21世紀高級教練機—T38C

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21世紀高級教練機—T38C 魏楞傑   (2002-12-12 18:11:40)



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提要

　　雖然已經服役了40年，諾斯洛普的T-38仍然是世界上唯一的現役超音速高級教練機。由於美國空軍缺乏購買新型高級教練機的經費，T-38先於1984年執行了Pacer Classic結構延壽計劃以維持其結構剛性，使T-38的服役年限至少能延長至2020年。1996年起進行空電性能提昇，以縮小和現役高性能戰機間的科技差距。而美國空軍在空電性能提昇案中，決定得標廠商所採取的評估策略，也由以往的「最低價格」轉變成為「最高價值」，這也將成為美國下一世紀的軍機採購新規範。



前言

1996年7月，美國空軍宣布將由麥道飛機公司(McDonnell Douglas Aircraft Company)領軍的團隊，負責把諾斯洛普(Northrop)的T-38A/B戰爪式(Talon)高級教練機性能提昇至T-38C的標準。這項宣布解答了美國各軍機製造廠商多年來心中的的一個疑問：究竟將由那個團隊來完成此單一機型架數最多的教練機現代化﹖T-38C將使美國空軍、德國空軍、以及其他使用T-38的國家，在21世紀裡，煥然一新的飛行訓練。更重要的是由T-38C的現代化計劃，顯示後冷戰時期美國設計及推銷軍機計劃的新方向，以往沿襲多年的常規，由T-38C開始，將有截然不同的新面貌。

T-38C教練機的機體(airframe)設計於1950年代，1961年服役，迄今已是機齡屆滿40年的老飛機，但經過結構延壽(structural life extension)和空電性能提昇後，新系統性能已和第一線戰機不相上下，因此在21世紀裡，仍將是美國空軍的主力高級教練機，另在空電性能提昇計劃中，美國空軍在決定得標團隊時的評估標準，已由以往的「價格」改成「價值」，而這種新標準將主宰21世紀美國軍機的採購方式。


發展原由

美國軍機主要製造廠商之一的諾斯洛普飛機公司(Northrop Aircraft Division)，在1954年提出了壽期成本(life cycle cost)的觀念，強調在設計新飛機時，必需將飛機的重量、複雜度、成本降到最低，而將可靠度(reliability)、維修度(maintainability)提昇到最高，以減低飛機服役期間的整體費用，此觀念下所研發的飛機是N-156，後續並衍生出T-38高級教練機（圖一）和F-5輕型戰鬥機。

N-156原本是諾斯洛普飛機公司內部，為了滿足美國軍售盟國戰鬥機的需求，在1950年代自行負擔經費及風險的研發概念機。當時設計戰鬥機最大的困擾是發動機既笨重又複雜，使得維修相當困難，又增加飛機重量。而奇異公司(General Electric)在1950年代初期發展出小型的J-85渦輪噴射發動機，推動美國空軍的綠鷃鶉(Green Quail)飛彈，這具發動機不但尺寸小，且推力／重量比(thrust/weight ratio)較當時的軍用發動機高出40％以上，於是諾斯洛普和奇異合作，以加裝後燃器的J-85發動機做為N-156的動力來源。

N-156於1953至1954年完成初步設計，1955年完成外型確定，並在當年年底完成審查。諾斯洛普認為在審慎的設計規則下，以二具J-85發動機為動力來源所研製出的戰鬥機，將只有現役第一線戰機重量的一半。在此同時，該公司獲悉美國空軍將汰除T-33教練機，於是同時進行發展N-156成為教練機，因此N-156計劃就分成了N-156F（戰鬥機）和N-156T（教練機）二項子計劃。1956年諾斯洛普完成了N-156T的全尺寸模型後，獲得美國空軍發展原型機YT-38的合約，並於1959年4月在加州的愛德華(Edward)空軍基地首飛，1961年3月首架生產型T-38移交德州的蘭道爾夫(Randolph)空軍基地、美國空軍第3510飛行訓練聯隊正式服役。

