车”。这些人包括前美国空军“入侵者”中队教官Fred Clifton,前米高扬设计局试飞员Valery Menitsky和波兰空军上尉,米格-29飞行员M.Wiączkowski。“一级方程式赛车”这样的绰号很好的概括了F-16强劲敏捷的特点。在下文中,我们着重于F-16如何对抗其他的高性能机型,尤其是瞬时盘旋性能优于F-16的机型,并且在外挂条件对F-16不利的情况下,如携带更多的翼下副油箱或者保型油箱。
