飛行員報告:駕駛F-35B懸停是怎樣一種感覺

原創不易 認可價值 轉載請務必註明作者 以及來自空翼

　　在本文中，英國著名老式飛機飛行員戴夫·昂溫談談他飛F-35B模擬器的感覺。由於F-35是一種單座戰鬥機，所以無法搭乘第三方飛行員做體驗飛行，只能通過擬真度較高的模擬器進行。

本文作者Dave Unwin

　　我駕駛F-35B緩慢地沿著滑行道懸停時，不禁想起了以前飛「鷂」TMk10的時光（戴夫·昂溫的「鷂」試飛報告 http://www.afwing.com/aircraft/flying-harrier-t10.html）。我一直以為「鷂」是一架令人難以置信的飛行機器，但誰知F-35B在垂直起降上做得更好！

　　事實上，當我坐在馬丁-貝克MK16彈射座椅上後，就立即發現F-35的座艙和我之前飛過的任何戰鬥機都不同。我很幸運，飛過十幾種不同的戰鬥機和戰鬥教練機，動力形式涉及活塞、渦槳和噴氣。雖然我不是一名真正的戰鬥機飛行員，但我可以分享一下駕駛F-35B模擬器的飛行體驗，讓讀者對這種新型戰鬥機有個真正的印象。英國已經訂購了138架「閃電II」，許多其他國家也購買了這種戰鬥機。F-35將最終成為其中一些國家的的唯一作戰飛機，雖然聽起來有點令人難以置信，但F-35的研製目的就是取代多種西方戰術飛機。

　　F-35是一種集成了許多先進系統的戰鬥機，其中的一些先進技術最終會下放到未來客機和民用飛機上（想想現在的波音787和許多公務機上的平顯），甚至有人說F-35很可能是最後一種有人戰鬥機。

　　那麼，「閃電II」到底是種什麼樣的戰鬥機呢？它是一種分成三種型號的第五代戰鬥機，分別是F-35A常規起降（CTOL）型、F-35B短距起飛/垂直降落（STOVL）型和F-35C艦載型（CV）（背景資料：F-35閃電II戰鬥機研發史 http://www.afwing.com/aircraft/lockheed-martin-f35-lightningII.html）。英國購買的是F-35B，同時裝備英國皇家空軍和皇家海軍。但諷刺的是，雖然F-35項目試圖通過讓三種型號保持最大化的通用度來降低的研發費用，但美國政府估計F-35全壽命周期成本很可能會超過一萬億美元，超過了歷史上的所有軍機項目。F-35項目從一開始就是國際項目，這種非常先進的飛機依靠規模驚人的軟體才能正常運作，原始碼足足有八百萬行，四倍用於第一種五代機——F-22「猛禽」。這也從一個方面反映出F-35的系統和傳感器有多麼複雜，其中包括有源相控陣雷達（AESA）、光電分布式孔徑系統（DAS）和光電瞄準系統（EOTS）。我感覺其中最神奇的是光電分布式孔徑系統，它的六個傳感器能為飛行員提供全向晝/夜視景，也就是說當飛行員低頭看座艙地板時，頭盔顯示器使他能透視機身看到下方景象！

三種型號的F-35列隊飛行，從上到下分別是F-35A、F-35B和F-35C

F-35B上的光電分布式孔徑傳感器。製圖：韓五記

我感覺其中最神奇的是光電分布式孔徑系統，它的六個傳感器能為飛行員提供全向晝/夜視景

最初印象

　　坐進模擬器前，我先悠閒地繞著一架全尺寸實體模型轉了一圈。F-35身長15.4米，翼展10.7米，塊頭在戰鬥機中不算很大，但相當高，足足4.3米。F-35不能被簡單視為F-22的單發縮小型，它們在一些方面完全不同。這架模型的機翼沒有安裝掛架，彈藥完全內置在機腹彈艙中，這能保證飛機的隱身性能。F-35的機翼、尾翼和起落架設計都顯得很傳統，但我知道F-35B內部的推進系統完全打破了常規。