除了美國空軍外，美國海軍經由空軍系統司令部(Air Force Systems Command )採購了5架；美國航空暨太空總署(NASA)亦採購了24架，用來做為太空人熟飛的教練機；前西德在1960年代中期，決定將飛行訓練移到美國境內進行，於是透過美國空軍購買了46架，在1967年運到美國德州的雪柏(Sheppard)空軍基地，俾訓練西德空軍的飛行員，不過機身仍維持美國空軍的塗裝及徽誌；另外挪威、葡萄牙、土耳其也買了一些。




T-38的基本規格數據如下：

尺　寸：翼展7.7公尺，長度14.14公尺，高度3.92公尺，翼面積15.79平方公尺。

重　量：空重3,254公斤，最大起飛重量5,465公斤。

發動機：二具奇異公司的J85-GE-5A渦輪噴射發動機，單具淨推力11,900牛頓，開啟後燃器時推力為17,100牛頓；機內燃油2,207公升，無外掛副油箱，無法空中加油。

性　能：36,000呎高度時，最大平飛速度每小時1,380公里；5,000呎高度時，最大平飛速度每小時1,209公里；巡航速度每小時926公里；爬昇速率在最大推力時為每分鐘33,600呎，軍用推力時為每分鐘8,800呎；最大昇限53,600呎，任務半徑590公里，航程2,035公里。




結構強化

美國空軍訓練司令部(Air Training Command)使用T-38後，很快就發現它的性能優越，和當時美軍使用的其他超音速飛機相比較之下，T-38的安全紀錄最好，所需的維修工時最少。在最初10年的服役生涯裡，T-38A的失事率為每百萬飛行小時2.7架，只有美國空軍原先預測27架的10分之1；每一飛行小時的維修工時是10人—小時，也只有美國空軍原先預測16人—小時的3分之2。

到了1980年代初期，美國空軍由於飛行員不足，使得空軍訓練司令部倍感壓力。雖然當時美國空軍現役的T-38A/B總架數高達800多架，但空軍仍然認為必須迅速增購高級教練機，補充耗損，才能使飛訓進度不致落後。不過，即使T-38的表現優異，經過20餘年的服役後，飛機結構和系統都已呈現老態，可靠度和維修度直線下降，且隨著服役年限的屆臨，T-38的架數將會逐漸不敷所需。雖然當時的雷根政府大肆擴充國防預算經費，但美國空軍當時正進行中的C-17、F-117、B2計劃都所費不貲，所以沒有購買新型高級教練機的經費，美國空軍因此規劃了Pacer Classic結構延壽計劃

，同時也打算向國家航空暨太空總署、美國海軍、葡萄牙、土耳其索回售出的T-38，不過，後者很快就被打了回票。

幸運的是1989年11月柏林圍牆倒塌，1991年1月波灣戰爭(Gulf War)聯軍迅速擊潰伊拉克，1991年2月華沙公約(Warsaw Pact)解散，9個月之後蘇聯也完全解體，使得美軍的戰備需求銳減，空軍訓練司令部（1993年7月1日更名為空軍教育訓練司令部，Air Education and Training Command）對T-38的需求也大幅降低，因此不但不需要向外索回飛機，還有餘力在1995年將40架T-38A租給我國，以取代本軍部分F-5F雙座戰機的訓練任務，使得在二代戰機服役前，部分F-5E/F戰機得以擔負戰備的任務。而在美國空軍服役的T-38A/B總架數，也由1988年1月的882架，降到1998年10月的460架。（不包括德國現有的40架、租給我國的40架、以及美軍封存的198架）。

傳統上，美國空軍比較喜歡購買新飛機，而不是對舊型飛機進行性能提昇，例如：美國空軍最近一次的教練機採購案，就是以聯合初級教練機(JPATS)取代T-37C基本教練機的性能提昇，但這次卻進行了T-38C性能提昇，而不採購新教練機，原因是國防部的政策有了轉變，加上冷戰後的現實環境已經有所不同。1980年代中期以後，美國軍機採購及研發的經費已達韓戰以來的最低點，美國空軍沒有經費去設計發展理想的新一代高級教練機。

