从单机飞行到作战平台——战斗机使命任务的过去与未来(1/2)
发布时间:2025-08-03 05:32 浏览量:1
本文原载于《兵器》杂志2023年11月刊,转载时重新进行了二次内容完善及编辑、补充部分插图,以与同好共同分享。个人认为《兵器》是一本专业、客观的军事杂志,推荐持续订阅,丰富自身的军事及政治知识。将家中杂志数字化保存同时进行转载的文章,虽多年份较久,但一是已经足够为普通网友提供专业的军事基础知识,二是想让读者以另一种比较独特的视角审视曾经的事物和观点。
我们正在亲历战斗机平台又一次大变革,这次变革将使得战斗机从空战平台变革到信息化作战平台甚至向着未来的智能化作战平台。
视距内空战平台的黎明期
恩格斯在《反杜林论》中曾说:“一旦技术上的进步可以用于军事目的并且已经用于军事目的,它们便立刻几乎强制地,而且往往是违反指挥官的意志而引起作战方式的改变甚至变革。”1911年,在意土战争中,意大利利用侦察机向土耳其军队投掷了榴弹,成为世界上第一次空中轰炸。到了1914年开始的第一次世界大战中,双方开始大量在战场上使用飞机进行活动。
一战是固定翼飞机军用化的黎明期,那时几乎所有搭载枪械的飞机都可以互相追逐格斗。
此时,战场上的军用飞机主要执行的是侦察任务。当双方飞机相遇时,飞行员从相互挥舞拳头发展到用随身携带的枪械相互射击,这些攻击效果可想而知。随着时间的推移,当交战的双方开始往飞机上安装机枪甚至专门开发用于空战的飞机时,战斗机诞生了。
从螺旋桨到喷气式
自从在一战战场上战斗机诞生之后,双方的战斗机就在视距距离内相互射击。可以说战斗机自诞生开始,就长时间处于视距内空战平台的阶段。二战带来了战斗机领域的重大进步,战斗机动力从活塞发动机时代跨越进了喷气式时代。
“骆驼”战斗机是一战时代协约国最成功的战斗机之一,当时空战格斗技术已经得到初步确立。
喷气式发动机使得战斗机的速度和升限获得了极大的提高。二战中的喷气式发动机虽然以现在的眼光来看可谓动力孱弱,但是已经可以使得早期的喷气式战斗机面对活塞式战斗机时获得极大的优势。
世界上第一款量产的喷气式战斗机Me262以今天的眼光来看设计得十分粗糙,成熟度不高,但是动力的革命使得其最大速度在6000米高度可以达到870千米/小时,在10000米高度可以达到820千米/小时,爬升率可以达到约20米/秒。空战中即使面对二战中最优秀的活塞战斗机P-51D时也具有性能优势。
盟军不得不借助制空权的优势,组织战斗机对Me262战斗机在起降阶段进行偷袭。Me262战斗机大部分的损失来自机械故障和地面损失。
二战后被美军缴获的德国Me262战斗机,该机开启了喷气式与后掠翼战斗机的时代。
喷气式战斗机在二战末期的惊艳亮相,使得各大国空军将喷气式战斗机作为战斗机的未来,各种早期的喷气式战斗机研发计划百花齐放。洛克希德公司在二战后期开始研制P-80战斗机并在战后开始量产,共和飞机公司研制了F-84战斗机,北美航空公司研制了F-86战斗机。
苏联则在初期经历了米高扬设计局的米格-9战斗机和雅克福列夫设计局的雅克-15战斗机之后,大量生产了米高扬设计局设计的米格-15战斗机。英国研发了“流星”、“吸血鬼”等战斗机。法国的达索公司在百废待兴中先后研制了“飓风”战斗机和“神秘”战斗机。
米格-9是一种采用螺旋桨时代直机翼布局的喷气式战斗机,由于发动机可靠性与布局限制,它一入役就落伍了。
图示:英国格罗斯特飞机公司的“流星”战斗机代表了第一代喷气式战斗机的设计思路,它们大多并不灵活,但依靠飞行速度与重火力打击敌人。
后掠翼主宰天空
