F-20三线图
上世纪 70 年代末期,卡特政府对 F-15(1972 年 7 月首次试飞,1974 年 11 月开始交付部队使用)、F-16(原型机于 1974 年 2 月首飞成功)等机密且昂贵的战机感到十分困扰。当时,几乎所有美国友邦都渴望获得与美国相同的最机密战机。这些国家既不考虑自身国防安全的实际需求,也不顾及财力是否能够负担,更不考量自身是否具备足够的操作和维修能力,以确保这些飞机能发挥最基本的战斗力并得到合理维护(就连美国空军都觉得养护 F-15 相当吃力)。
事实上,在许多国家,抢购最先进精密的战机已成为他们检验美国支持和承诺的手段,也是炫耀自身军事和科技地位的方式,并非基于自身实际需求。例如,伊朗在巴勒维时代千方百计购得一批 F-14 战机,但其空军的人力素质根本无法达到 F-14 的要求。结果,当美伊关系恶化,美国技术人员撤离后,伊朗拥有的只是一批全世界最精密昂贵的 “装饰品”,在两伊战争中毫无战斗力。又如,沙特阿拉伯坚持购买 F-15 战斗机,甚至一度以石油问题相要挟,在美国国会引发多次政治风暴。然而,沙特阿拉伯获得 F-15 后,其投资回报率如何,恐怕只有自己清楚。再看巴基斯坦,作为全世界最贫穷的国家之一,经过长期争取,终于拿出 10 亿美金购得 40 架 F-16。这种勒紧裤腰带大力建军的做法,对巴基斯坦而言恐怕并非好事。
FX 的由来
卡特政府鉴于上述情况,认为美国需要一种专供外销的战斗机。这种战机价格比最优秀的第一线战机便宜,操作维护更简单,性能自然也稍差一些。于是,美国征求厂商自力开发这种所谓 “中等性能” 的战机。为了让厂商不承担风险,卡特承诺国防部会向购买该型机的国家和地区促销并开拓市场。1979 年,这项名为 FX 战机的发展计划开始拟定,并迅速付诸执行。
美国发展 FX 战机还有诸多政治、经济和军事层面的考量。一方面,担忧贫穷国家不惜举债购买昂贵武器,会严重破坏本国经济,进而影响地区政治与社会的稳定;另一方面,精密战机销售后,美国军事和科技人员需长期驻在购买国,负责指导操作及维修技术,同时防止美国尖端军事科技外泄。例如,美国平均销售一架 F-16,就需派驻两名工程师,这些隐形开销会削弱购买国的经济活力。战乱时期,美国技术人员还是绑架勒索的目标,美国需承担政治风险。此外,如果某国军事人员素质不佳,导致购得的精密战机在战时无法保家卫国,美国最后可能不得不介入,付出生命、物资或政治等代价。
因此,美国认为销售一种价廉物美、操作维护简单的战机给友邦,让他们能够自我防卫,才符合美国的利益,这也是 FX 战机计划的主要目的。
F-20转弯性能非常出色
FX 的发展经过
FX 发展出两种机型:一种是 F-16/79,它是 F-16A 的低档战机,配置较简易的电子装备和老式推力较小的 J-79 发动机;另一种为 F-5G “虎鲨”(后编号 F-20),由诺斯罗普(Northrop)公司研制。通用动力公司对 FX 计划并不热衷,因为他们的 F-16 已获得空军和许多国外买主的大批订单,忙得不可开交。若另行发展一种便宜的 FX 战机,无异于抢自己的生意。据说他们参加 FX 计划只是一种低成本的商业赌注 —— 认为卡特若能连任,定会实践禁止第三世界买主获得精密战机的主张,那么他们不费吹灰之力改装成功的 F-16/79 可以凭借 F-16 的盛名打进中级战机市场;如果卡特竞选失败,F-16/79 的市场拓展不开,该公司也没多少损失。
