争吵
在F-35研发过程中,英国人与美国人争吵不休。英国人希望对其F-35拥有“作战主权”,使他们能够按照自己的意愿修改和升级飞机。这意味着美国需要提供F-35的计算机源代码,而美国人不愿拱手让出,担心安全性会受到损害。2006年底双方达成了一项协议平息了英国人的愤怒,具体细节至今保密。
英国人在装备F-35B短垂型还是F-35C舰载型上纠结了很长时间,最终选择了F-35B短垂型装备两艘“伊丽莎白女王”级新航母。F-35于2006年夏季被正式命名为“闪电II”,以纪念洛克希德P-38“闪电”和英国电气“闪电”两种战斗机。至于两架波音X-32验证机,现在都成为了博物馆展品。
弹射起飞/拦阻降落版“伊丽莎白女王”级航母概念图
F-35项目一开始的“系统设计与开发”(SDD)阶段涉及制造15架试飞原型机和7架静态试验机身。F-35B在重量控制方面遇到了问题,洛马公司为此对大量结构元件和其他组件进行了重大重新设计,将该机重量减少一吨多,无需在返回两栖攻击舰垂直降落是抛弃昂贵的制导弹药。
F-35A AF-1原型机的首飞
F-35A常规起降型SDD原型机在2006年12月15日首飞,由洛马试飞员乔恩·比斯利操纵。F-35B短垂型在2008年6月11日首飞,2009年初开始常规起降试飞。首架F-35C在2009年7月29日下线,于2011年11月首飞。洛马到2014年初已经制造了超过100架F-35,F-35B于2015年夏天开始在美国海军陆战队正式服役,后者率先宣布F-35形成初始作战能力,美国空军随后在2016年夏宣布F-35A形成初始作战能力。到2018年夏,洛马已经制造了超过300架F-35。
F-35B BF-1原型机的首飞
F-35项目遇到了很多实际困难,导致了管理层的变化,而且随着单价上涨,预计制造数量也将减少。尽管JSF项目希望研制一种可负担的战斗机,但最终成果却仍相当昂贵,当然F-35能够服役数十年,从而摊薄了购买成本。
详解F-35
传感器与软件
F-35的传感器套件由诺斯罗普·格鲁曼公司研制。在JSF的最初计划中,该机被设想为传感器数据的使用者而不是产生者,将从情报收集飞机、卫星和其他来源获取信息,这么设计是为了降低成本。但随着JSF项目的进展,情况有了很大不同,部分原因是人们意识到正在为JSF开发航电新技术比之前认为的要强大。如今的F-35被更多视为传感器数据的产生者,每架飞机都通过高速数据链与其他平台进行交互,提供所谓的“战场电子统治力”。如果其他平台是F-35,则能实现1+1>2的探测能力。
F-35传感器的核心是诺格研制的AN/APG-81雷达,该雷达基于F-22的AN/APG-77有源相控阵雷达研制,天线由具有由高速处理器连接的一系列收发(T/R)模块组成,可为阵列中的不同T/R模块分配不同的任务,也可为需要更高功率或灵敏度的任务分配更多模块。
AN/APG-81雷达
所以F-35的AN/APG-81雷达能够实现多种功能,除了是多模雷达外还可以是主动干扰系统、无源电子防御系统和通讯系统。雷达以一种无法预测的方式在很宽的频率和脉冲模式范围内生成信号,以确保低拦截概率,从而降低F-35因开启雷达而暴露的几率。与F-22的AN/APG-77相比,AN/APG-81的技术更先进,但由于T/R模块更少,所以探测距离相当于前者的三分之二(165公里/90海里)。
美国海军陆战队曾考虑装备F-35双座电子战(EW)型EF-35,但最后决定以F-35B的AN/APG-81实现电子攻击能力,不过目前该计划已经被搁置。
EF-35设想
F-35装备的其他传感器系统包括用于防御和空空作战的红外搜索与跟踪(IRST)系统,以及用于对地面目标进行精确攻击的瞄准系统。IRST系统被称为分布式孔径系统(DAS),由六个安装在机身不同部位的红外传感器组成,可提供全向红外探测和跟踪。DAS可以识别并跟踪来袭导弹和空中目标。
F-35的DAS系统
光电瞄准传感器是内置前视红外(FLIR)成像传感器的光电瞄准系统(EOTS),该系统还包括CCD电视摄像机、激光瞄准和激光光斑跟踪器。与典型现代瞄准系统不同,EOTS并非安装在转塔内,而是被融入F-35的机头并被不透波的视窗所覆盖,能在整个任务期间保持运行状态。EOTS的技术源自洛马“狙击手”瞄准吊舱,但经过改进能提供更好的成像分辨率。
F-35的EOTS系统
F-35的其他航电设备包括:
诺格通信、导航和识别(CNI)系统。
BAE系统公司的AN/ASQ-239“梭鱼”综合/自动对抗措施套件,包括告警系统、干扰弹发射器和AN/ALE-70拖曳诱饵。
