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本文原载于《兵器》杂志2006年6月刊。本次转载时经重新二次内容完善及编辑、补充部分插图和整理。  战斗机敏捷性决定空战性能 战斗机之间所进行的格斗一直是空中战场上最惊险、最残酷的战斗形式。自从战斗机之间的交战出现之后，战斗机的敏捷性便一直是关系到空战胜负的关键因素之一。 一战时期的“骆驼”战斗机，二战中的拉-5、雅克-3、P-51和“零”式战斗机，战后喷气时代的F-86、F-8战斗机以及第三代的F-15和F-16战斗机都是在强调机动性的同时具有较好敏捷性的空战飞机。战斗机的最大对手同样是战斗机，而一架性能优异的战斗机无疑会给飞行员带来更多的荣誉和生存机会。  现代战斗机已经越来越向电子化、自动化的方面发展，先进的传感器和计算机技术的应用使超视距作战成为现代化空战中最主要的作战手段。超视距空战虽然从上世纪90年代初期的海湾战争开始在历次战争中表现出了越来越重要的作用，但即使是具备了高隐形性能、超音速巡航能力和较强超视距作战能力的第四代战斗机也仍然无法完全避免近距离格斗空战。 根据世界各国对新一代战斗机的技术发展和作战环境的分析可以看出，只要交战双方在装备技术和指挥控制水平上的差距不是过大，那么近距离格斗空战仍然将占据空战中20%~30%的比例。不可避免的格斗空战要求战斗机在强化隐形性和超视距作战能力的同时，还必须具备足够强的格斗空战性能。  战斗机的机动性和可控性之间有着直接的联系，而敏捷性可以说是机动性和可控性的因数之和。一架机动性能出色却难以控制的战斗机是不能称为高机动战斗机的。战斗机机动性、可控性和敏捷性之间的关系和效果，可以用朝鲜战争中F-86和米格一15之间的空战来分析。单纯以战斗机的机动性数据为依据可以发现，如果米格-15的飞行控制性能与F-86一样好，那么米格-15将完全可以在空战中压制住F-86，但是参加朝鲜上空作战的中国和苏联飞行员都认为米格-15是一种非常难以操纵的飞机，这就使F-86战斗机依靠操纵性和敏捷性上所具有的优势，在与米格-15的空战中占据了明显的优势。  图示：苏联米格-15是世界上最早投入使用的喷气战斗机。高空高速飞行性能突出，特别是良好的加速性能和爬升性能优于同期的西方同类飞机，垂直机动性压倒了对手，在水平机动性方面则与对手持平。但它也存在不足，例如机载设备、座舱舒适性都不如F-86，航程也略短一点，火炮威力虽大，但备弹较少，持续作战能力就更差些。  战斗机发展过程中对敏捷性的要求出现了几次比较明显的变化。一般在和平时期所发展的战斗机大多通过牺牲敏捷性来强化飞行速度、高度和增加更多的武器与设备，那时的全导弹战斗机就是这种装备思想发展的顶峰。然而在战争期间或根据实际战争经验所发展的战斗机则相对更加重视敏捷性对空战的作用。 根据越南战争和中东战争的经验所发展的第三代战斗机就是重视机动性和敏捷性思想的代表，而现在发展中的三代改进型战斗机和更加现代化的第四代战斗机则在强调超视距空战能力和较好的飞行性的同时，开始将敏捷性放到了一个非常重要的位置上。  对战斗机敏捷性的要求 在整体气动设计水平相当的情况下，战斗机的机动性能与飞机的过载具有直接的关系。目前国外广泛装备的第三代战斗机在机动飞行时的最大过载已经达到了9g。这个过载标准基本上达到了人体可以承受的极限，即使飞机的结构强度和过载还可以继续提高，但是飞行员体质上的局限已经很难依靠提高飞行过载来加强战斗机的机动性。  图示：F-16针对越南战争空战经验大幅度优化视距内格斗性能，是美国第一种能够进行9G过载机动的战斗机，也是美国首先采用线传飞控、人体工程学座舱的战斗机之一。 战斗机要在格斗空战中抢先获得优势的位置，具备更高的转弯角速度是最为明显的方法，但是提高转弯角速度必然会带来超过飞行员可承受极限的大过载，同时高过载转弯也会产生很大的阻力，而高阻力将会迅速消耗掉战斗机的能量，使战斗机无法保持足够的能量对机头位置进行有效调整。 现代战斗机对敏捷性要求与传统的机动性要求之间存在有明显的不同。传统的机动性一般是通过单位剩余功率、转弯角速度等能量机动指标作为对比的依据，但是这些数据只能比较出战斗机在稳定状态下的机动能力，只适合于判断对目标后半球实施稳定攻击的作战能力，而不能清楚地表现出敏捷性在作战中所体现的战术特点。  