相反,诺斯罗普公司相当认真地发展 FX 战机。过去 20 年中,该公司至少向 23 个国家销售了超过 2500 架 F-5 系列的战机,这种可靠性高又简易的战机曾获得举世好评。但 70 年代末期开始,苏联与法国的外销战机性能超越了 F-5 系列,而且该公司在重要竞标活动中连遭败绩,如参加近距空中支援机竞标败给 A-10 “疣猪”,参加空军空战战斗机竞标又败给通用动力公司的 F-16。这些挫折虽不至于立即影响公司生存,但现有市场逐渐萎缩,前景堪忧。为了公司的未来,极需开发新产品打入新市场以求突破。
当时,拥有 37000 名员工的诺斯罗普公司,除了继续 F-5E/F 的生产外,还承造美国海军 F-18 战机的重要零组件,马丁・马利埃塔公司研制的大型固体洲际弹道导弹 MGM-118 导弹(原称 MX)的制导系统与波音 747 的机身也由其承制,另外该公司已赢得先进轰炸机的研究发展合约,这些业务使其营业额不断攀升。然而,为了推出 F-5E/F 战机的后续机,诺斯罗普公司不惜自行投下巨资全力发展 FX 战机,F-20 也因此诞生。
异军突起的虎鲨
命名为 “虎鲨”(Tigershark)的 F-20 于 1982 年 8 月以后陆续完成各项试飞,圆满完成 FX 计划当初预定的目标。它的价格比美国所有的第一线战机便宜许多,且易于维护,这出乎多数人意料。F-20 虽是预期中的低档战机,但在许多方面几乎和当时的超级巨星 F-15 和 F-16 相同,在某些方面甚至超越了它们。试飞过 F-20 的美空军飞行员表示,F-20 若与现役的第一线战机对抗,赢家很可能是 F-20。
消息传出后,美国军方不但没有派遣 F-15 或 F-16 向 F-20 挑战,反而阻止现役的所有第一线战机和 F-20 碰面,同一场合的飞行性能表演也被禁止。军方公开表示不采购 F-20,还有小道消息称美国官方正竭尽全力说服国外客户不要购买 F-20,试图彻底封杀 F-20。
显然,五角大楼的高级官员们对 F-20 十分震怒。诺斯罗普公司本应制造价廉而性能稍低的战机,却造出价廉物美的产品。更让官员难堪的是,军方宁可花大量纳税人的钱,让厂商发展精密价昂的 F-16,然而才过几年,私人公司居然以远比政府少的投资自行开发出精密价廉的竞争产品,这严重打击了政府的威信,使整个军方战机发展计划黯然失色,政府官员的行政效率、管理规划能力,甚至纪律和品格都受到质疑。此外,F-20 这种高性能战机居然很好修理,这一事实更令军方颜面无光,因为美国空军一直在出资发展这样的飞机,却一直未能成功。
F-20 之所以物美价廉,主要有两个原因。其一,研制战机的代价高昂,即使是诺斯罗普这样的大企业也会面临巨大压力。而且新战机推出后,最大的竞争对手仍是 F-16 系列的中级或高级战机,既然要冒这么大风险,诺斯罗普自然不会满足于 FX 的规格。又因为整个研究发展过程没有政府资助,所以必须运用企业经营管理的理念,力求紧缩开支、降低成本,追求战机价格和性能的合理化。而 F-16 战机计划用的是政府资金,有恃无恐,可以按照军方要求追求许多设计理念的极限,成功了皆大欢喜,失败了也算研发风险,反正由政府买单。如此一来,两种同级战机的售价差距超过了 40%。其二,F-15 和 F-16 是在 60 年代末期到 70 年代初发展出来的,此后十几年机械制造技术变化不大,但 70 年代中叶,光电科技和矽晶片及计算机科技飞速进步,功能强而价位低的航空电子装备陆续问世。F-15、F-16 等战机因发展较早,未能受益于这些尖端光电科技,而发展较晚的 F-20 则搭上了科技列车,采用了大批高性能低价格的最先进航空电子装备,从而大幅降低了成本。
F - 20 在挂载鱼叉反舰导弹后,也可担任攻击水面船舰的任务
动力系统
美国空军所极端钟爱的F-15,F-16战机是普拉特·惠特尼公司的F100发动机作为动力,该型发动机具有相当大的推力,但也有不少机械性的问题,并偶有自发性失速的倾向,而且F100发动机的维护费用非常高。
