年过半百的“鹰”迎来“第二春”,它能成为百年经典吗?

年过半百的“鹰”迎来“第二春”,它能成为百年经典吗?
2024年08月17日 07:25 瞭望智库

不久前,美国国防部宣布,美国空军未来将向冲绳嘉手纳空军基地部署36架F-15EX战斗机,以弥补之前从日本撤离48架F-15C/D战斗机所带来的空缺。在过渡期间,美军将继续在嘉手纳空军基地保持第四代和第五代战斗机的“轮换存在”。

F-15EX是F-15家族最新成员,绰号“鹰”II。在六代机呼之欲出的当下,作为一架四代半战斗机,F-15EX凭什么能获得美军“青睐”,真是因为它“强大的性能”么?

文 | 张学峰

编辑 | 蒲海燕 瞭望智库

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年过半百的“鹰”

F-15战斗机是由麦克唐纳·道格拉斯公司(即麦道公司,后于1997年并入波音公司)研制、美国空军装备的第一型四代机。从19727月第一架F-15首飞算起,至今已经52年,从美军1974年装备第一架F-15算起,也有50年时间。

F-15战斗机(资料照片)。新华社/路透F-15战斗机(资料照片)。新华社/路透

“传统的”F-15,包括用于制空作战的F-15A/B/C/D型。这其中A/B型是基本型,A型为单座型,B型为双座教练型。C/D型则是中期改进型,C型为单座型,D型为双座型。当然,在C型首飞前,只有单座F-15和双座的TF-15之分。F-15A/B/C/D不仅装备美国空军,还装备了以色列、日本和沙特阿拉伯空军。

最初的F-15是按照制空战斗机来设计的,号称“不把一磅用于对地攻击”。不过,上世纪80年代,麦道公司在F-15D型的基础上研制了对地攻击型F-15,并参加了1982年开始的美国双用途战斗机项目竞标,后来击败F-16XL装备美军,编号为F-15E,绰号也由“鹰”改为“攻击鹰”。

“攻击鹰”是一种双座、多用途战斗机,用于全天候空对空作战和战场遮断任务。相对于F-15B/D,F-15E对60%的结构进行了重新设计,加强了部分机体结构,把带有挂架的保形油箱作为了标准配置。当然,其使用空重增加到了14.515吨,空战翼载荷进一步增大,这会损失部分机动性。后座舱也进行了升级,包括四个用于飞机系统和武器管理的多用途阴极射线管显示器。为了在夜间或恶劣天气下对战术目标进行低空、高速突防和精确攻击,F-15E配备了高分辨率APG-70雷达和LANTIRN吊舱以提供热成像。该机载弹量超过11吨,几乎可以携带当时美国空军所有的空对空和空对地弹药。当然,专供轰炸机的大型空射巡航导弹除外。该型机也成为后来F-15家族进一步繁衍的新的基础。F-15E“攻击鹰”有效地取代了美国空军服役的F-111战斗轰炸机。

按照美方的宣传,F-15在空战中取得了104比0的击落比,在空战中从未被击落过。这些战果大多是由以色列取得,包括第一次空中胜利。1979-1981年,在以色列空军对黎巴嫩的袭击中,F-15A击落了13架叙利亚米格-21和两架叙利亚米格-25。以色列的F-15A和B战机作为护航飞机参加了对伊拉克核反应堆空袭的“歌剧行动”。

在1982年的黎巴嫩战争中,以色列的F-15击落了41架叙利亚战斗机和直升机(23架米格-21和17架米格-23,以及一架SA.342L“小羚羊”直升机)。在同年的贝卡谷地空战中,以色列声称其F-15和F-16共击落了82架叙利亚战斗机,己方没有损失。不过上述消息均为以色列单方面消息,而按照阿拉伯国家方面的报道,米格战机也击落了一定数量的以色列战机。

