F-35子系统设计、开发和验证系统技术介绍

F-35车辆子系统作为整体集成系统架构的一部分进行开发、鉴定和部署。由于从通用的三变量集成系统架构中衍生出的独特要求，因此开发了几项关键技术作为整体子系统开发的一部分。其中包括电动初级和次级飞行控制驱动、电启动器/发电机系统、锂离子电池、集成电源和热管理系统以及扩展的弹射系统性能范围。随着新技术的任何开发和鉴定，在鉴定过程中观察到并解决了一些发现。随着完全集成子系统架构的成功实施，F-35车辆子系统完全合格并可运行，提供高性能的集成架构。这些子系统继续成功地支持F-35机队，远远超过目前的100,000飞行小时大关。

F-35 闪电 II 联合攻击战斗机 （JSF） 由洛克希德·马丁航空公司为美国空军、海军和海军陆战队以及英国皇家海军开发。这种隐藏的超音速多翼战斗机于7月35被命名为F-2006闪电II。JSF有三种变体：美国空军的常规起降飞机（CTOL）;美国海军的航母变体（CV）;以及美国海军陆战队和皇家海军的短距起飞飞机和垂直着陆 （STOVL）。所有变体都需要 70% -90% 的相似性。

战斗机的“代”名称始于二战末期的第一架亚音速喷气式飞机，每一代都反映了技术和能力的重大进步。F-35闪电II被称为第五代战斗机，它结合了复杂的隐身能力与战斗机的速度和敏捷性，完全集成的传感器信息，网络支持的操作，复杂的后勤和保存。

超音速和多用途F-35代表了空中优势的巨大飞跃，增加了杀伤力和在敌对和反介入空域环境中生存的能力。

F-35的设计考虑到了整个战场，为美国及其盟国提供了新的灵活性和能力。对每一种能力的依赖——电子攻击、隐身等——都不足以获得未来的成功和生存能力。传统上由特种飞机执行的任务 - 空对空战斗，空对地攻击，电子攻击，情报，监视和侦察 - 现在可以由F-35中队执行。

洛克希德·马丁公司F-35闪电II首飞

F-35C于2011年11月首飞。F-35A战斗机于10月2011被送往埃格林空军基地，并正在进行功能测试;F-35B于2011年10月落成。

第一次F-35飞行由GE劳斯莱斯F136发动机提供动力。关键设计审查于2008年2月完成。洛克希德·马丁公司宣布，由于对STOVL F-35B重量的担忧，设计变更使飞机的重量减轻了1,225公斤，同时提高了驱动力效率并减少了障碍物。严格的要求还需要一个比其他变体更小的内部武器空间。

Lockheed Martin F-35 Lightning II 规格

F-35结合了第五代战斗机的特点 - 先进的隐身，集成航空电子设备，传感器融合和卓越的后勤支持 - 以及历史上所有战斗机中最强大，最全面的集成传感器包。先进的隐形F-35允许飞行员在不被雷达探测到的情况下穿透区域，这是老式战斗机无法避免的。

先进电子战（EW）的能力使F-35飞行员能够以无与伦比的效率发现和跟踪敌军，干扰雷达并破坏攻击。先进的航空电子设备使飞行员能够实时访问具有 360 度覆盖和无与伦比的能力的战斗空间信息，以主宰战术环境。F-35上的传感器收集的数据将很快与海上，空中或陆地上的指挥官共享，从而提供正在进行的行动的即时和非常忠诚的视图 - 使F-35成为强大的倍增器，同时增加作战联盟。该系统允许F-35飞行员到达维护良好的目标并压制敌方雷达。

高度可观测的F-35隐身（VLO）使其能够进入安全维护的空域，而不会被雷达看到，这是第四代战斗机和以前的战斗机无法避免的。隐身功能、主动雷达扫描雷达 （AESA） 技术以及飞机从内部武器和燃料储存中携带完整部件的能力相结合，使 F-35 飞行员能够在不被发现和跟踪的情况下在更远的距离与地面目标交战。，使用精确制导弹药和空对空雷达制导导弹，成功完成空对地任务。在这种“干净”的配置中，F-35将首先进入空战室，为后续联军清理空中主导的道路，使其相对不受惩罚。

与前线战斗机的潜力相比，传感器，信息和集成的F-35武器系统使飞行员受益。与 F-35 和 F-22 等第 5 代战斗机相比，传统飞机具有更大的雷达散射截面 （RCS），这意味着它们更容易被敌方雷达探测到。在空战中，传统飞机有相对平等的探测和交战机会，而第五代战斗机飞行员可以首先看到敌机并采取果断行动，并在待机距离内关闭。看得见和看不见的能力正在重新定义上一代的空对空战术。