朝鲜战争成为了第二次世界大战后第一次大规模局部战争。在这场战争初期,朝鲜天空尚有雅克-9,P-51和F-82这样的活塞式战斗机,以及F-80、F-84这样的平直翼喷气式战斗机。
随着苏联空军和志愿军空军性能优异的米格-15战斗机的出现,朝鲜的天空成为了后掠翼的米格-15战斗机和F-86战斗机搏杀的战场,而性能不及的活塞式战斗机和平直翼喷气式战斗机要不从战场空中消失,要不只能被打发去进行对地攻击。
F-84G战斗机
米格-15与F-86是战后一代战斗机的代名词,它们都采用后掠翼布局,在不同国家服役超过40年时间。
经历了朝鲜战争F-86战斗机和米格-15战斗机搏杀的洗礼,后掠翼喷气式战斗机彻底淘汰了活塞式战斗机和平直翼喷气式战斗机。但是此时,喷气式战斗机的空战武器依然与第二次世界大战时一样,通过机炮或者机枪进行空战。空战战术要不是近距格斗,要不就是快进快出一击即走的偷袭。
稚嫩的中国人民志愿军空军能够与美国空军在米格走廊对抗,除了苏联空军助力、创新的“一域多层四四制”战术体系等诸多因素外,空战中利用米格-15战斗机优异的垂直机动性能,快速拉起飞机占据高度优势,做大幅度的蛇形俯冲,将势能转变为动能,对F-86战斗机进行一击即走的“Yo-Yo”战术也起了很大的作用。
在某航空活动中,米格-15和F-86这对朝鲜战场上的老冤家比翼齐飞。
复杂的二代机技术革新
基于朝鲜战争的空战经验,美苏两国不约而同的得出了战斗机未来发展趋势是高空高速的结论。美国借助在F-86战斗机基础上进行设计并于1953年首飞的F-100战斗机跨越了音速门槛,再通过采用截击机设计并于1956年首飞的F-104战斗机跨越了两倍音速门槛。苏联在通过1952年首飞的米格-19战斗机跨过音速门槛之后,于1955年首飞了两倍音速的米格-21战斗机。
随着技术的进步,此时战斗机的空战武器除了机炮外,也开始装备空空导弹了。二代战斗机普遍将近距格斗导弹作为了自己的标配,许多一代战斗机的改进型号也装备了这一新兴空战武器。由于此时的近距格斗导弹距离较近,机动性较差,使用限制较多。因此空战依然主要是视距内空战,近距格斗导弹成为了机炮的延伸。
F-100战斗机
F-104战斗机
处于“一二代之间”的美国“百系列”战斗机有多个型号,它们大多实现了“超音速+雷达制导导弹”功能实用化
米格-21的故事
与通过两台RD-9发动机的强大推力将基于亚音速战斗机设计的米格-19战斗机以力大飞砖的方式强行推过音速门槛不同的是,米格-21战斗机从一开始就是按照超音速飞机进行设计的。
为了能够依靠单台P-11发动机的推力达到两倍音速的速度,米格-21战斗机选择了阻力最小的机头进气方案。这使得米格-21战斗机机头尺寸受限,只能装备测距雷达,无法装备火控雷达。推力的限制带来的紧凑的机身也无法安装过多的机载设备,即使这样,米格-21战斗机也成为了机载设备密度最高的战斗机。
从空战战术角度而言,米格-21战斗机本质上可以说是两倍音速的米格-19战斗机。米格-21F战斗机只装备了两门30毫米航炮,到了米格-21F-13战斗机才开始可以携带两枚K-13空空导弹。对于一个视距内空战平台而言,态势感知能力的短板和简陋的机载设备的确在当时并不是一个大问题。
米格-21(E-5)原型机,1955年首次试飞。
量产的米格-21F-13,翼下2个挂点,可挂2枚K-13空空导弹,这架是东德空军的。
如今陈列在美国空军博物馆的一架苏制米格-21F-13战斗机,请注意它采用向前掀开结构的座舱盖。