在1991年的“沙漠风暴”行动中,“鹰”的空中优势再次显现。特别是其机载雷达具备的“非协作敌我识别模式”,使F-15C/D成为美国空军进行空对空作战的主力。相比之下,F-16则被用于对地攻击。F-15在空对空任务中的主导地位在其他重大空袭中亦得到证明。

直到今天,F-15仍然在空战拦截中发挥作用。2024年4月,在应对伊朗对以色列报复性袭击的行动中,F-15的空对空实力再次得到展现。美媒声称,前沿部署的美国空军F-15E“攻击鹰”在击落70多架伊朗自杀式无人机方面“发挥了巨大作用”。当然,客观来说,上述拦截行动并不复杂,作战环境比较单一。不过F-15E确实可以携带数量较多的空空导弹。

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靠“走后门”上位?

1997年,波音公司与麦道公司合并。之后,波音公司也把F-15E视为摇钱树,为外国客户研制了多个“订制型号”。

美国向韩国出口的F-15K,向新加坡出口的F-15G以及向沙特出口的F-15SA(沙特先进,S指沙特A指先进),出口给卡塔尔的F-15AQ以及早些年提出的F-15SE“沉默鹰”,都是以F-15E平台为基础改造的。因为F-15E平台相对于F-15C/D是进行了大规模机体改造的,设计比较新。波音在此基础上改进,轻车熟路。

上述型号中,波音公司把F-15SA型视为一个重大飞跃。沙特阿拉伯在2011年订购了84架。F-15SA被视为“新一代F-15”中的第一型。至关重要的是,它包括一个全新的数字电传操纵飞行控制系统。波音公司F-15团队进行了为期6年的广泛飞行测试计划,重新认证新版“鹰”的整个飞行包线。电传操纵飞行控制实现了“无虑操作”。后来,卡塔尔订购了更先进的F-15QA。

眼看出口很成功,波音公司便有意出口转内销。波音公司先是在2018年7月份推出了F-15X方案。该机是以出口给卡塔尔空军的双座型F-15QA为基础发展,双座改为单座,使用数字化电传飞控系统、先进数字化核心处理器-2(ADCP-2)任务计算机、JHMCS II头盔显示器、数字化电子战系统(DEWS),增加了全新的无线电和卫星通信系统,“鹰主/被动告警生存系统”电子战套件、“军团”红外搜索和跟踪系统吊舱,雷达则为APG-82有源相控阵雷达。

不过,波音公司随后就发现把先进的双座型飞机重新“包装”成单座型研制起来“成本高昂且耗时”,于是一不做二不休,座舱数量也不动,直接推出了双座的F-15EX。虽然在空战任务中通常不需要后座,但亲波音的美国媒体将此解读为“保留额外的席位将为F-15EX提供更多可能性,因为空战模式在大国竞争的时代不断演变”。

其实,美国空军最初对任何改进型四代机都是抗拒的。时任美国空军部长海瑟·威尔森曾明确提出应对大国威胁的美国空军不需要F-15的改进型。然而波音公司“朝中有人”。当时的代理国防部长帕特里克·沙纳汗曾长时间在波音公司担任高管(从代理国防部长位置上退下来后,他又去了从波音公司分离出来、现在又被波音公司回购的势必锐公司担任首席执行官,当时是波音未来CEO的有力竞争者),虽然他曾签署协议,在与波音公司有关的事宜上不做决议,但是潜移默化的影响肯定存在。

结果就是2019年3月份,威尔森成了“前空军部长”——她负气辞职了。时任美国空军参谋长大卫·戈德芬仍然坚持不采购四代机或者F-22的改进型,在2019年3月还曾表示:“在采购F-35的问题上我一寸也不会退让……我们仍按既定计划采购F-35,我对挪用哪怕5美分资金去采购其他方案都不感兴趣。”然而胳膊拧不过大腿,结果大家都看到了。

不采购F-15EX当然有充足理由,F-15EX的工作F-35基本都能做,而且F-35有着F-15EX不具备的隐身能力,这在高强度作战中不可或缺。F-15EX虽然有强大的外挂能力,但是F-35也能外挂8吨的有效载荷,而且F-35甚至价格还更便宜……