通过利用隐身、先进传感器和数据融合的优势，提供增强的飞行员态势感知能力，F-35飞行员可以执行重要的ISR任务，其数据捕获比以前的战斗机更复杂。F-35拥有历史上所有战机中最强大、最全面的集成传感器包，使飞行员能够360度访问“实时”战场信息。F-35传感器收集的信息可以安全地与海上，空中或陆地上的指挥官共享，从而提供正在进行的行动的全面视图。大多数 F-35 电子战和 ISR 能力都是通过每秒可以执行超过 4000 亿次操作的核心处理器实现的。该核心处理器从BAE系统公司开发的一系列秘密电子战中收集数据，以识别敌方雷达和电子战发射，并且与八个传感器一样，光电瞄准系统（EOTS）提供360度飞行员覆盖，建议必须攻击哪些目标，以及他是否必须使用动能或电子手段来对抗或消除威胁。

洛克希德·马丁公司F-35闪电II发动机

这三种型号的初始生产批次将由F-135普惠涡扇发动机提供动力，该发动机是安装在F-22上的F119的衍生产品。以下生产型飞机将由通用电气和劳斯莱斯开发的F135或F-136涡扇发动机提供支持。然而，在2007年2月公布的美国军事预算2006中，没有为F-136发动机的开发分配资金。美国国会选择在10月136退还F-2006的资金。

每台机器将配备两个BAE系统，即电子管理局的全数字控制系统（FADEC）。Hamilton Sundstrand提供变速箱。

在F-35B上，发动机与驱动风扇系统配对，该系统由STOVL驱动器的轴驱动。由劳斯莱斯防务公司开发的反向旋转升降风扇可产生超过 20,000 磅的推力。当翅片向上旋转以提供垂直升力时，安装在风扇上方和下方的门垂直打开。

主机有一个三旋转排气喷嘴。喷嘴在机翼内侧部分配备了两个侧倾控制通道，以及一个垂直提升风扇，可提供所需的STOVL能力。

洛克希德·马丁公司F-35闪电II驾驶舱和航空电子设备

BAE系统公司、霍尼韦尔公司和雷神公司的驾驶舱和航空电子系统L-3显示系统正在开发一种全景驾驶舱显示系统，该系统将包括两个有源10英寸×8英寸液晶显示器和一台屏幕管理计算机。

F-35B闪电II

F-35B的垂直起飞模型（STOVL）模型的变体被设计为在一个简单的基地，短距离的场地和在前线战区附近作战的各种空中能力的船只上作战。F-35B还可以从主基地较长的跑道上常规起飞和降落。

F-35C闪电II

在美国海军飞行史上，躲避雷达的隐身能力首次出现在航空母舰的甲板上。航母变体F-35C（CV）是第一架海军隐形战斗机，也是世界上唯一的第五代隐形战斗机，是一种为航空母舰作战而设计和明确的远程隐形战斗机。

Lockheed Martin F-35 Lightning II价格和订单

F-35闪电II被设计成一种经济实惠的第五代战斗机，利用了规模经济和三种变体之间的相似性。自第一架F-35建成以来，生产成本下降了约60%。

F-35A的成本连续第11年降低。F-35A单位的价格，包括飞机，发动机和成本，为8920万美元。这比F-35在低速初始生产批次10（LRIP 10）中的9430万美元成本降低了5.4%，并且还使F-35A的价格等于或低于前一架飞机的价格。在LRIP 11中，F-35B单位的成本降至1.155亿美元。这比LRIP 10中1.224亿美元的起飞和着陆变体成本降低了5.7%。F-35C单位的成本降至1.077亿美元。这意味着 LRIP 10 中运营商变体的成本降低了 11.1%，为 1.212 亿美元。

LRIP 11 飞机成本（包括喷气式飞机、发动机和费用）为：
102 架 F-35As CTOL - 8920 万美元（比 10 号拍品减少 5.4%） 25 架 F-35B STOVL - 1.155 亿美元（比拍品 10
减少 5.7%） 14 架 F-35C CV - 1.077 亿美元（比拍品 10
减少 11.1%）

美国政府、洛克希德·马丁公司和F-35工业团队继续合作，以降低未来生产用地的F-35成本。

2014 年，国防部宣布了一项名为“可负担性蓝图”的行业主导努力，并在 2016 年将努力从 18 亿美元的节约计划扩大到 40 亿美元。这些计划的目的是到2019年将F-35A的成本提高到8500万美元以下，届时它将相当于或低于任何第四代战斗机。