从米格-21战斗机的第二个量产型号米格-21PF战斗机开始,飞机的头部被加粗,头部进气道直径从米格-21F战斗机的690毫米增至910毫米,进气道中央锥体加大,内装火控雷达,增强了态势感知能力。不过这些改进依然是为视距内空战战术而服务的。一直到了上世纪末,米格公司提出的米格-21-93改进方案和以色列航空工业公司提出的米格-21-2000方案,均是结合上世纪末的航电技术,将作为视距内空战平台的米格-21战斗机中后期型号升级改造为超视距空战平台,具备中距拦射和对面攻击能力。
图示:捷克斯洛伐克空军的米格-21PF,座舱盖还是前开式,座舱后方有一段加高的脊背,但脊背后半段又缩小,到垂尾有一个弧形过度,空速管移到机头上方。
米格-21的经典挂载,“环礁”格斗导弹与57毫米火箭弹。其实火箭弹也被苏联空军作为对空截击武器运用。
罗马尼亚选择了米格-21-2000方案,而印度则选择了米格-21-93方案,将自己手头的米格-21战斗机改进为米格-21UPG。这种改进方案虽然名义上将一款视距内空战平台改造成了超视距空战平台,但是受米格-21战斗机中后期型号机头尺寸限制,雷达的探测距离依然有限,飞机的空中态势感知能力依然存在较大缺陷。
这次改装的实际效果在2019年的印巴克什米尔空战中得到了检验。当时印方参战的米格-21UPG战斗机还在寻找目标时,就被巴方的F-16战斗机用AIM-120中距空空导弹击落了。
印度空军米格-21UPG战斗机
与苏联的原型相比,中国虽然仿制了米格-21F-13战斗机并发展成为歼7战斗机,在很长一段时间里,源于米格-21F-13战斗机的歼7系列战斗机一直都是只装备有测距雷达,即使改进到了标志着中国航空工业彻底吃透了米格-21战斗机的歼-7E战斗机,依然还是只装备了测距雷达。直到2004年首飞的歼7G战斗机,才终于装上了JL-10G火控雷达。
另外一方面,成都飞机设计所参考米格-21MF战斗机研制而来的歼7C/D战斗机,由于沿用了米格-21战斗机中后期的设计,机头较粗,使其一开始可以装备JL-7火控雷达。1998年首飞的歼7FS验证机更采用了下颌进气道方式,空出了机头可以安装大型火控雷达,具备了成为超视距空战平台的基础条件。
图示:采用超音速战法的米格21战斗机发展到MF型时,终于具备了有限的半主动雷达制导导弹的运用能力,不过此时空战平台已经全面跨入超视距作战的时代。
米格-21MF的双连装23毫米机炮炮口,显然这种设计不利于减小飞机的风阻。不过事实证明机炮还是必要的。
但是由于当时更具研发价值的歼10战斗机已经首飞,后续设想的在歼7FS验证机基础上发展的歼7F战斗机,以及后续设想的歼7MF战斗机最终都没有得到继续发展。歼7系列战斗机终其一生都是视距内空战平台。
歼7FS验证机采用了下颌进气道方式
航展中的歼-7MF模型,将歼-7的下颌进气方式改为机腹进气,彻底解决机头空间狭窄的问题。
歼7战斗机刚开始在中国空军服役,经过几次作战使用,暴露出了航程短,滞空时间短,感知能力差的问题。为此国家提出了以米格-21为原准机,设计一种最大马赫数2.2至马赫数2.3,航程比米格-21战斗机增加一半左右,使用半主动雷达制导空空导弹,起飞重量9吨至10吨级的歼击机。这就是1969年首飞,1979年定型的歼8战斗机。
歼8作为相比歼7更大的平台,天生具备成为超视距空战平台的基础。但由于中国国防工业的技术差距,长时间只能作为视距内空战平台使用。由于火控雷达跟不上进度,歼8战斗机最开始生产的是只装备了测距雷达的白天型,从歼8I战斗机才开始就装有204火控雷达,具备了全天候作战能力。
歼-8首飞返航着陆历史照片
自歼8II战斗机开始,将机头进气改为两侧进气,可以在机头安装大型雷达天线。但是受制于落后的航电水平,一直到了1999年首飞,2002年定型的歼8H战斗机,才具备使用半主动雷达制导空空导弹能力,升级成为了超视距空战平台。到之后的歼8F上才终于具备使用主动雷达制导空空导弹能力。