英國的F-35A全尺寸模型

F-22與F-35地面高度對比

　　F-35的普惠F135發動機是戰鬥機有史以來安裝過的推力最大的噴氣式發動機。F135和羅爾斯·羅伊斯公司研製的「升力系統」（也就是一個軸傳動升力風扇）組合在一起後，能使F-35B在很短的距離內起飛，然後垂直降落。這套推進系統堪稱機械奇蹟（背景資料：「閃電」之心——談談F135發動機 http://www.afwing.com/encyclopaedia/f135-engine.html）。

　　F135發動機是普惠F119發動機的進一步發展，後者是F-22「猛禽」戰鬥機的動力裝置。F-135可以產生高達12700千克幹推力和令人難以置信的19500千克「溼」推力（加力推力）。作為對比，英國電氣的「閃電」戰鬥機的羅羅「阿汶」發動機只能產生7257千克溼推力，兩臺加起來才14514千克。

　　F135的兩個轉子旋轉方向相反，這有助於理順從高壓渦輪（HPT）進入低壓渦輪（LPT）的核心氣流，提高發動機的效率，並可能還減少了定子和導向葉片的數量。低壓渦輪連接著羅羅升力風扇的驅動軸，升力風扇垂直安裝在F-35B座艙後方，由兩級反向旋轉的風扇組成，一級疊加在另一級上方。進氣口被一塊大型蓋板蓋住，鉸接於進氣口後方的機身結構上，F-35B在懸停、短距起飛、或處於平飛和懸停間的過渡飛行時，蓋板才向上打開。升力風扇的兩級風扇各由一套錐形齒輪系統驅動，兩套系統被容納在一個共用齒輪箱中，由沿F-35B縱軸線布置的驅動軸驅動。當F-35B懸停時，這根驅動軸把28000軸馬力的功率傳遞給升力風扇的離合器和錐形齒輪系統，驅動升力風扇從機背頂部的進氣口吸入冷空氣加速向下噴出，由此產生垂直升力。除此之外，F-35B的很大一部分垂直升力來自飛機尾部三軸承旋轉模塊（3BSM）噴管向下噴出的熾熱燃氣。這種有趣的噴管由三節連接在一起的管道組成，每節管道都是鈦合金製造的，都通過環形軸承與其他噴管連接。3BSM噴管最多可向下偏轉95度，也就是向前偏5度。有趣的是3BSM噴管的兩個環形軸承致動器都是燃油液壓驅動的，燃油被加壓到3500psi（24.1兆帕）後作為液壓流體來驅動致動器的伺服閥。3BSM噴管在2.5秒內就能完成95度偏轉（從水平偏轉到垂直狀態），噴管在懸停模式中還能左右偏轉12.5度進行橫向控制。這套垂直升力/控制系統的最後一個組件是滾轉噴管，位於兩側翼根下方的這個噴管截面積可調，在F-35B懸停時提供滾轉控制。噴管從發動機引出旁通空氣向下噴出，一個旋轉致動器負責調截噴管面積，改變推力的大小和矢量，使飛行員在懸停時能控制F-35B在滾轉軸上的姿態。

F-35B複雜的動力系統

F-35B機背的升力風扇和輔助進氣口

　　升力風扇、兩個翼下滾轉噴管和3BSM噴管總共可產生15830千克的垂直升力，其中7120千克來自尾噴管，而這推力轉換可在不到三秒鐘的時間裡完成！

　　由於懸停需要非常大的動力，導致發動機要吞入更多空氣，所以洛克希德·馬丁公司在升力風扇後方增加了一對輔助進氣門（AAID），用來向F135發動機提供額外空氣。升力風扇下方的可調截面積葉片盒（VAVB）能對升力風扇產生的垂直升力進行矢量調節，VAVB由一個鋁合金框架和六片百葉窗式鈦葉片組成。葉片可向後偏轉達42度，向前偏轉5度，以此調節氣流方向。