诺斯罗普公司为F-20选用的是美国海军F-18战机使用的通用电气公司F404型涡轮风扇发动机。美国海军对发动机的要求比较保守,他们最重视的是可靠性和易于维修性,为了增进这两种性能,宁可让发动机减少5%~10%的动力,因为经验显示,在追求这最后的5%~10%的推力所必需的花费,可能不亚于购置和维修其余90~95%推力所需。
F404发动机旁通比0.34,压力比25:1,重908千克,推力80千牛,约为F-100推力的2/3,其推力对重量比也较F-100发动机低6%,但是它却比F-100少了千余个零件,因此可靠性甚佳,平均故障间隔高达231飞行小时,创下了军用发动机的新纪录。F404发动机采用先进的全数字燃油控制系统,飞行员可以任意推动油门杆而不再需要担心是否会损伤到发动机,它从慢车加速到最大推力只需要4秒,启动时只需5秒即可完成点火,30秒之内即达慢车转速,的确是十分优秀的发动机。
虎鲨战机的机身是F-16的2/3,以一具F404-GE-100发动机推进,最高速度2倍音速,从以下的数字可知其优越的加速性能:紧急起飞命令下达后59秒之内即已升空,放开刹车开始起飞滑行直到爬升至12000米的高空只需2.3分钟,在3000米的高度从马赫0.3加速至马赫0.9只需27秒,在9000米的高空,从马赫0.9加速至马赫1.2也只需时28秒。在80年代,虎鲨号称为全世界反应速度最快的战机实在当之无愧。
航空电子装备
F-20采用了当时最先进的机载电子装备,在许多方面已超越了现役第一线战机的水准,这是因为70年代中叶以后,计算机和光电科技突飞猛进,许多新一代的电子装备比上一代体积小,功能强,可靠性高,价格却便宜。
惯性导航设备
传统的惯性导航设备是用陀螺仪做为惯性参考元件,较精密的军民用飞机都安装了这种设施,陀螺仪通常约需90秒才能完成启动,10分钟才能完成校准,又因机械构造极为精密复杂,所以故障率较高,例如F-16的惯性导航系统,其平均故障间隔为750小时。F-20采用的是当时最新产品一—激光惯性陀螺导航系统;和波音757、767所采用的一样,这种导航系统借着激光光束的频率来导航,没有任何活动零件,因此平均故障间隔达2000小时,而且启动校准极快(仅需22秒);对于随时都可能紧急升空的战机而言,这的确是一项非常值得称道的优点。
冲多普勒雷达
其性能大致与F-16所使用的AN/APG-66相同,但零组件的数目却少了一半,因此相当耐久可靠。雷达通常是战斗机上面性能最不可靠的系统,例如F-15的雷达系统平均故障间隔仅为40小时,F-16的雷达平均故障间隔为75小时,而F-20的雷达平均故障间隔却高达200小时,的确堪称雷达技术的重大突破。
AN/APG-67(V)的有效探测距离在搜索5平方米雷达截面积的空中大型目标时,上视可达55.6千米,下视40.7千米,搜索50平方米雷达截面积的海上目标时,距离可达64.8千米,此外,它还具备高分辨力地图测绘(空地),边搜索边跟踪,动态目标检测(空海)等等功能,尤其值得一提的是它拥有“冻结”地形描绘图的功能,这是在对地攻击时,为了防止敌人的防空系统利用我机发射的雷达波来标定我机的位置,当战机非常接近目标时,我机最好关掉雷达波发射机保持无线电静默以策安全,较先进的机载雷达系统(如F-20的AN/APC-67(V)或F-16的(AN/APG-66)随时都能保留目标信号的记忆,当发射机关掉之后,雷达幕上面的地形影像不会消失而冻结在最新的情况,随后导航系统即利用雷达的记忆,把导弹精确地制导到投弹点。
F-20“GI1001”的巴黎航展编号为“340”。
任务计算机