当然,要求采购F-15EX的人也有自己的理由。

有的理由方便说,比如,媒体不断渲染F-15EX很强大。而按照波音公司官方网站的说法,为了支持国防战略,美国空军每年必须再购买24架战斗机。而F-15EX是快速、经济地满足空军关键要求的唯一途径。波音公司的F-15EX是“最具成本效益比的现成先进解决方案,可满足美国空军的能力需求并增加机队的能力”此外,在波音公司的帮助下,F-15EX使飞行员和机械师能够在几天内完成换装,而不是几年,同时提供“无与伦比的总生命周期成本”。

支持者们还认为,现代化的F-15X可以担负海防等任务,并将F-35机队解放出来执行其他任务。此外,F-15EX的飞行成本低于F-35A,最新的F-15EX的飞行成本为每小时27000美元,远低于F-35A的每小时45000美元。

有的理由则“不方便明说”。从国家安全来看,美国防部实际上也有意保持至少两支战斗机设计研发队伍。但随着洛克希德·马丁公司在ATF(F-22)和JSF项目上的胜利,赢家通吃使其在战斗机研发上逐渐一家独大。如果波音公司失去最后的希望,那无疑对美国的国家安全不利。从这个角度来看,给波音分块蛋糕,也符合美国整体利益。当然,这个理由“很伟大”,现实往往是波音公司所在的州议员为了足够的就业岗位(或者说支持率)而奔走呼号。

但问题是,现在的波音公司有点成了“扶不起的阿斗”,整个航空航天产业线呈现出全线拉垮之势。军方其实很嫌弃。对F-15EX采购数量的不断变化,也体现出美国空军对F-15EX态度的摇摆。美国空军最初表示将至少采购144架,2022年宣布打算将采购计划缩减至80架,2023年又将这一数字提高到104架,而今年提出的2025财年预算需求确定的采购数量是98架。

所以,美国空军采购F-15EX,使其与F-35甚至未来的六代机搭配,并非水到渠成、顺理成章,也并非一定是正确的。就比如说,没人考虑要让F-15和上一代的F-4进行“高低搭配”。从某种意义上来说,它取决于政策制定者的态度和纷繁复杂的利益纠葛。

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上一代机体装下一代设备?

F-15EX的改进继承了近年来F-15改进成功的经验:无论结构怎么变,航电和发动机怎么变,气动外形基本不动。不是因为F-15的气动布局太好,而是修改气动布局工作量太大,耗资太多。即便如此,按照波音公司网站的描述,过去十年中,美国为F-15EX的技术投资超过50亿美元,为美国空军带来了这种“从来没有空战失败记录战机的最现代化改型”。凭借“下一代技术”,波音的F-15EX可提供比同类战斗机更多的有效载荷、空间和航程。

按照波音公司的介绍,第一项改进是装备先进的电子战系统,也就是“鹰”式被动/主动预警生存系统(EPAWSS)。其“完全一体化的”电子战套件将提供全方位的保护,并能在与“新的和正在发展的威胁”交战时占据优势。F-15EX将能够在现代综合防空系统中生存,并与其他传感器无缝连接,提供自动红外对抗,以提高生存能力。

第二,使用了先进的驾驶舱系统。21世纪的驾驶舱提供对战场信息的实时访问,并增强飞行员对环境的理解,减少工作负担,加快决策制定并加强任务管理。

第三,增强型传感器。综合传感器数据,形成360度战斗空间视图。融合机载/机外数据可以同时监控多个传感器/数据源。这提供了增强的态势感知,加速决策制定并简化了飞行员的工作量。

第四,进一步增大有效载荷。载弹量提高到29500磅(约13.4吨)。这是目前现役所有战术飞机中载弹量最大的,超过体型更庞大的苏-35的8吨和F-15E的11吨。飞机拥有12个空对空武器挂点和15个空对地武器挂点(当然两者是有重叠的)。