紅外攝影機拍到的懸停狀態下的F-35B，可以看到只有尾噴噴流是熱的

彈射座椅

　　令人驚訝的是，F-35的馬丁-貝克Mk 16彈射座椅也和飛機一樣先進。我曾經坐過許多種彈射座椅（當然不全是馬丁-貝克），從「吸血鬼」TII的馬丁-貝克Mk3到「鷂」T10的馬丁-貝克Mk10，它們的共同點是不舒服，而且固定安全帶很繁瑣。

　　在Mk16上你只需要坐下，扣上安全帶，插好個人裝具接頭，拔下彈射座椅保險銷就可以了。彈射座椅沒有腿部束帶，無需在登機前套上這玩意，腿部約束功能已經集成在飛機設計中了。你也無需調整火箭發動機的推力來適應自己的體重。從座艙中起身也更容易，當你把「武裝/保險」手柄拉回保險位置時，座椅會自動彈出個人裝具接頭。

馬丁-貝克Mk 16彈射座椅

地面彈射測試

不僅僅是頭盔

　　「閃電II」飛行員戴著一個非常複雜的頭盔，內置頭盔顯示器系統（HMD）。頭盔主要使用芳綸製造，包括氧氣面罩在內的總重量不超過2公斤。頭盔採用主動降噪技術，其顯示單元可向飛行員提供各種所需的數據，保證他在交戰中能持續看向座艙外。此外，F-35的機載系統能把來自各傳感器和數據鏈的數據融合後呈現在全景座艙顯示上，把飛行員的態勢感知提高到前所未有高度。系統能自動過濾不必要的信息，並把按優先級對威脅和目標進行排序。（背景資料：「閃電」之眼——F-35的頭盔顯示系統 http://www.afwing.com/aircraft/f35-fighter-hmds.html）

　　語音指令系統進一步增強了飛行員的態勢感知能力，這套語音系統通過3D聲音警告使飛行員知道威脅出現的方向，同時數據融合引擎和人機接口會自動在頭盔顯示器上顯示出威脅信息。現代戰場對隱身飛機的電磁輻射管制提出了極高要求，不僅需要電磁發射必須簡短，而且還能瞄準友軍接受裝置做精準定向發射，但F-35作為重要網絡節點需要與眾多友軍平臺聯網作戰，而且大帶寬要求也必須藉助衛星通訊技術，這就導致了多重電磁輻射問題，與隱身形成矛盾，需要飛行員根據戰術情況進行管制。

現在F-35的頭盔顯示器已經發展到了第三代

目前正在測試更新的減重版以降低對飛行員頸部的壓力

模擬器體驗

　　我在肯恩和「芭比」的照看下坐進模擬器座艙。肯·庫珀和前F-18飛行員克雷格·達勒（呼號「芭比」）對F-35的系統知之甚深。我的第一印象是座艙和儀表面板都這麼幹淨，不僅開關、旋鈕和手柄很少，甚至在其他STOVL飛機上非常重要的噴管和襟翼控制手柄也不見了蹤影。你面前只有發動機啟動開關、起落架收放手柄、緊急拋掛架按鈕、著陸燈開關、停機制動開關，相當簡潔，除此之外的控制都要通過觸控螢幕或者語音命令進行。座艙裡還缺少平顯，但F-35的飛行員仍能獲得海量信息，其中大部分都顯示在自己的頭盔面罩內側。事實上，這架飛機的輔助設備（如彈射座椅和飛行員頭盔）和飛機本身一樣複雜。

F-35模擬器沒有採用制式頭盔顯示器

這是因為F-35飛行員的頭盔是高度定製化的，成本高達40萬美元，所以全任務模擬器使用了更便宜的解決方案

　　座艙的核心設備是L-3全景座艙顯示器（PCD），這是一個帶觸摸功能的有源矩陣液晶顯示器，由兩塊250 x 200毫米的液晶面板組成。顯示器解析度達2560 x 1024像素，也就說單塊面板的解析度是1280 x 1024。顯示器清晰易讀，畫面頂部主要顯示子系統信息，如發動機儀表、燃油量、起落架狀態、注意和警告信息、自動駕駛儀/自動油門和導航信息等等等。戰術信息顯示在畫面中間，被分成了叫做「門戶」的四塊，飛行員可以設置任意一塊的顯示內容，甚至可以改變門戶的大小。畫面左下方的符號顯示3BSM噴管和升力風扇的狀態。全景座艙顯示器下方中央控制臺上還有一個電池供電的備用飛行顯示器。但飛行員所需的大多數信息還是顯示在頭盔顯示器上，輔以語音指令系統發出的3D聲音威脅警告，這大大增強了飛行員的態勢感知。（背景資料：F-35的電子戰系統 http://www.afwing.com/aircraft/f35-fighter-iews.html）

