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晨楓:F-35飛行員,注意你的素質
還在二戰(zhàn)時代,英國就發(fā)現(xiàn)夜間戰(zhàn)斗機飛行員與雷達控制員之間光用口頭指令很難協(xié)調,開始試驗將雷達顯像管和轟炸機導航瞄準具相結合的技術,為飛行員指引目標。但平視顯示器最終要到60年代英國的“海盜”式輕型轟炸機上才實現(xiàn),在透明板上投射飛行數據和目標數據。
平顯迅速成為戰(zhàn)斗機標配,飛行員可以在平視中就獲取關鍵系統(tǒng)信息和得到目標引導,不再需要經常在抬頭觀察外界和低頭讀取顯示信息之間來回切換,節(jié)省了視力調整的時間。
平顯那么給力,直接把平顯信息投射到頭盔顯示系統(tǒng)上,飛行員在轉動頭部中也能隨時看到有用信息和獲知威脅方向,豈不更加給力?
在60年代,美國海軍確實啟動了頭顯的研制,希望用于F-4“鬼怪”式戰(zhàn)斗機。但技術太超前,進行不下去,只能回到平顯。
蘇聯(lián)沒有放棄,而是大大簡化了技術,不用頭盔上的屏顯,而是在頭盔的視野邊緣處設置一圈LED指示燈,在火控系統(tǒng)的控制下,提示飛行員威脅方向。這個簡單的工程實現(xiàn)有奇效,與機動性超強的R-72近程空空導彈相結合,真是指哪打哪。東西德合并后,前東德空軍的米格-29在北約空戰(zhàn)演習中,屢屢把美國空軍的F-16打得找不到北。
西方慣于指責別人抄襲,自己從來不羞于拿來主義,以指示燈為基礎的頭盔指示系統(tǒng)成為90年代西方戰(zhàn)斗機標配。同時,隨著計算機、顯示尤其是增強現(xiàn)實技術的發(fā)展,盔顯似乎終于可以成為現(xiàn)實了。F-35采用盔顯,并作為主要顯示系統(tǒng),座艙儀表板上的大屏顯示只是輔助。
但盔顯再次成為巨大的頭痛, 首先是重量。顯示技術再發(fā)達,顯示屏再輕巧化,盔顯的重量還是對飛行員的脖子造成很大的壓力,高g飛行時是不可承受之重,在彈射的時候更是可能造成生命危險。
顯示技術本身也有本質滯后。固定位置的飛行數據沒問題,隨著頭部轉動而移動的目標指示光標就麻煩了。盔顯首先要精確測定頭部轉動的角度和速度,然后計算光標移動的方向和速度,最后形成可見的光標。測量和計算機速度再快,依然是有限的。人眼和大腦能感知到滯后,很容易產生暈眩感。測量-計算-顯示也是一個反饋系統(tǒng),光標具有一定的本質晃動,就像電梯到了樓層會有一點晃動才停穩(wěn)一樣,這進一步增加了暈眩感。
光標、符號和數據的亮度還需要針對環(huán)境迅速調整,但亮度調整速度遠遠不及人類的肉眼和大腦,再次影響使用。
最初設計是要把雷達、紅外夜視、移動地圖等統(tǒng)統(tǒng)整合到盔顯。在靜態(tài)下沒有問題,但一動起來,問題太大。后來換了簡化設計,重量控制住了,顯示符號也極大簡化,回到傳統(tǒng)平顯的格局,不玩實景圖像了,滯后也降低到可以接受的水平,但維修問題來了。
每個人的腦袋大小、形狀、瞳距、視線都是不一樣的,所以帶盔顯的頭盔對每一個飛行員都是因人定制的,據說每一個頭盔就是40多萬美元,頂4輛保時捷911。問題是還需要在日常維修中保持調校準確。F-35沒有平顯,只有盔顯,所以這是事關飛行安全的主要顯示系統(tǒng)。在2020年5月19日的F-35A墜機中,盔顯問題正是原因之一。
由于調教問題,盔顯的地平線與跑道指向錯位,地平線標志明顯低于實際,跑道中線的指向也歪了。這個問題在起飛前發(fā)現(xiàn)不了,但夜間著陸時就要命了。飛行員發(fā)現(xiàn)了問題,憑經驗補償,但錯誤的圖標越來越分散注意力。按照設計,圖標越接近跑道時越明亮,原意是幫助飛行員,現(xiàn)在弄巧成拙,搞得飛行員心煩意亂,動作變形,最后導向事故。
F-35是飛火推聯(lián)動的,單大推的轉動慣量大,油門反應相對不靈敏,過猛加油容易造成喘振。飛控會把飛行員的“過度”動作過濾一下再傳遞給發(fā)動機。美國海軍傳統(tǒng)上在著艦時采用“反區(qū)操作”,在固定的下滑率基礎上,不斷微調發(fā)動機推力來微調下滑航線。海軍喜歡雙發(fā),也是因為在同樣推力下,雙中推的推力調節(jié)比單大推更加精細,但這是題外話了。因為單大推推力微調不靈敏的原因,F(xiàn)-35C在著艦時改為像空軍那樣,固定發(fā)動機推力,不斷微調襟副翼來微調下滑航線。
但在這次需要復飛的時候,冒險犧牲一點喘振裕度、榨出更多推力,或許能把飛機救回來。實在喘振了,反正都是一個墜毀,也談不上損失。問題是飛控自作主張,不容許犧牲喘振裕度,飛行員就只有棄機跳傘了。