战斗机之间的空战如果还是以第三代战斗机设计时的尾追（后向）攻击为基础，那么近距离空战将以持续转弯机动为主要特征。交战双方谁的持续转弯速度余量较大，即谁的动能占有优势，那么谁就会在空战中获得抢先射击的机会。在以持续转弯机动动作为代表的空战中，战斗机的推重比和翼载荷将起到决定性的作用。 战斗机在现代格斗空战中基本都是采用具有全向攻击能力的高性能空空导弹作为主要作战武器，而装备有高性能红外成像导引头的新型格斗空空导弹已有能力在飞机的整个正迎头±90°的范围内攻击空中目标，因此现代战斗机在进行格斗空战的过程中，已不再需要绕到目标后方的狭小锥形空间范围内进行攻击。具备在目标前半球范围内进行迎头攻击和侧向攻击能力的先进空空格斗导弹从根本上改变了战斗机格斗空战所使用的战术。  装备AM-9X和AIM-120空空导弹的美军F-16战斗机。先进空战式器的使用大大提高了传统第三代战斗机的空战能力。 新型战斗机强调敏捷性的要求主要是基于两个方面的考虑：第一是因为全向攻击导弹的出现使战斗机降低了对稳定攻击机动动作的要求，飞行员只需要将机头对准目标就可以对目标实现比较高的杀伤率，而迅速调整机头位置则需要战斗机具有很高的敏捷性；其次是新型战斗机都将隐形性能作为一个重要的设计指标，而隐形战斗机之间的空战更容易出现近距离格斗交战。这两个技术特点决定了现代战斗机的作战环境和性能要求与第三代战斗机在设计时所处的环境已存在明显的区别，因此新一代战斗机的技术和战术发展必须按照作战环境的变化进行适当的调整。 战斗机使用全向攻击武器的作战性能更多地取决于战斗机本身的瞬间机动性能和敏捷性，能够首先将机头指向目标并使武器完成瞄准的战斗机，将在激烈残酷的空战中获得更多的胜利机会。在交战双方都装备有先进格斗空空导弹和可以得到良好预警支持的条件下，建立在战斗机敏捷性基础上的机头指向能力对作战胜负的作用已经超过了飞机机动性所得到的效果。   图示：AIM-9X“响尾蛇”空空导弹装有高性能红外成像导引头（上图）和矢量喷口(下图），与美军装备的联合头盔安装提示系统配合使用后，飞行员捕获和跟踪目标的能力大大提高，机头不必像以往那样对正目标也能获得有效的开火机会。 基于气动基础上的直接控制力和敏捷性设计，在应用范围和继续提高的潜力方面都已接近极限，新一代战斗机单纯依靠气动力控制已经不能继续满足21世纪空中战场对战斗机的机动性和敏捷性的要求。 过失速机动的概念和作用 根据国外采用数字仿真手段对战斗机敏捷性的战斗效益所进行的研究结果证明，在对抗双方战斗机机动性相当的情况下，一方仅仅通过提高敏捷性的技术手段所增加的战斗效益就相当于增加发动机推力的30%和降低机翼载荷的23%，而这个收益还仅仅是采用气动力控制的手段所获得的。 但是飞机机动性和敏捷性的设计要求在飞机气动设计的一些方面还存在矛盾，完全依靠气动控制来兼顾机动性和敏捷性的要求是比较困难的。在依靠常规气动力控制手段来提高飞机敏捷性的技术难度迅速提高的情况下，国外在上世纪70年代末期开始提出了一个超机动的概念，简单来说就是战斗机在远超过最大升力迎角时，通过对侧滑和滚转进行精确控制的机动飞行，即战斗机在过失速条件下仍可进行可控的机动飞行。 战斗机在进行超机动动作时并不需要很大的过载，主要是依靠战斗机很大的俯仰角速率、突然加/减速和在极大迎角姿态下绕速度矢量进行滚转的能力以及通过迅速改变的飞行姿态使战斗机获得很高的机头指向能力。战斗机在进行超机动动作的过程中能够使机头快速指向目标，并获得远比常规气动控制高得多的转弯角速度。这对于快速抢占攻击位置和回避敌方的攻击非常有利。因为超机动概念中的飞行动作基本上都是在超过最大升力迎角的大迎角下进行的，所以目前普遍将超机动称为过失速机动。 过失速机动所要求的不但是飞机在超过最大升力迎角后具有可靠的姿态稳定性，还要求在进行过失速机动的过程中飞机始终处于可控状态，只有满足了这两个基本的要求才可以称为过失速机动。 过失速机动的性能基本上无法依靠常规的气动控制来满足。发动机推力矢量是目前满足飞机在过失速条件下飞行控制能力最好的、也是最为有效的手段。现代化战斗机实现过失速机动的途径是通过对气动设计和动力系统的综合，将高可用升力、大推重比航空动力系统、推力矢量控制和非定常气动力效应进行综合利用。 目前，美国对于战斗机过失速机动技术的研究走在世界的前列。