美国空军的F-35A安装有自动地面防撞系统(Auto GCAS),根据地形图和地理位置来自动警告飞行员可能撞地,如果飞行员不响应,系统就自行采取措施拉起飞机规避。该系统最初是为F-16战斗机开发的,从2019年开始在F-35A上使用。目前尚不清楚其他F-35用户是否会采用Auto GCAS。
Auto GCAS
F-35的软件能收集来自所有传感器以及通过高速数据链中继的信息输入,将这些数据融合后无缝显示给飞行员。该机有两套数据链,一是Link16标准高带宽数据链,以及多功能先进数据链(MADL)(这是低截获概率隐身数据链),能实现F-35编队之间的联网。
MADL还可以链接到更广泛的战术网络上,美国海军陆战队已经进行了将F-35接入海军综合火空——制空(NIFC-CA)网络的实验。在这些实验中,F-35充当了E-2C“鹰眼”预警机的角色,穿透防护空域,为军舰发射导弹攻击空中和地面目标提供目标数据。F-35能凭借其先进传感器和数据链作为情报、监视和侦察(ISR)资产,协调战场行动。
F-35的软件在集成核心处理器(ICP)上执行,ICP是该机的中央“大脑”,将所有电子系统综合在一起并协调它们向飞行员显示的数据以及执行飞行员的命令。该系统至关重要,因为F-35是单座飞机,飞行员需要帮助才能执行复杂任务。该处理器系统通过三重冗余的MILSTD 1394B高速串行总线网络连接飞机子系统。
诺格公司为ICP选择了现成商用(COTS)处理器系统。F-35的ICP比十年前设计的F-22的集成核心处理器便宜,但功能要强大一个数量级,其功能之一就是提供自动目标识别和分类(ATRC)。F-35的处理能力给电子系统的开发人员带来了艰巨的软件挑战,F-35的软件有数百万行代码,是F-22的两倍。与F-22相比,F-35不仅拥有更先进的电子系统,而且还以空对空和空对地两种模式运行,并以三种不同的型号制造。F-35的软件编程采用模块化代码,以便隔离F-35每种型号的独特部分,其余代码则是三种型号通用的,每种型号唯一的代码部分只占总数的五分之一。
F-35的ICP
F-35的座舱
F-35的座舱有全面板宽度的全景座舱显示器(PCD),该显示看似单块大屏,但实际上是两快独立寻址的LCD平板显示器,总尺寸20x50厘米(8x20英寸),此外还有辅助飞行显示器作为备份。F-35没有平显,此功能被集成在罗克韦尔柯林斯的头盔显示器(HMD)上,可以在PCD和HMD上同时显示符号和图像。HMD的研制相当棘手,先后发展了三代头盔才达到堪用状态。
X-35和F-35座舱对比
第一代HMD用于试验,第二代HMD用于初始操作。随后,罗克韦尔柯林斯推出了适用于作战型飞机的第三代头盔,该头盔不仅可以在飞行员双眼前投射符号,还能显示合成视觉让飞行员“透视”飞机。头盔还集成夜视成像仪,该方案比夜视镜更简洁方便。
第三代头显
飞行员用使用双杆系统(HOTAS)来操纵飞机。PCD具有触屏功能,从而大幅简化了座舱布局。
F-35三种型号的区别与未来发展
F-35A是一种常规布局喷气式战斗机,具有梯形中单翼、两个外倾垂尾和机身隐身棱线,该机在重量上复合材料占比超过三分之一。由于传统上复合材料组件的制造非常昂贵,因此F-35在研制中对降低复合材料组件生产成本上做了许多工作。此外F-35还利用最新的计算机辅助设计和制造工具进行设计,以尽可能降低制造成本。
F-35各型号材料构成
飞行员坐在向前打开的整体座舱盖下。F-35A具有前三点式起落架,所有起落架都为单轮结构并通过液压驱动,可转向前起落架向前收回,主起落架向前并旋转收在机翼根部。F-35生产型的机鼻比X-35验证机长了12厘米,尾翼后移5厘米,垂尾也经过重新布置。
F-35B与X-35B的侧面图对比
机翼和平尾前缘后掠33度,后缘前掠14度。垂尾前缘后掠42度,并向两侧倾斜19度,而X-35垂尾的外倾25度。机翼前缘具有全展长前缘襟翼,后缘具有单块式大型襟副翼,平尾为全动式,铰链安装在尾撑末端,能有效增加平尾面积。该机没有减速板,由飞控以协同方式控制操纵翼面的偏转进行减速动。
除前缘襟翼是电动驱动以外,F-35所有控制翼面均由有趣的“电动静液作动系统”(EHAS)驱动,该系统的致动器全部为液压装置,但都是独立的且受电气驱动信号控制,不连入中央液压系统上,从而将液压系统的高扭矩和电气系统的高可靠性结合在一起。虽然EHAS致动器的单个重量都比传统致动器大,但整体重量却更轻。