F-35的設計和制造問題還有更多。早期的發(fā)動機葉片蹭刮機匣,是因為需要榨出最大推力,但間隙控制沒做好。渦輪發(fā)動機在高溫環(huán)境下工作時,機匣受熱膨脹,直徑略微增大。葉片也有熱脹冷縮。只要機匣直徑增加快于葉片,就不會有蹭刮問題。但在冷機狀態(tài),機匣直徑收縮可能也快于葉片。放寬間隙總是容易的,但壓氣機葉片的作用就是增壓,級后壓力高于級前壓力。間隙太大的話,葉片與機匣之間的“漏氣”太大,嚴重影響效率。
渦輪發(fā)動機的間隙控制是科學與藝術的結合。這里藝術不是吟詩作畫,而是憑經驗和膽識做出正確的工程決定。但普拉特-惠特尼玩砸了。不僅F135發(fā)動機有間隙問題,民用的PW1000也有這個問題,嚴重影響了早期A220和A320NEO的交貨和商業(yè)飛行。間隙問題用了很長時間才解決。
圖:PW1000的可靠性有過一些問題
炮彈出膛就爆炸,這只能是質量問題了。幸好這事不經常發(fā)生。
更大的問題在于軟件化和電氣系統(tǒng)。F-35號稱“軟件戰(zhàn)斗機”,因為軟件管頭管腳,軟件故障可以導致整個飛機停擺。
軟件瞎指揮或者罷工最后是通過機上電氣系統(tǒng)體現(xiàn)出來的。在韓國空軍F-35A機腹迫降事故中,只有發(fā)動機和飛控還完好,起落架都放不下來了。飛機上的軟件是按照關鍵等級既協(xié)同又分離的。高度軟件化的目的就是促成所有能合作的地方統(tǒng)統(tǒng)合作起來。網絡化是硬件層面,軟件才是網絡化的真正靈魂。
但高度一體化的軟件也不能容許出現(xiàn)牽一發(fā)而死全身的事情。所以不管其他部份如何宕機,發(fā)動機控制和飛行控制必須保持完好和穩(wěn)定工作。看來F-35做到了,但也僅此而已。韓國F-35A連起落架都放不下來,只是在吊命而已。
這次在嘉手納F-35B前起突然收起的事故原因還沒有公布,但從視頻來看,主起機輪明顯轉動不暢。這可以有幾個原因:
1、地勤疏忽,忘記松剎車了。聯(lián)想到英國地勤可以忘記取下發(fā)動機罩蓋,這個可能性不能說沒有。
2、電氣系統(tǒng)故障后,雖然起落架放下來了,但剎車還是抱死,松不開。
3、飛機在著陸中,主起有所損壞,輪子“別住”了,松剎車也沒用。
但拖車司機素質不足是肯定的。不管是哪一個情況,主起輪胎轉動不暢不能硬拖。可能他對拖動F-35A沒有感覺,根本沒有發(fā)現(xiàn)主起輪胎轉動不暢。但飛機在拖行中發(fā)生這樣的頓挫和晃動,即使拖車司機沒有感覺,周圍的其他地勤也應該及時呼叫停止。看來誰都沒有。
F-35家族的前起是向前收起的。著陸后應該插上安全銷,防止意外收起。但視頻中,似乎沒有看到插上安全銷后的紅色警示布條。如果屬實,這只能是地勤的疏忽了。
這架F-35B是從廣島以南不遠的巖國基地起飛的,估計是執(zhí)行對中俄轟炸機聯(lián)合巡邏的攔截和伴飛任務。在1000公里外的嘉手納迫降,看來是情況比較緊急了。考慮到韓國空軍F-35A的前科,電氣系統(tǒng)故障導致剎車不聽指揮的可能性是存在的,盡管這一次起落架還是放下來了。
F-35是一個時代的縮影。F-35計劃開始的時候,美國正在冷戰(zhàn)勝利后獨孤求敗的頂點,美國航空科技也處于世界的絕對巔峰。F-35的設計是以美國已經建立可靠、持久的碾壓性優(yōu)勢為出發(fā)點的,所以高速、高機動性成為不必要的奢侈,隱身、先進態(tài)勢感知、先進武器系統(tǒng)就足以粉碎一切對手的傻大黑粗。
F-35的研制在一系列托大中掙扎著前進,當年的“13大罪狀”至今依然不能說完全解決,其中隱身部份始終沒有解密,也沒有任何得到解決的消息。F-35的供應鏈問題如影隨形,不僅影響制造,也影響到已經交付的飛機的保養(yǎng)、維修和升級。
用F-35的人的問題也在越來越大。經濟壓力和軍備競賽壓力使得飛行員和地勤訓練時間壓縮、標準縮水,維修水平和備件供應也達不到標準。特朗普時代國防部長馬蒂斯把恢復戰(zhàn)備水平作為第一要務,正是因為軍人出身的他看到這些問題。
如果說俄羅斯的蘇-57還不是太大的威脅的話,中國的殲-20就是壓力山大了。美國太平洋空軍司令威爾斯巴赫空軍上將暗示中國殲-20在東海上空悄悄地貼上以隱身和態(tài)勢感知著稱的F-35,這不僅由于殲-20的技術性能,也由于中國飛行員的藝高膽大。
時代真是不同了。
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- 責任編輯: 張軒豪 
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