F-35计划包括重叠的飞行测试和称为并发的初始生产。并发性允许稳定的生产和供应链的速度，并更快地将 F-35 交付给作战人员。

由于并发性，最初的生产飞机需要多次改装才能根据飞行测试结果进行更改。随着飞行测试计划的成熟，新发现的风险会降低。当风险降低时，在许多后期生产中需要的改造就会减少。2013 年 6 月，国防部对前五个生产批次的并发成本估算下降了 5 亿美元，原因是更准确的估算方法和积极努力提高改革效率。

洛克希德·马丁公司和F-35联合项目办公室通过前四个生产批次分担了并发成本。从低级初始生产 5 开始，洛克希德·马丁公司承担了更多已知并发成本。

美国空军在32年订购了35架新的F-2010A飞机。美国海军陆战队订购了 16 架 F-35B 飞机，并考虑了超过 13 架飞机。美国海军在2009年订购了7架F-35B飞机，2011年向美国订购了12架F-35。

英国在2009年订购了两架F-35B，在2010年订购了一架F-35C。荷兰订购了三架F-35A飞机，其中一架在2010年，两架在2011年。澳大利亚决定14 年 35 月购买 F-2010A 飞机。

2010年，以色列政府决定选择F-35作为下一代飞机，以色列订购了20架F-35I。2011年6月，挪威议会一致批准资助四架F-35闪电II教练机，以稳定未来挪威空战能力的需求。

加拿大还宣布选择F-35飞机以满足未来的作战要求。意大利议会已批准购买131架F-35飞机，并在卡梅里空军基地建造总装设施。

洛克希德·马丁公司的F-35闪电II瓦里安人

F-35闪电II系列包括三种变体 - 所有单座喷气式飞机：F-35A变体起飞和着陆（CTOL），F-35B短距起飞（STOVL）变体和F-35C（CV）航母变体。

F-35的三种变体具有相似的性能特征，主要区别在于基本要求不同。因此，F-35B和F-35C变体具有独特的起飞和降落方式。

模型之间的差异使军队能够实现特种服务任务能力，同时仍然利用所有三种变体共有的零件和工艺产生的规模经济。这三种变体是超音速、低可观测的隐形战斗机，它们都具有执行多轮任务和F-35保护技术支持所需的相同复杂的航空电子设备。

F-35A闪电II

传统的F-35A起降变体（CTOL）设计用于在常规跑道上运行，并且是唯一携带内部加农炮的版本。F-35A将是F-35最常见的变体。美国空军和我们的大多数盟军空军和外国军售（FMS）国家将使用F-35A，取代他们的第三代和第四代飞机。

Lockheed Martin 的 F-35 闪电 II 战斗机性能延伸计划通过最大限度地减少停机时间、提供飞行员培训支持以及确保部件可用性，同时避免不必要的储备，来降低 F-35 机队的生命周期成本并提高其任务准备能力。该计划依赖对机队性能的准确预测来实现这些目标，包括对飞机停飞时间的预测。

Lockheed Martin 的工程师们使用 Simulink®、SimEvents®、Deep Learning Toolbox™ 和 MATLAB Parallel Server™ 对机队性能进行建模，并基于在一个 256-worker 的计算集群上完成的数万次仿真做出预测。

Lockheed Martin 项目工程师 Justin Beales 表示：“我们使用 Simulink 和 SimEvents 创建了一个模型，在其中整合了整个 F-35 计划的数据，仿真了多年时间跨度内的数百个地点每天运行的数千架飞机，并且每架飞机都有数千个零部件。在我们的集群上加速数千次 Monte Carlo 仿真，然后使用 Deep Learning Toolbox 对结果进行插值，这将为我们节省几年的处理时间。”

挑战

由于飞机及其所需的全球物流支持系统的复杂性，仿真 F-35 机队的性能极具挑战性。Lockheed Martin 最初尝试使用现有工具进行预测，但事实证明，这些工具让问题变得更复杂。

Lockheed Martin 团队希望开发一个详细的、易于配置的模型，用来快速仿真数千个参数组合和场景。他们需要运用先进的技术来生成和分析结果，包括实验设计、机器学习以及其他统计和概率方法。

解决方案

Lockheed Martin 的工程师们为 F-35 机队开发了一个复杂的 Simulink 模型，并使用 SimEvents 离散事件仿真引擎对模型进行了仿真。

