7、F-16戰鬥機
F-16是少見的革命性設計:翼身融合體、放寬氣動靜不穩定性、線控操縱(儘管早期的F-16還是模擬線控)、機腹進氣道、氣泡式座艙蓋、傾斜式座椅、側桿操縱。這些技術對後來的戰鬥機設計的影響太大了,以至於今天要找一架F-16之後問世而不受F-16任何影響的戰鬥機難之又難。翼身融合體既增加機身有效容積(=增加機內載油量),又平順機翼機身結合部的氣流分佈(=減小阻力,增加升力),還增加翼根厚度(=改善結構連接條件,減輕重量),甚至對隱身有一定改善,實在是一舉多得。早先的飛機都是氣動穩定的,也就是重心在升力中心的前面,所以機頭上仰,升力增加,使機頭回壓;機頭下俯,升力下降,使機頭回仰。但是速度增加,升力中心後移,導致機頭下俯,需要壓平尾來配平,引起配平阻力。放寬氣動靜不穩定性後,重心和氣動升力中心可以按中速巡航條件設計,至少在巡航狀態不再需要配平,大大減小巡航阻力。同時由於“正常狀態”下飛機基本處於平衡狀態,用較小的氣動控制力也可以實現較大的機動動作,減小氣動控制翼面面積和重量。但是低速飛行時氣動不穩定,必須用快速自動調節平尾來控制飛行姿態。高速時,升力中心後移,又是氣動穩定的了,沒有問題。沒有計算機控制的線控操縱,放寬氣動靜不穩定性不能實現,還沒有飛出不穩定區就早已顛三倒四了。 F-16是第一個在量產型飛機上實現放寬氣動靜不穩定性的。線控操縱在F-16之前就 有了,加拿大的流產的Avro Arrow就是線控操縱的。但早期的線控操縱只是把機械連桿操縱信號用電線傳送,F-16首次在線控中增加了stability augmentation的功能,也就是對飛行員的控制動作加以“過濾”,將飛行動作局限在不超過飛行穩定性或機體強度極限的範圍,達到“無憂慮”操縱。機腹進氣道是又一個神來之筆。戰鬥機爬高時,先是機頭上仰,但機體運動方向依然向前,像前行中昂首怒立的的眼鏡蛇一樣,然後才過渡到向上爬升。高速水平盤旋不是靠垂尾轉舵,而是先橫滾,機身基本側傾到垂直角度,再拉大仰角(官名叫攻角angle of attack,指飛機縱軸線和前進方向的夾角) ,作水平“爬升”,達成盤旋。所以戰鬥機的高仰角性能對機動性至關重要。問題是,高仰角時,氣流和進氣道成一個角度,弄不好,發動機就要“斷氣”熄火。整個F-16就像圍繞著發動機設計的一樣,座艙只是在發動機前上方的延伸體,而這個延伸體在高仰角時恰好把前方氣流“兜”住,理順了,機腹進氣道再一口吞進去,到發動機前端時,氣流分佈相對均勻,氣就順多了,發動機可以保證正常工作。機腹進氣道不光起整流壓縮作用,還縮短進氣道長度,減小進氣壓力損失,減輕結構重量。座艙在前面說到的延伸體上,所以高高在上,正好改善飛行員的視界。高點座艙由F-15開始,F-16達到極致,以後成為現代戰鬥機的標準佈置。
F-16的沒有框架的整體式座艙蓋是很多戰鬥機力圖模仿的,其理想的視野是沒說的,但是除了F-22,沒有第二家,原因主要是成本和重量。要保證沒有光學變形,耐鳥撞,耐氣流沖擊,在飛行員彈射逃生時破裂得乾脆利落,是挺難的。傾斜式座椅的用意是減小高負載時血液下流引起飛行員黑視的影響。理論上講,平躺最好,血液最多從前腦流到後腦,比從頭腦流到腳跟要強得多。但是實驗表明,角度要到60度以上才開始真正起作用,而這麼斜躺著,前方視野基本沒有,不實用。F-16的30度到底有多少作用,並沒有公論。不過這麼一躺,傳統的中置操縱桿用起來就不方便了,只好改到側置。好在用線控了,操縱桿的位移量用不著太大,側桿不再受“拉不開”的局限。側桿還可空出兩腿之間的位置,可以佈置一個顯示器。不過側桿的優越性至今仍有爭論。左撇子用起來不方便;戰時右手受傷了,左手無法接替操縱;如果線控壞了,用機械備份操縱,仍然受到位移量的限制;兩腿中間的位置是空出來了,但右手的位置被佔用了。F-18還是中置,EF2000也是(英國人說中置是where the God intends it to be),就連以色列流產的幼獅(Lavi)也是。都說殲-10和幼獅有點血緣關係,不知道殲-10是中桿還是側桿?F-16原本是美國空軍高低搭配的低端,但其卓越的性能使其在許多中等國家的空軍裡擔當起全能的腳色,難怪F-16是F-4之後產量最大的美國戰鬥機。