為了防止T-38的加速老化，並回復它的昔日英姿，美國空軍於1984年規劃了Pacer Classic結構延壽計劃，目的在維持飛機結構的強度，讓它在當時使用情況下，至少能服役到2020年。Pacer Classic由原飛機製造廠諾斯洛普飛機公司及原發動機製造廠奇異公司負責執行，針對結構、次系統、發動機進行性能提昇，主要內容包括：(一)更換機身脊背縱樑(dorsal longeron)，加強機翼翼樑；(二)安裝新的彈射座椅、煞車、飛控系統；(三)安裝新的抗鳥擊風擋；(四)大幅度地重新布線；(五)換裝新的奇異J85-GE-5附後燃器之渦輪噴射發動機。

1990年代中期，美國空軍又規劃了T-38機翼更新計劃，由諾斯洛普負責執行，現已完成可行性評估、細部設計/容損分析(damage tolerance analysis)，接著將進行原型新機翼製造，預定於2006年全機隊更換新機翼。換裝新機翼後，T-38的疲勞壽命將延長至8,600飛行小時，為原先設計疲勞壽命4,000飛行小時的二倍多，使T-38的服役年限再度延長到2040年，屆時T-38的總服役時間將達80年，可以說是戰機服役史上的奇蹟了。


空電提昇

T-38A的座艙設計於1957年，當時較特殊的是座艙內裝有滅火手柄(fire pull handle)，此裝備以後也成為美國空軍的制式需求。服役6年後，為了增加操作使用上的效率及便利性，同時也能更有效率地訓練飛行員去適應當時加入美國空軍的新戰機，座艙進行第一次的設計修改。原滅火手柄位置變更為發動機火警警告燈、警示燈儀表板移到右廊板、儀表燈光顯示的顏色由紅色改成白色，以改善低高度飛行時的視覺感受度、部分指針式儀表以一具姿態指示儀取代、前/後座飛行員的前方有一突起的水平情況指示表(horizontal situation indicator)。

設計修改後的座艙表現非常稱職，能持續服役超過4分之1世紀，就足可證明它是成功之作。但到了1990年代初期，和當時由洛克馬丁(Lockheed Martin)生產的Block 40/50之F-16新世代標準戰鬥機比較之下，二者的空電系統顯現出非常大的科技差距，而T-38飛訓畢業的飛行員，被派往F-16飛行聯隊的有越來越多的趨勢，使得T-38的空電系統顯然不合時宜。T-38系統上所欠缺的包括：抬頭顯示器(head-up display)、操縱/油門控制手柄(hands on throttle and stick control)、多功能顯示器(multifunction display)。加上導航系統老舊，使得訓練成果和新世代戰機的飛行需求／座艙管理間，幾乎難有交集，另外，T-38的空電系統也是越來越難維修，花費越來越貴。

美國空軍對T-38的不滿很容易理解，由T-38飛訓完畢的飛行員，後續換飛的是裝有抬頭顯示器、油門／飛控操縱桿、多功能顯示器的戰鬥機，因此由T-38轉換到高性能戰機有適應上的困難。飛行員由T-38裡1950年代設計的真空管老空電，一旦遭遇到新戰機裡功能強大的微電腦新式空電，恐怕難免有置身於科幻電影的錯覺。而聯合初級教練機服役後，這種情況還會更糟，初級飛行訓練畢業的學員進入高級飛行訓練時，反而由最先進的座艙和模擬機退化到老式的座艙，學員或許懷疑時光倒流了。要飛行員在老舊的座艙和現代化的座艙間學習適應，這種做法實在沒什麼道理。

為了改正這些缺點，美國空軍總部(Air Force Headquarters)在1995年12月11日，批准了空軍教育訓練司令部提出的操作需求(Operational Requirements)，不久之後，各企業團隊相繼提出競標草案，這些競爭團隊都不是單一家公司而已，而是一組專業團隊，成員包括：電子廠商、訓練模擬機公司、系統公司……等等，由一家飛機製造廠領軍。這顯示即使是大飛機製造廠也得分散計劃風險，而且在高度競爭的軍機改良市場裡，也要尊重那些專業經驗豐富的公司，尤其是需要特殊的模擬機和訓練裝備公司，來參與負責地面控制系統。