法国人的方案
米格-21战斗机首飞的第二年,法国达索公司也首飞了自己研制的两倍音速战斗机——“幻影”3战斗机。该机成为了上世纪60年代以色列空军的主力,书写了一段中东战场的空中传奇,也成就了达索在喷气式飞机制造领域的威名。
“幻影”3战斗机主要是作为轻型截击机来设计的,因此除了装备了火控雷达外,还能使用马特拉R.530中距空空导弹或者后来出现的超级530中距空空导弹。但是“幻影”3战斗机只能在机腹携带一枚中距空空导弹,实际的空战时主要还是以机炮和近距格斗导弹为主,可以算是初步具备超视距空战能力的视距内空战平台。
携带“马特拉”雷达制导中距导弹的法制“幻影”3战斗机。采用三角翼单发布局,是该机的一大特征。
图示:“幻影”3以单发“小体格”实现超视距交战,机头内搭载的“赛拉诺”雷达系统至关重要。该雷达也是冷战时代法国最经典的雷达产品之一。
难以发挥的“鬼怪式”
发生在越南战争中的空战对空军装备发展产生了巨大的影响。战争中,美军依靠自己优势的空中力量,对北越进行了狂轰滥炸。越南社会主义共和国在苏联和中国的援助下,建立起了自己的航空兵部队。美越双方空中力量围绕着空袭与反空袭展开了较量。
虽然美国凭借优势力量掌握了越南空中的主动权,但是,越南空军航空兵部队依然凭借手中的装备,与强敌展开了殊死搏杀。战场上,美军空中力量既有属于视距内空战平台的F-100战斗机,也有属于超视距空战平台的F-4战斗机。
图示:至今仍在土耳其空军服役的美制F-4“鬼怪2”战斗机,该机实现了雷达制导导弹的有效运用与超音速飞行功能,是一种“势大力沉”全能重型战斗机。
越南战场的特殊环境,成就了苏联视距内空战平台最后的辉煌。东南亚的多雨潮湿环境,导致当时美军战斗机的电子设备极不可靠,导弹失灵概率极高;敌我识别系统的不可靠,使得美军规定空中必须目视识别之后才能交火,无法发挥超视距攻击的优势。
由于过于信任导弹的靶场成绩,美国空军迷信导弹制胜论,在战斗机上取消了机炮,飞行员也不再进行空战格斗训练。这样的诸多因素下,原本美国空军的由超视距空战平台在超视距击落敌方空中目标的设想,在现实中经常变成一场混乱的格斗空战。
F-4定型时并未内装机炮,这为该机的实战运用造成了不小的麻烦。图为美国空军正在试验F-4的机炮吊舱。
此时美国空军的F-4战斗机更多是按照战斗轰炸机而非格斗战斗机设计的,在与轻巧的米格-17/19/21战斗机的近距格斗中,难以充分发挥技术代差带来的战术优势。实战中,米格-21战斗机的典型战术是从机场以亚音速爬升至10000米,然后做加速上升转弯,大约在13000米达到马赫数1.8,再以马赫数1.8爬高到19000米高度进行超音速截击。战斗结束后减速下滑返航。
这一战术可以根据目标性质进行灵活调整。如果目标速度不是超音速且在较低高度巡航飞行,米格-21战斗机可以在爬升至一万米左右后视情调整截击方式为浅俯冲加速至超音速,进行尾追攻击后以超音速转弯脱离。由于越军米格-21战斗机发起攻击的时机突然,为空袭编队护航的美军F-4战斗机往往来不及做出反应。射击完毕的米格-21战斗机就已扬长而去。在越南战争后期,越军屡屡使用这种一击脱离的战术打击美军空袭编队,使得美军吃亏不小。
图示:AIM-7“麻雀”中距导弹是F-4战斗机设计时最主要的导弹兵器,但越战期间这种导弹并未夺走近距格斗导弹的“地位”。