第五,使用“增强型发动机”,也就是F110-GE-129发动机。其中的29代表加大推力29000磅,约13.2吨,比最早期的F-15使用的发动机推力增加了30%。新的、更强大的发动机为F-15EX提供了更快的速度和加速能力,使飞行员能够更快地到达目标区域。通用电气F110-GE-129发动机与F-15独特的进气道相结合,使其能够达到接近2.5马赫的速度——实际上是2.497马赫。这是四代机中除米格-31以外,第二快的战斗机,也是第一快的具备高机动性的四代机。

此外,由于新材料的应用,F-15EX将拥有高达20000小时的使用寿命,使其能够服役数十年。相比之下,原来的F-15设计寿命大约5000小时。而早期的一些四代机甚至只有2000小时的飞行寿命。

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电传操纵系统提升机动性

F-15EX尽管未对气动外形进行修改,但是其他技术的进步,同样会提高机动性。例如,发动机推力的增大,将提高其加速能力和稳定盘旋能力。更重要的是,F-15EX使用了电传操纵系统,这可以放宽F-15战斗机的稳定度,将给该战斗机带来包括提高机动性在内的一系列收益。

F-15在四代机中,气动布局是比较保守的。它没用边条、鸭翼等提高涡升力的装置,没用放宽静稳定度技术,没有使用前缘襟翼或者缝翼,也没用电传操纵,没用像苏-27那种升力体。F-15的成功得益于其优秀的重量控制和比较低的翼载荷,加之大推力发动机带来的高推重比。

基本型F-15的机翼面积为56平方米,空重只有12.973吨。基本型F-15的空战翼载荷大约300公斤/平方米,是四代机中最低的型号之一,几乎是重型机中最小的。早期四代机中,大概只有幻影2000更低些。F-15另一优势在于推重比高,尽管结构重量更低,其后期发动机推力已经超过标准的AL-31F发动机,而直逼其改进型。

这两项优势使其兼具瞬盘能力和稳定盘旋能力。在35000磅(15.88吨)的空载情况下,其在海平面可进行9G的稳定盘旋,最大稳定盘旋角速度超过20度/秒,这个指标在那个时代是出类拔萃的。当然,其瞬时盘旋可能不及幻影2000的30度/秒。但是幻影2000进行瞬盘时,由于三角翼在大迎角条件下的诱导阻力太大,而发动机功率又不够,能量损失太大。尽管能在短时间内获得一定角度优势,但是如果在这千钧一发之际无法完成武器锁定和发射,和F-15交战则结果必然会被逆转。

基本型F-15是静稳定的,它没有使用边条翼,没有利用涡升力增升,主要是因为研制F-15的时候,电传操纵系统不成熟,无法使用上述技术。后来的F-15E并未使用真正意义上的电传操纵系统,也是出于成本和研制时间考虑。

从F-15SA开始,F-15就使用了电传操纵。F-15EX也继承了这种全权限的电传操纵系统。这意味着,当飞行员操纵驾驶杆或方舵踏板时,计算机会处理这些输入,然后做出综合判断,告诉飞机的控制面该怎么做。这有助于优化操纵品质,提供额外的安全边际,使飞行员能够无忧虑驾驶。

但电传操纵的优势不局限于此。由于使用电传操纵系统,它大概率会使用放宽静稳定度技术。通过对结构进行调整,可改变F-15EX的重心位置,在不对F-15气动布局进行修改的情况下,放宽其静稳定性。放宽静稳定性之后,因为全机焦点相对重心向前移动,更加靠近重心。升力增量相对重心的力臂变小了,需要尾翼配平时产生的负升力就小,这样就会增大飞机的总升力。如果进一步放宽,使其成为静不稳定的飞机,那么尾翼将进行正配平,进一步增大飞机总升力。由于需要尾翼提供的负升力较小,所以其偏转角度也会变小,这样其配平阻力就会降低。由于不需要尾翼提供较大的配平力矩,对其结构强度要求也降低了,从而进一步降低了飞机的结构重量。而且,采用放宽静稳定性技术之后,可以提高纵向操纵的响应速度。采用这项技术后可以提高升阻比,降低结构重量,都是有利于提高机动性的。