參與競爭的團隊總計有：新銳科技公司(Sierratech Inc.)、克萊斯勒空中系統公司(Chrysler Technology Airborne Systems)、哈理士公司政府系統部(Harris Corporation Government Systems Group)／新加坡科技航空工業公司(Singapore Technologies Aerospace)、洛克馬丁戰術系統部(Lockheed Martin Tactical Systems)／洛拉聯邦系統公司(Loral Federal Systems)、麥道飛機公司／以色列飛機工業公司拉哈分部(Israel Aircraft Industries' Lahav Division)、諾曼公司〔Northrop Grumman，諾斯洛普公司在1994年合併格魯曼飛機工程公司(Grumman Aircraft Engi

neering Corporation)後的新名稱〕／以色列艾爾比公司(Elbit of Israel)、洛克威爾國際公司(Rockwell International)、萃克公司(Tracor Inc.)。這些團隊都深具實力，其中新銳公司曾有T-38性能提昇設計的經驗；洛克馬丁則是擁有豐富資源的企業集團龍頭老大；諾曼公司尤其不能忽視，它是T-38的原設計製造廠，在政治氣氛濃厚的加州一向以政治手腕靈活而著稱。

這些草案經美國空軍評估後，由麥道團隊雀屏中選，雙方於1996年7月31日簽訂一紙金額4,560萬美元的合約，以進行T-38第一階段的空電性能提昇專案(Avionics Upgrade Program)，全案時程為期6年，總經費高達7億5,000萬美元，將把美國空軍的T-38空電系統，提昇到與第一線戰機、轟炸機相同的水平，且系統平均損壞時間不得少於55小時，任務成功率(mission success rate)需達98％。根據合約條文，麥道公司會儘量以市場上現有的商規件來更新空電系統，以降低成本。除了將T-38提昇到T-38C的標準外，麥道公司還得負責設計及更新T-38的飛行訓練模擬機和訓練系統支援中心。

由於想由以色列採購F-15I的工業互惠(offset)中獲得一些額度，加上也想借助以色列為智利(Chile)空軍F-5E/F進行性能提昇的經驗，波音麥道公司(1997年8月麥道被波音合併)選擇以色列飛機工業公司拉哈分部，做為T-38空電性能提昇的主要合作夥伴，由波音麥道的航太支援商業部(Aerospace Support Business Unit)和拉哈分部共同負責，性能提昇主要在座艙部分（圖二），以滿足未來飛行員的訓練需求，內容包括：

一、前座加裝寬視野抬頭顯示器，後座加裝顯示器圖像複製顯示，由以色列光電有限公司(Electro Optics Industries Ltd.)提供。

二、符合MIL-STD-1553B的資料匯流排(data bus)。

三、前、後座增加類似F-15E上的15公分×20公分主動式矩陣多功能顯示器，10公分×13公分的電子發動機顯示器。由空電顯示器公司(Avionics Displays Corporation)提供。

四、操縱／油門控制手柄。

五、內建整合式全球定位／慣性導航系統。

六、撞擊警告系統(Traffic Collision Avoidance System)顯示器。

七、數位程式化系統(digital programming system)，可上載任務計劃資料(mission planning data)及下載維修資料，以進行飛行後檢討，或做為維修參考。

八、能攜帶不拋擲轟炸記分系統(no-drop bomb scoring system)，執行目前由AT-38擔綱的武裝訓練課目。

九、整合操縱／油門控制手柄、抬頭顯示器的武器主控系，可模擬武器投放。

T-38C性能提昇案中還包括二套模擬機，將採用戰鬥模擬機上最常見的麥道訓練系統公司(Training System)的視界整合顯示系統(Visual Integrated Display System)，可提供水平方向210°，垂直方向140°的視野。除了提供模擬機外，T-38C全部空電的維修工作，也是由麥道團隊全權負責。