F-35A座舱后面的机背有一个加油插座,而F-35B和F-35C则在机鼻右侧布置有可收放加油探头,F-35B/C的空重都比F-35A重了约1.4吨。
与F-35A相比,F-35C舰载型的机翼更大,翼展13.11米,翼面积比F-35A大了45%,尾翼尺寸也更大。较大的翼面积使该机具有更大航程和良好的低速航母着舰特性。F-35C的机翼具有折叠式外翼段,折叠后翼展降至9.47米,外翼段后缘增加了副翼,此外F-35C还具有更坚固的起落架并增加了尾钩。
F-35各型号迎头轮廓对比
F-35由普惠F119发动机的改进版本提供动力,该发动机被称为F135,虽然与F119一样推力强劲,但价格却便宜得多,因为使用了成本更低的组件,当然这也增加了重量。F135干推力12700千克级,加力推力19500千克级。发动机配备有S型进气道以避免雷达信号直视压气机叶片。
F135发动机
F-35B的轴驱动升力风扇由罗尔斯·罗伊斯/艾利逊公司制造,可提供高达8150千克的升力。不用时升力风扇被液压驱动的舱门盖住,舱门之后的机背还有一个辅助进气口,可在风扇运转时为发动机提供更多气流。F-35A内油10500升,F-35B内油容量大约减少了25%,F-35C的内油大约增加了10%。F-35在机翼、机身甚至垂尾内都设置有油箱。
F-35B的升力风扇
F-35B短垂型的飞行员特别欣赏该机的智能性。驾驶“鹞”式进行短距起飞是一件麻烦事,飞行员需要拥有“三只手”:一只手操作油门杆,一只手操作操纵杆,第三只手用于控制旋转喷管的角度控制杆。相比之下,F-35B的飞行员只需专注操纵杆和油门杆,在短距起飞中的其他操作都交给软件自动处理。飞行员只需按下PCD上的“按钮”即可从垂直飞行转换成前行,反之亦然。在垂直飞行中,左手油门杆用于控制上升或下降的速度,只要放开它,飞机就会自动悬停。与“鹞”式通过机身头尾和翼尖的反作用喷嘴来控制悬停姿态不同,F-35B需调节其垂直升力系统的四个点——尾喷管、两个腋下姿态喷管和升力风扇来调节姿态,手动很难或不可能做到这一点,软件将该操作变得非常简单。
悬停中的F-35B
甚至在X-35验证机首飞之前,美国国会就一直在为JSF寻求备用发动机以防万一。在F-22竞争中败于普惠F119的通用电气F120发动机被选为备用发动机,由通用电气、罗尔斯·罗伊斯和艾利逊三家公司负责派生出适合F-35的F136。该项目存在很大争议,最后因资金拮据在2011年底被取消。
F136
普惠F135发动机规划了Block 1升级型,将使燃油效率提高至少5%,推力提高至少10%。Block 1除安装在最新生产的F-35之外,还计划在大修中对已出厂飞机进行升级。普惠目前也在研究适合F-35的更先进发动机,该发动机将于30年代推出,推力至少提高10%,燃耗油率降低至少5%,垂直升力提高约2%。
F-35有两个弹舱,每个可容纳一枚联合直接攻击弹药(JDAM)GPS制导炸弹和一枚AIM-120先进中距空空导弹(AMRAAM)。F-35A和F-35C可以在弹舱内置两枚900千克(2000磅)的JDAM,而F-35B因弹舱尺寸限制,只能内置两枚450千克(1000磅)的JDAM。
F-35A开弹舱
F-35所有型号都能内置最多8枚112千克(250磅)小直径炸弹(SDB),每个弹舱各有两扇舱门,AIM-120导弹被安装在内侧舱门上的弹射挂架上。美国空军正计划增强F-35A的内置载能力,以挂载两枚B61 Mod 12 GPS制导/可变当量核弹,并计划内置美国海军正在研制中的先进反辐射导弹增程型(AARGM-ER)。
F-35翼下有6个武器挂架,可外挂大量弹药,不过要以牺牲隐身为代价。每个机翼最内侧挂架最大挂载重量达2270千克(5000磅),中间挂架承重1135千克(2500磅),该机最大载弹量9070千克(20000磅)。
F-35A“野兽模式”
只有F-35A有内置机炮,该机早期计划安装一门毛瑟BK-27 27毫米转膛炮的派生型,但最终决定使用通用电气GAU-22/U 25毫米四管加特林机炮,该炮的五管版本GAU-12/U瓷碗装备了美国海军陆战队的AV-8B。F-35的机炮位于左翼根部,备弹182发,最大射速每分钟3300发。其他型号没有内置机炮,但可以在弹舱之间的机腹挂载一具内置GAU-22/U的保形机炮吊舱,备弹220发。
F-35A的机炮系统
F-35B的机炮吊舱
至于未来,洛克希德·马丁公司已经讨论了F-35装备激光武器的可能性,普惠正在考虑对F135发动机进行改进以提供驱动激光炮发电系统。