　　座艙右側控制臺安裝著側杆式操縱杆，除操縱副翼和平尾外，F-35B飛行員在懸停中也要用到側杆。油門杆在左側，是前後滑動式的。側杆和油門杆上布滿了開關和按鈕，形成了「手不離杆」（HOTAS）系統。HOTAS的操作邏輯相當複雜，奇怪的是其中居然沒有配平按鈕。

我的第一印象是座艙和儀表面板都這麼幹淨，不僅開關、旋鈕和手柄很少，甚至在其他STOVL飛機上非常重要的噴管和襟翼控制手柄也不見了蹤影

HOTAS的操作邏輯相當複雜，奇怪的是其中居然沒有配平按鈕

　　啟動發動機很容易，只需啟動綜合動力包（IPP，即一種輔助動力裝置-APU），然後把發動機啟動開關扳到運行就可以了。地面滑行也非常簡單，用踏板控制前輪轉向，還可以調節轉向增益。座艙前向視野很棒，事實上，如果分布式孔徑系統工作正常的話，座艙玻璃不透明都可以，可以只依靠合成視覺來開飛機。我滑行到虛擬內利斯基地的跑道上，過了一遍起飛前檢查。我徒勞地尋找著襟翼選擇開關，直到「芭比」提醒我襟翼是全自動的。起飛很簡單：對準跑道，先開軍推再進入加力，飛機加速驚人，滑跑很短距離後就達到了150節（278公裡/小時）的抬前輪速度，升空後我要用最快速度收起落架！速度在飛快增加，不一會我就在虛擬沙漠30米上空加速到0.9馬赫，加速度相當驚人！當你的飛行矢量會與地面相交時，頭盔顯示器上就會出現一個警告符號，真是個很有用的安全設計。

常規起飛中的F-35B，襟翼是自動控制的

F-35的滾轉相當迅速，圍繞三軸的操縱都很精確

　　迅速爬升到7620米後，我開始嘗試低速飛行。計算機不會讓F-35陷入可能失速的境地，只是下降率有所增加。我增加了點推力讓下降率降低到120節（62米/秒），然後肯恩說：「你可以這樣開始筋鬥，只要全加力然後拉起就好。」我有點不相信，但還是照做了，結果正如他所說。F-35的可用推力和操控令人難以置信，但飛起來仍很容易上手。F-35的滾轉相當迅速，圍繞三軸的操縱都很精確。因為我更感興趣的是飛行而不是模擬戰鬥，所以沒有時間研究飛機上掛載的武器，但還是沒抵擋住向「敵軍建築」扔下兩枚907千克炸彈的誘惑。和F-35的其他方面一樣，目標指示、瞄準和投彈都是非常簡單的，我沒有打偏（HOTAS可能是個例外，需要花些工夫學習）。

　　以0.9馬赫的速度返回虛擬內利斯沒花多少時間，當我看見機場後才意識到：雖然油門杆已經向後收了很遠，但F-35的速度仍然沒有降低多少。感覺到我的吃驚後「芭比」解釋道：「它就是不喜歡慢下來」，所以我只能用拇指打開虛擬減速板，以減速到300節（556公裡/小時）的最大起落架放下速度（VLO）。我放下起落架後本能尋找襟翼手柄，才想座艙裡沒這個玩意！