他们使用 SimEvents 创建实体以构建模型的核心，并使用带 MATLAB® 代码的属性函数块实现系统逻辑。该模型包含零部件和飞机性能数据，以及关于飞机改装、异常维修事件、零部件可用性和飞机活动的数据。

他们使用测试用例和国防部验证、确认及认证指南对模型进行验证。

工程师们基于实验设计，对包含随机事件和参数变体的数千次试验进行了 Monte Carlo 仿真。为了更快地生成结果，该团队使用 Parallel Computing Toolbox™ 和 MATLAB Parallel Server 在一个 256-worker 集群上并行运行多个仿真。

他们使用 Deep Learning Toolbox 训练神经网络以得到仿真结果，使其能够对仿真数据进行插值。

在仿真过程中，Simulink 记录并存储了所有发生的事件。为了对这些数据进行后处理，该团队开发了 MATLAB 脚本来计算性能指标，生成带注释的 MATLAB 绘图，并创建 Microsoft® Excel 文件以供其他分析师使用。

Lockheed Martin 已在使用该模型预测机队性能，以支持 F-35 性能延伸计划。该团队目前正在研究在其他计划中使用此模型的方法。

结果

• 仿真设置时间从数月缩短到数小时。Beales 表示：“设置旧系统的数据输入需要几个月的时间。相比之下，我们现在一天内就可以使用新的数据集设置并运行 Simulink 和 SimEvents 模型。” 

• 减少了开发工作量。Beales 表示：“Simulink 和 SimEvents 极大地提升了我们的机队性能预测能力，同时最大限度地减少了开发工作量。” 

• 仿真时间减少了数月。Beales 表示：“在集群上（而不是在 12 核台式计算机上）并行运行我们的仿真，让仿真的完成速度快了 20 多倍。此外，使用 Deep Learning Toolbox 执行插值大大减少了需要执行的仿真次数，从而节省了额外的 CPU 时间。”

F-35任务系统允许飞行员执行对盟国和伙伴国家至关重要的传统先进战术任务。这些系统包括目前任何战斗机中最先进的传感器管理和数据融合。这些功能为飞行员提供了无与伦比的态势感知能力，并提供决策辅助，使飞行员能够及时做出关键的决策。这些功能的开发是利用从任务小插曲中得出的用例来执行能力和基于模型的开发。这种方法已扩展到测试和评估阶段，以开发用于验证模型和能力的任务级场景。

信息融合是一组算法，它结合了来自所有来源的数据，以创建环境的集成视图，以提供态势感知。核聚变是F-35的核心属性，从最初的概念开始就被设计到任务系统中。F-35信息融合的开发利用了整个公司和行业过去核聚变项目的经验;然而，有一些基本的架构决策和算法解决方案是F-35操作概念所独有的。本文讨论了一些关键的设计决策和功能，这些决策和功能塑造了最终的F-35信息融合解决方案。

航母适用性是飞机测试和评估的多学科专业。该学科将飞机载荷、飞行质量和性能的理论结合在一个系统方法系统中，以评估飞机是否适合在船舶和严酷的地点运行。此外，还评估了导航和制导、传感器集成、数据链互操作性、飞行员接口、可支持性和可维护性，以确保飞机能够作为系统中的系统运行。本文将介绍F-35C的航母适用性飞行试验，F-35C是美国海军和美国海军陆战队使用的舰载多用途第五代隐形战斗机。主题将包括讨论岸基测试的先决条件和结果，概述原始尾钩及其重新设计所遇到的挑战，以及在岸基测试中使用自动驾驶仪功能。随后将检查在船上环境中进行测试的必要性，讨论船上测试，船上弹射器和停止着陆方法的测试和结果。在整个过程中，将分析如何实施用于舰载着陆的先进进近模式控制法、三次船舶试验的结果以及对未来操作的影响的调查。

机身承包商、推进承包商和政府项目办公室的共同努力最终验证了 F-35 飞机的主要常规性能要求。该联合小组合作开发了一种经济高效且可信的建模和基于仿真的方法，以验证用于计算飞机性能的工程数据库。该小组的成功是严格的重量管理过程，并辅之以应用于飞行前测试性能预测的保守因素的逐步消耗。这些方法确保了F-35满足关键的合同履约要求。在我们的整个工作过程中，我们在对测试数据进行重点分析时保持了对细节的关注，从单个传感器测量到计算的性能参数。这些努力使最小的飞行测试矩阵足以解决飞行前测试空气动力学的微小调整。最终，飞行试验结果证明F-35飞机的设计超出了要求。此外，这些结果构成了在整个飞行包线中向操作员提供的操作性能能力的基础。

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