4、F-15戰鬥機
美國空軍在越戰中的主力F-4幽靈式的遠射能力強大,但機動性平平,在越南的天空被迫與米格-17和米格-21糾纏在一起時戰果很不理想。67年蘇聯Domodadovo航展中米格-25的神秘出現,進一步使美國空軍迫切感到更新戰鬥機的必要。與此同時,空戰老鳥John Boyd少校在喬治亞理工學院在職進修航空工程時,提出能量機動理論,即戰鬥機性能可以表示為任一時刻的動能、位能之和,和迅速改變這個能量水平的能力。能量機動理論在物理和空氣動力學的基本原理上並沒有提出什麼新概念,但它把戰術要求和工程設計指標連到了一起,從根本上改變了戰鬥機設計傳統上以可用的航空技術為主導的做法,改而以戰術要求為主導。能量機動理論一開始並不為官方認可,Boyd只能和Eglin空軍基地(美國空軍的主要試飛基地)的數學家Thomas Christie私下合作,編造理由來“騙取”計算機上機時間,驗證米格-15對F-86和米格-17對F-4的性能對比。能量機動理論不僅提供了一個比較不同戰鬥機性能的標準,還為新機研製指出了方向。FX(F-15的方案階段)的重量要求由60,000磅降到40,000磅,速度由3馬赫降到2.3~2.5馬赫。F-15作為美國空軍的主力戰鬥機,其基本設計中並沒有F-16那樣的革命性的東西,而是漸改的成分居多,或者說是成熟概念的完美化的結果。但是F-15引進了低翼載、推重比大於1的概念。F-15首次現身巴黎航展時,起飛、拉桿,一面收起落架,一面垂直爬升,根本不帶過渡,驚得滿場觀眾目瞪口呆。F-15在座艙中引入雙桿操縱(HOTAS, hands on throttle and stick)和戰場態勢“掌控”(situational awareness)的概念,將人機工程引進了座艙,大大提高了戰鬥效能。至今美國在座艙管理方面仍然領先俄羅斯。F-15C首先實現了保形油箱,到F-15E時保形油箱已經是標準配備了。保形油箱在F-16、疾風上也得到採用。
3、米格-29戰鬥機
米格-29問世之初,以其現代化的造型和卓越的機動性,震驚西方。當得知米格-29的頭盔瞄準具和R-73空對空飛彈的組合可以極大地擴展空戰攻擊範圍時,西方在長時間裡第一次感到了技術優勢也許正在流失。東西德合併使美國空軍首次可以從容地、系統地評估米格-29的真實性能。通過多次與F-16和其他美國戰鬥機的對抗演習,米格-29的優越機動性和火力得到了證實,但其落後的人機界面也使西方飛行員大開眼界。最突出的問題還在於航程。米格-29的航程實在太短了,被譽為“世界上最好的保衛機場圍欄的戰鬥機”。為了最大限度地改善機動性和增強電子設備的能力,以儘早服役,米格設計局回到了二戰中米格-3時代就開始的all engine no fuel的傳統。米格-29的發動機的推重比只有6-7之間,飛控系統是機械的,機體材料以鋁為主。這些措施簡化了設計,降低了成本和風險,縮短了研製時間(米格-29早於蘇愷-27服役),但也限制了米格-29的技術水平和潛力。為了限制最大重量,只有損失載油量了。大陸空軍和俄羅斯最初接洽時,俄羅斯極力推銷米格-29,但不受青睞。從此,俄羅斯戰鬥機成功的銷售案例大多是蘇愷-27,而米格則輝煌不再。難道米格-29真是米格最後的餘暉?