越南战争虽然深刻影响了第三代战斗机设计,但也必须认识到,这是在特定环境和特定历史时期产生的结果。F-4战斗机的高空高速性能和超视距作战能力是为欧洲大规模线型战场设计的,在复杂环境和越战战场约束下难以发挥。越南空军航空兵部队虽然以劣势装备取得了不少的战果,但空中主动权是掌握在美军手中的。在空战的战果上,F-4战斗机在与米格-21战斗机交战的交换比上是胜出的。
随着技术的进步,电子设备可靠性的提高,视距内空战终究会逐渐被超视距空战取代,而下一代超视距空战平台也提高了自身的格斗性能,米格-21战斗机在中东战场上也逐渐进入屡战屡败的循环。苏联在米格-21战斗机之后,一度不再发展视距内空战平台。
与E-2舰载预警机编队飞行的F-4海军型战斗机,美国在这一代空战平台上已经实现完全的超视距发现与超视距接敌
F-16的诞生
许多人所不知道的是,F-16战斗机最开始是被设计为一款视距内空战平台的。当时美国存在一个俗称“战斗机黑手党”的航空兵社群,他们深刻的影响了美军战斗机科研论证的进程。“战斗机黑手党”的核心成员伯伊德发展了能量机动理论。
在超视距空战平台F-4战斗机在越南战场的表现不如人意后,美空军新一代战斗机的设计不可避免的在“战斗机黑手党”的影响下走向了空优设计。F-15战斗机成为了一款具备优秀空战能力的中距空战平台。利用军种矛盾和国防部高低搭配原则的要求,“战斗机黑手党”设法推动了轻型战斗机项目作为F-15战斗机的补充。这就诞生了F-16战斗机。
F-15战斗机
为了避免对空军机关的“宠儿”F-15战斗机产生威胁,美国空军将F-16战斗机定位为战斗轰炸机,主要利用该机承担对地攻击任务。所以空军需要遏制F-16战斗机的空战性能以便与F-15战斗机在空战能力上产生差异,这正中认为需要简化战斗机机载设备以减轻战斗机重量的“战斗机黑手党”下怀。这群退休战斗机飞行员们心满意足地利用最新的气动研究成果,充分实践自己的能量机动理论,将F-16战斗机打造成了一款具备优异格斗性能的视距内空战平台。
作为第三代战斗机的经典型号,F-16在问世之初其实是作为一种战斗轰炸机完成论证的。
F-16战斗机优异的性能,使其不仅大量装备了美军,还广泛装备于美国的盟友。在以色列空军手中,F-16战斗机作为视距内空战平台曾经与F-15战斗机一起给阿拉伯诸国空军装备的米格-21、米格-23战斗机以沉重打击。但这已经是视距内空战平台最后的余辉,它其实是在F-15战斗机的配合下实现的。
随着电子技术的进步,中距空空导弹性能的提高和成熟,空战不可避免的走向了中距空战。到了80年代中期,F-16战斗机从B1ock20批次开始以及对之前生产批次飞机的OCU、MLU以及ADF等几个改进计划中,也具备了超视距空战能力,转型成为一款超视距空战平台。纯视距内空战平台终究随着技术的进步逐步退出了历史舞台。
超视距空战平台的发轫
超视距空战平台的出现,其实源于中距空空导弹的出现。二战之后,为了能够让截击机远程打击敌方目标,美国海空军各自开始了对雷达制导的中距空空导弹的研究。经过早期的研制过程,1954年,AIM-4“猎鹰”空空导弹开始装备美国空军部队。1955年,AIM-7A“麻雀”开始进入美国海军服役。
美国AIM-4“猎鹰”空对空导弹
中距空空导弹的出现,为空战打开了新的大门。此前在视距内空战中,技术的优势很难完全转化为战斗的胜利。在中距空战中,技术和体系的作用更加明显,更有利于技术优势一方。
由于需要满足全天候全向拦截空中目标的要求,美国海军首先开始在自己的舰载机中装备AIM-7中距空空导弹,并开始基于AIM-7中距空空导弹设计新的超视距空战平台。1958年,麦克唐纳公司为美国海军研制的F-4战斗机首飞。
时至今日,AIM-7导弹的后期型还在随F-15战斗机服役,不过它们即将被AIM-120完全取代。