F-35C的減速姿態，A/B由於少了兩片襟副翼，所以主要靠平尾配合機翼變彎度再加方向舵外偏減速

　　由於內利斯的海拔高度約為580米，所以我不能用氣壓高度表，改用無線電高度表。我手動控制油門飛了一個還算漂亮的降落航線，以150節（278公裡/小時）的著陸參考速度觸地復飛。我以250節（463公裡/小時）的速度轉向第三邊，再次放下起落架，按下「轉換」按鈕，然後轉彎向跑道飛去（你可以在任何速度下按下轉換按鈕，但如果速度高於250節，計算機根本不會啟動升力風扇）。全景座艙顯示器上的符號表明F-35已經做好懸停準備了，所以我只需操作油門杆上的速度命令按鈕就行了。

F-35B的最大起落架放下速度是300節

一鍵定速

　　現在我通過移上移下速度命令按鈕來改變命令框中的懸停空速，根本不用再去管油門杆，只要用到操縱杆：推桿下降，拉杆上升，左移就是向左側飛，右移向右側飛，控制邏輯非常簡單。「芭比」建議我一開始選擇60節（111公裡/小時）懸停空速，在接近跑道頭的過程中慢慢減速。他還好心提醒我不要蹬舵，除非我想做一個圍繞垂直軸線的「踏板轉彎」。來到跑道上方時，我把懸停空速設置為0。

現在我通過移上移下速度命令按鈕來改變命令框中的懸停空速，根本不用再去管油門杆

你可以在任何速度下按下轉換按鈕，但如果速度高於250節，計算機根本不會啟動升力風扇

　　雖然時間已經過去了大約15年，我仍清楚記得駕駛「鷂」從懸停過渡到純機翼飛行時簡直就像在刀尖上跳舞。當「鷂」懸停時，這架飛機就依靠4條尖叫的熾熱噴流浮在空中。我很清楚「鷂」在懸停前飛時如果一側進氣口因機身遮擋而造成進氣受阻，就會出現方向穩定性發散問題，在向純機翼飛行過渡的低速飛行中也是如此。事實上，這個問題是如此嚴重，最終會導致「鷂」在打轉中墜毀。為此「鷂」配備了專門的探測設備和傳感器，一旦飛機開始偏航，就振動方向舵踏板提示飛行員修正。

「鷂」在懸停中因失去平衡而彈射的案例屢見不鮮

　　「鷂」是上一個技術時代的產物，只有最優秀的飛行員才能駕馭。F-35B則完全不同，不存在方向穩定性發散的問題，也沒有踏板振動，事實上，該機的確非常容易駕駛。當然，我從未飛過真正的F-35B，所以不能對模擬器仿真程度發表評論。但即使真機的駕駛難度是模擬器的兩到三倍，F-35B仍很容易駕駛，這也是該機應該做到的。的確，與21世紀戰鬥機飛行員要完成的其他任務相比，駕駛飛機可能是最簡單的！

　　當我推桿降到跑道上時，感覺F-35堅如磐石，非常穩定。在降落成功的鼓舞下我又飛了一次短距起飛（全加力，在60節時拉杆），升空後我做了一些更複雜的懸停機動，其中包括幾次輕快的踏板轉彎。然後我下降到6米高度，沿著無盡的滑行道以10節（19公裡/小時）的速度懸停前飛。當然在現實中可不能這麼做，因為高溫燃氣會燒壞瀝青路面。但這樣做很好玩，透過座艙地板看到地面真是一種超現實體驗。我猛推桿想測試一下重落地，但計算機根本不允許下沉率超過3.81米/秒。後來我在範保羅航展上看到真正的F-35B懸停飛行，發動機向下噴出的能量真是讓人嘆為觀止。

在2016年的範保羅航展上，F-35B做了精彩的懸停機動

　　內油已經不多了，所以我嘗試了一次垂直起飛。我快速拉杆，飛機就像火箭般騰空而起，然後再一次垂直降落。毫無疑問，洛克希德·馬丁公司在化繁為簡方面做得很出色。

　　這是一架夢幻飛機！能夠垂直起降、隱身和超音速巡航，其「融合」傳感器系統和隱身設計意味著F-35B飛行員能夠看見一切，但敵人卻看不到他。

關注「空軍之翼」公眾號給你最專業的航空感受

微信公眾號搜索：kongjunzy（空軍之翼）