1998年7月8日，較原定時程提前了1個月，首架完成性能提昇的T-38C(編號64-13197)進行第一次飛試，隨即交給愛德華空軍基地的飛試中心(Air Force Flight Test Center)進行發展測試(development test)和初級戰備測試評估(Initial Operational Test & Evaluation)。T-38C將先撥交喬治亞州的莫地(Moody)空軍基地，執行戰力前導訓練(Lead-In Fighter Training)，之後再逐步替換美國空軍教育訓練司令部轄下，位於密西西比州、奧克拉荷馬州、德克薩斯州五個訓練聯隊的T-38A。

美國空軍預定提昇總架數為509架，生產線則定於2000年1月開始交機，生產時程為期6年。若其他國家的T-38或F-5也加入此計劃，則時程還會延長。




最高價值

美國空軍在1949年設計F-94的時候，開始有了把飛機視為武器系統(weapon system)的觀念，基於此觀念，新飛機的採購原則強調必需涵蓋一整套的項目。因此在評估空電性能提昇的競標團隊時，必需有整體考量，得標者不僅要能提供新座艙和模擬機，更重要的是要有系統整合的經驗，美國空軍認為麥道公司在T-45、T-1、C-17機員訓練方面的經驗，將對T-38C計劃有直接的助益，也遠比T-38原製造廠諾曼公司在機體結構上的經驗來得更重要。

英國海軍於1991年建案，總金額15億英鎊的魔術師(Merlin)反潛直昇機性能提昇專案，也是此種考量下的典型案例。此型直昇機的原製造廠是英國的西陸公司(Westland)和義大利的阿格斯泰(Agusta)公司，但最後贏得專案合約的卻是美國的IBM電腦公司，這是因為英國海軍認為此案成功的關鍵，在於誰能把機上的感測器、武器、電子裝備完全整合，在這種考量下，飛機原製造廠的角色就不那麼重要了。

美國空軍進行T-38性能提昇案評估的基本原則是「最高價值」(Best Value)和「成本獨立」(cost as an independent variable)。所謂的最高價值，是在採購案中只提出性能規範(performance specification)，而不是設計規範(design specification)，各競標廠商自行決定如何達到規範中的各種需求，各軍種再根據各廠商提供資料中的價格、壽期成本、以往表現……等，選定能提供最佳整體服務的廠商。所謂的成本獨立，是指一個購案的成功，能在預定的經費預算內達成是個重要、但不是唯一的因素。因此麥道團隊的競標價格雖然不是最便宜的，但美國空軍評估後，認為在相同的經費下，該團隊能以最低的投資，達到最高的作戰需求，因此由麥道團隊得標。

洛克馬丁在T-38性能提昇案所提出的經費需求比麥道少了1億美元，因此當美國空軍宣布由麥道得標時，洛克馬丁立即提出書面抗議，但在了解美國空軍是以「最高價值」做為判定的標準後，在9月份撤回了抗議。因此，得標與否的關鍵因素並不是錢，而是：(一)已驗證過的經驗、(二)能滿足美國空軍及國防部的需求，這二者的綜合。麥道在這方面遠勝過其他團隊，落榜的團隊中，絕大多數是市場銷售能力遠勝過飛機系統設計能力，而麥道公司過去的紀錄充分顯示，它是個系統整合經驗豐富的公司。


未來商機

除了美國空軍外，麥道團隊認為德國、土耳其、中華民國、……等國的T-38/F-5，也是T-38C性能提昇標準未來可能的顧客，潛在的飛機數目為240架，總金額達6億美元。不過麥道能否在外銷市場上擊敗諾曼公司，還是未定之數，尤其若是涵蓋機體結構或雷達的性能提昇時，諾曼公司在這方面的經驗恐怕將是無人能及。而這些國家在T-38/F-5性能提昇的需求上，也不見得和美國空軍完全一致，最有可能的應該是依據地區性的需要，進行部分而非全面的性能提昇。