因此,F-15EX的瞬时盘旋性能、稳定盘旋性能以及加速性能、爬升性能相比之前的F-15E都可能有一定程度的提高。在2023年的迪拜航展上,未使用保形油箱的F-15QA进行了飞行表演,表演了尾冲、跃升和大迎角飞行、进行J形转弯的动作,确实表现出至少是远超F-15E的机动性能。而F-15EX的机动性和F-15QA相差不大。

当然波音公司大肆宣传的电传操纵并不是什么顶尖科技。电传操纵基本上是四代机的标配。只有极少数的早期四代机没有使用电传操纵技术。

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第二个座位先空着

美国的F-15E飞行员曾经对双座飞机给予极大赞扬。当没有战斗机护航时,飞行员能以空对空模式操作雷达,而后座的武器操纵官(WSO)基本上专注于导航和目标攻击以及控制空对地弹药。作战中,当前座飞行员向空对空目标发射AIM-120AIM-9时,WSO可以通过吊舱为激光制导炸弹进行激光瞄准照射。空对地武器甚至还没有受到影响,前座飞行员已经可以重新以空对空的模式参与其中。如果在夜间低空飞行时,飞行员专注于飞行,武器操纵官对目标实施打击。曾经在伊拉克上空飞行双座F-16的飞行员也表示,他喜欢双座F-16,并在后座上增加一名飞行员,“因为他们希望有更多的眼睛关注防空导弹发射”。

不过美国空军传统的战斗机飞行员文化却并不认为在空战格斗中,需要两名飞行员。所以,尽管是架双座机,但美国空军最初却打算把F-15EX当成单座机使用,目前的作战计划也并不涉及利用后座舱的优势,而是让它闲置。一方面是因为航电系统的优化,使得一名飞行员也能在多数情况下完成以前两名飞行员完成的任务,在空对空作战中更是对后座飞行员需求更低;另外一方面,美国空军的空勤人员也极为短缺,加一个武器控制官本身的成本不低。

但是,这个位置空着不用,既是对相关显示控制设备的浪费,也是对后座空间的浪费——这里原本可以设置油箱。所以美国空军、波音公司正在开发“第二个座位的用途”。

有美国F-15E战斗机武器系统操作官撰文建议,考虑到空战的未来,在高端冲突中将信息置于中心位置,如果不利用后座舱,将错失扩大F-15EX未来角色和责任的机会,而忽视了已经存在的对飞机能力的投资。目前,F-15EX主要执行远程和中程空对空任务。然而,随着空战的不断发展,平台需要在日益复杂的高端战争中发挥更多作用。第二名飞行员将有利于处理更为复杂的信息,成为空中的信息协调员。

此外,美国媒体也认为,可以通过整合“空中博格人”计划和“忠诚僚机”计划,让F-15EX控制类似“女武神”这样的隐身无人机。战时,可以将这些无人机投送到高风险空域,而让载人的F-15EX留在相对安全的空域。而F-15EX双人设计更有利于兼顾无人机的使用。

波音公司则希望基于F-15EX发展专用的电子战平台。波音公司F-15业务发展主管诺沃特尼今年在英国范堡罗航展期间接受采访时表示,波音公司正评估将F-15EX战斗机改造成类似EA-18G“咆哮者”那样的电子攻击平台,因为“咆哮者”也是波音公司的产品,但是它的生产已经结束,公司内部正在讨论是否可以将F-15EX转变为陆地版“咆哮者”。F-15EX采用的双座设计在改装为电子战飞机方面具有优势,如果改造为电子战飞机,后座飞行员将可以负责电子系统操作和防空压制作战。

看来,美国空军也好,波音也罢,都为F-15EX空着的第二个座位操碎了心。未来谁会坐到那里,我们不妨等一等。

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