美国空军和NASA在上世纪70年代末期发展的HiMAT高机动性遥控研究机采用气动力控制为主；AFTI/F-16验证机对飞机火控-飞行-推进一体化技术进行了初步的验证；美国与德国共同开发的X-31增强战斗机机动性验证机则是第一次将飞机的气动控制与推力矢量控制综合到一起进行设计、以大迎角下进行的过失速机动性概念为根本研究目的的机型。 美国对于过失速机动的研究不但时间早，而且所涉及的范围和技术应用程度都非常高。美国空军开始装备的第四代F-22A战斗机是世界上第一种在设计开始就将推力矢量技术和常规气动控制技术进行综合考虑的实用化机型。F-22A虽然在设计中没有过多地强调过失速机动性能，但作战迎角可达到60°，已具备了非常强的过失速机动能力。 较好的大迎角飞行能力使F-22A在敏捷性上相对常规第三代战斗机拥有很大的技术优势。F-22A代表了目前世界战斗机技术的最高水平。如果想在格斗空战中有能力对抗F-22A战斗机，那么就必须具备至少与F-22A相当的敏捷性。 美国F-22A“猛禽”战斗机具备良好的隐形性能，在视距外交战中拥有较大的优势。 过失速机动对飞机和飞行员的要求 现代化战斗机普遍采用了放宽静安定度的设计来提高飞行性能。对于静不安定的战斗机，飞行员必须在增稳系统和相应的电传操纵系统辅助下才能真正掌握对飞机的控制。战斗机在过失速机动过程中的飞行状态将出现迅速变化，飞行控制上的要求也使飞行员必须通过自动飞行控制系统来操纵飞机。 过失速机动动作是战斗机在小范围内进行大角度的姿态调整。战斗机在过失速机动作战中不仅需要强调飞机本身的机动性能，对于飞行员本身也有很高的要求。过失速机动飞行是一个飞行状态急剧变化的过程，部分飞行动作会与飞行员的感官经验完全不同。 如果飞行员平时没有对过失速机动飞行进行长时间的熟悉和大量的基础训练，那么过失速机动姿态变化与飞行员习惯之间出现的冲突会导致飞行员失去判断能力和丧失意识，甚至产生错误的判断，并做出完全错误的操纵动作。能够操纵战斗机进行过失速机动飞行的飞行员需要经过长时间的适应性训练，而且需要建立起一整套与过失速机动相适应的指挥方式和战术手段。 图示：苏联/俄罗斯刚刚在气动布局研究方面赶上美国，F-22A又在失量推进和隐形性能方面占得先机。美、俄在未来战斗机研制的角力仍将继续下去。图为俄罗斯苏-27SMK战斗机。 在解决了飞机和飞行员的适应性问题之后，机载传感器和武器系统也必须适应过失速机动作战时的技术要求。机载传感器必须有能力在高速回转过程中迅速地对目标进行跟踪和瞄准，机载导弹的导引头也必须有能力在载机进行过失速机动的大角度姿态调整过程中稳定跟踪和瞄准目标，而且导弹武器系统还要具备全包线范围内发射的能力，绝不能出现载机将机头指向目标、而导弹却不能发射的被动情况。空战中的战机是稍纵即逝的。如果机载传感器和武器系统不能满足过失速机动作战的要求，那么飞机本身单纯具备过失速机动性能是没有实际意义的。 过失速机动在平时和战时的作用 只要近距离格斗在空战中仍然不可避免，那么对战斗机敏捷性的要求就不会放松。随着具备低信号特征的第四代战斗机在21世纪的广泛装备，战斗机互相发现距离的降低使近距离格斗的危险性有可能在现有的基础上得到增加。如果新一代战斗机不具备真正可靠的过失速机动能力，那么将很难适应与第四代战斗机相对抗的新时期战场环境要求。 图示：未来的空战中可能还没看见对手，自己就被疾速射来的中距空空导弹击落了。空战模式的变化也必然影响战斗机的设计。正因如此，F-22A在研制之初就强调要获得良好的隐形性能。 具备过失速机动和推力矢量技术的战斗机在获得了独特的机动飞行性能之外，对于保证飞行训练中的安全性也是非常有效的。根据美国空军资料统计，在所有军事航空训练飞行事故中，接近1/5的事故都是由于飞机进入失速尾旋或不可控制的偏离等极端状态后发生的。而我国空军训练中因为类似因素而出现飞行事故的比例还要更高。 采用推力矢量技术和具备过失速机动能力的现代化作战飞机将通过提高飞机在极限姿态下的恢复能力来解决这个问题。即使不考虑过失速机动技术对于提高战斗机作战性能所起到的作用，只要具备过失速机动能力的战斗机可以将因为失速或偏离等原因出现的事故降低80%，那么就足以补偿为满足过失速机动设计所增加的成本和结构复杂性的代价。 |
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