与第三代战斗机一同发展成熟的,还有AM-9L为代表的三代型格斗导弹。
由于美国海军对F-4战斗机的定位是舰载远程截击机,主要任务是为航母建立远程空中防线,截杀苏联的携带反舰导弹的轰炸机。因此F-4战斗机是以空空导弹作为主要的空战武器,没有安装机炮。
F-4战斗机拦截苏联的轰炸机。
F-4战斗机机腹可以以半埋形式携带四枚AIM-7中距空空导弹,机翼内侧挂架可以携带两枚AIM-7中距空空导弹或者四枚AIM-9近距格斗导弹。对地攻击任务时,F-4战斗机可以利用机腹挂架携带一枚MK28、MK43或者MK57型核弹,同时也能够选择携带24枚MK81型250磅低阻炸弹或者24枚MK82型500磅低阻炸弹或者11枚MK83型1000磅低阻炸弹。
除此以外还能携带15具Aero7D型19联装70毫米火箭弹发射巢或15具LAU-10A型四联装“阻尼”127毫米火箭弹发射巢。这种极高挂载能力设计,充分的说明了F-4“鬼怪2”的舰载战斗机定位。
全挂载状态下的F-4“鬼怪2”的舰载战斗机
美国海军装备的F-4战斗机准备弹射起飞
F-4战斗机优异的性能,加上当时美国空军出现了论证事故,使“鬼怪”能超越军种的限制,也成为美国空军的主力战斗机。F-4战斗机装备了优良的雷达以及复杂的航电,具备较强的多用途能力。它不仅是一款性能优异的超视距空战平台,同时也具备强大的对地攻击能力,因此美国空军一度打算将F-4战斗机作为战斗轰炸机使用。
由于此前空空导弹在靶场的优秀表现,以及设想的未来作战的欧洲战场的线性特性,使得美空军相信未来空战将由空空导弹决定,最初也没有为F-4战斗机配备内置航炮,飞行员也不再进行格斗训练。这一过于超前的认知在越南战场特殊的情况下很难实现。而越南空军航空兵部队也努力利用自己的视距内空战平台战斗机让敌人付出了血的代价。
越南空军的米格-21战斗机和美国空军的F-4鬼怪式战斗机在空战的油画
在越南战场,F-4战斗机的总损失数量为761架,空战损失为40架,其中有30架被米格-21战斗机击落,2架被米格-19战斗机击落,8架被米格-17战斗机击落。F-4战斗机在越南战场的战绩为85架米格-17战斗机、82架米格-21战斗机和11架米格-19战斗机,总数为178架。
凭借着领先至少一代的优异的性能,F-4战斗机在和苏联视距内空战平台空战的交换比总体占优。但是这样的战果,却更多是在视距内空战中取得的,超视距空战在越南的天空中并没有大放异彩。越南战场的教训影响了下一代战斗机的设计,为了防备越南空军战斗机偷袭而用预警机掌握空中态势也逐步开始为未来的空战变革揭开了序幕。
美国海军第84“海盗旗”战斗机中队,曾使用F-4参加过越战。
在铁幕的另一边,米高扬设计局的米格-21战斗机虽然成为一代经典。但是作为一款偏向截击性能的轻型战斗机,它具有航程短,滞空时间短,感知能力差等缺点。随着技术的进步、空战环境的变化,设备简单的米格-21战斗机逐渐已经不能满足苏联空军和国土防空军的要求。苏联需要一款多用途、航程远,具备中距拦射能力的重型战斗机。
1967年,米高扬设计局设计的米格-23战斗机首飞。米格-23战斗机采用了三个固定角度的可变后掠翼设计,可以使用P-23中距空空导弹和P-60近距格斗导弹。作为一款性能优异的超视距空战平台,米格-23战斗机被苏联空军和国土防空军装备,甚至一度被苏联海军看中准备改装为舰载机使用。米高扬设计局还在米格-23战斗机基础上研制了米格-27战斗轰炸机用于对地攻击。(未完待续)
米格-23是苏联战术战斗机家族中第一种真正实现半主动雷达制导中距导弹运用能力的型号。