結語

T-38的空電性能提昇將在2005年前，將美國空軍的T-38A/B提昇到T-38C的標準，完成性能提昇後的空電裝備，可靠度提高了7倍，不但增加機隊妥善率，節省維修的花費，更重要的是與現役戰鬥機相似的座艙環境，讓飛行員在完成飛訓轉換到戰鬥部隊時，面對熟悉的操縱裝備，不致因科技的差距而浪費時間在熟悉儀表上，大幅提昇了訓練效率；先進的空電裝備也讓機齡已屆40年的T-38，在21世紀中，仍然繼續擔負著美國空軍高級飛行訓練的任務。






參考資料

1."USAF awards T-38 wing contract to Northrop", Flight International, 10-16 March 1999.

2."USAF invites T-38C Talon upgrade bids", Flight International, 28 March-3 April 1999.

3."Upgraded T-38's successful first flight", Jane's International Defense Review, 8/1998.

4."Pacer Classic and AUP", Air International, October 1998.

5.David C. Isby "T-38C：Twenty First Century Trainer", Modern Simulation & Training, February 1997.

6.J. T. Callagher & W. E. Fellers. "The F-5 Story: Prototype and Technology Demonstrator", Aircraft Prototype and Technology Demonstrator Symposium, March 23-24 1983.

7.Mike Witt "Avionic trends - today and tomorrow?" International Defence Ministries Specifiers Guide 1992/1993.

8.Michael A. Dornheim "Upgrades to carry USAF T-38 beyond 2020", Aviation Week & Space Technology, 25 March 1996

9.David Fulghum "T-38 replacement delayed in revised master plan", Aviation Week & Space Technology, 8 June 1992.




作者簡介：

魏楞傑中校，空軍官校60期，美國辛辛納提大學航空碩士，現服務於中科院第一研究所。

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此篇文章雖已有十餘年，但對美軍T-38服役期間介紹深入，翻修改良有獨特的見解，值得各位關心國防的朋友細細品讀。

天天吃ㄚ鈣

老美這回怎沒來推銷?
沒有AT-3 Upgrade或AT-5的話,
T-38似乎是個選項?
M-346不知是沒錢買還是買不到? 總之別買T-50就好

101101

天天吃ㄚ鈣 發表於 2015-10-4 00:22  
老美這回怎沒來推銷?
沒有AT-3 Upgrade或AT-5的話,
T-38似乎是個選項?

我國向來不喜歡用舊機，如果要的話，上次租40架的時候，繼續租就好了，美國還打算直接賣了。
本文是希望用美國的改裝經驗，來提醒「勤儉建軍」的軍方，在後勤無虞的狀態下，為何美國T-38能撐五十年，而我國的F-5E、AT-3三十幾年的「老」飛機，卻顯得搖搖欲墜..........

k20011220

101101 發表於 2015-10-3 22:49  
我國向來不喜歡用舊機，如果要的話，上次租40架的時候，繼續租就好了，美國還打算直接賣了。
本文是希望 ...

有時也不能怪空軍 / 漢翔

T 38 生產了多少架 ? 當然相對的備用零件自然就多了

AT 3 當能生產幾架 ? 備用零件能有幾套 ? 幾年飛下來, 備用零件應該都消耗得差不多了
前次的延壽, 也是著重於機身的強固方面, 對於零件消失性商源的問題似乎著墨不多

F 5E 相信也是一樣的, 雖然號稱是國產 , 應該也是組裝而已, 主要的零組件也是美國進口的

101101

k20011220 發表於 2015-10-4 12:26  
有時也不能怪空軍 / 漢翔

T 38 生產了多少架 ? 當然相對的備用零件自然就多了

F-5E在國內的生產線自製率後期機體已遠超過7成，飛機的數量就不必多說了，前幾年美國空軍的假想敵中隊F-5E不夠用，來華看一批F-5E，也是搖搖頭 ，轉而向瑞士空軍買一批二手F-5E。

101101

F-5E在許多第三世界的國家依然活躍在第一線。

巴西的F-5E





特別介紹！伊朗空軍在斷了原廠後勤的seaqeh。