F-20的计算机系统控制着雷达、武器、火控、导航等系统,它采用分散式信息处理设计,机上的计算机、微处理机等共有28具之多;其中Teleayne公司的TDY-750型任务计算机担任中央控制,该计算机据称是同级品中运算速度最快的(每秒可执行648000次指令),这是一种20位字长配备64点的记忆体,若有需要可将记忆容量扩充至128点。F-20只应用了计算机40%的能力,剩余的处理能力可用来控制尔后额外添加的武器系统或电子系统。TDY-750由于采用了先进的电子科技,平均故障间隔高达2100小时,重量8.6千克,约为当时现役同级品的一半。
座舱
F-20座舱
当初麦克唐纳·道格拉斯公司和诺斯罗普公司合作发展F/A-18战机时,需大肆鼓吹“手不离杆”的观念,随后成功的应用在F/A-18的座舱里;并且成为战机设计的时尚。HOTAS的操控设计是在油门杆和控制杆上附有许多易于指尖控制的电钮,可利用这些电钮控制全机各系统与作战最密切相关的功能,较次要的功能由位于仪表板或飞行员两侧操控台上的电钮控制,如此在作战中,飞行员只要两手分别抓住油门杆和控制杆就能充分发挥战力,不必紧紧张张的在空档时挪出一只手去四下乱摸电钮。诺斯罗普公司设计F-20的时候,当然沿袭了过去的宝贵经验,采用了同样的观念设计F-20的操控系统,飞行员可利用油门杆和控制杆上的电钮来选择武器、控制雷达系统,唯一不同之处只是故意把口号改成“手不离杆”(HOSAT),借以吸引众人的注意。
F-20的座舱仪表已臻一流水准,面对驾驶员的是一具平视显示器,有关武器射击和目标的信息均显示其上,比较值得注意的是它能提供连续的制导信号,利于飞行员执行任务。平视显示器的下方是信息输入键盘,两侧是两个大型多功能显示器,再往下才是备份的传统仪表。经过一连串的试飞之后,诺斯罗普公司宣称F-20对地攻击时的投弹精确度很高,测试中,F-20从1524米的高度以30度角俯冲投弹(Mk82炸弹),使用连续制导来瞄准目标,可使弹着误差不超过14.32米。
第三架虎鲨
机身设计及操作性能
虎鲨战斗机仍沿用F-5E的24度后掠角机翼,不同之处是翼根前缘的延伸板面积增大而且形状改变,因此翼负荷从F-5E的每平方390千克降为261千克。此外,
主翼内侧的蒙皮厚度增加,使能承受9G的负荷,其机身外型与F-5E的差别相当明显,首先是鲨鱼头一般的扁平机鼻,目的是在大攻角(35度~40度)飞行时增进方向稳定性,座舱罩面积加大以改善飞行员的视野,又因为F-20使用一具GE-F-404发动机,最大飞行速度马赫2,但F-5系列却使用2具J-85发动机,最大飞行速度马赫1.6,因此较高的飞行速度和不同的动力系统使得机身后半部和F-5E完全不同,F-20的进气道比较长,截面积较大,进气口的位置略向机身外移,但因机身内只安装一具发动机才使尾端显得比较瘦长,它的直尾和水平尾翼部是全新的设计,和F-5E比较起来,F-20的水平尾翼面积较F-5E大30%,但垂直尾翼的面积却小20%,较大的水平尾翼是为了增进俯仰(pitch)角度的控制,因为F-20使用中立稳定设计(重心和外力中心相重合),其水平尾翼和方向舵都使用线传飞控系统操作,至于较小的直尾根部添加了一个阶梯状整流罩而增进了方向稳定性,这个整流罩的前方是冲压空气入口,用来冷却发动机的润滑油以及联结在发动机上的一具40kVA电源装置,整流罩尾部的伞舱放着减速伞,此外,原本是第一线战机才拥有的前缘机动襟翼(翼前缘和翼后缘的襟翼均受计算机控制,依照飞行状况的需求而自动调整角度),现在也出现在F-20的主翼上,使得F-20具有向F-16挑战的本钱——在4575米的高度,其最大稳定转弯率为13度/秒,最大瞬时转弯率21度/秒,因此许多观察家均认为以F-20的性能来对抗MiG-23是绰绰有余的。
第一架采用诺斯罗普涂装的 F-20。
武器装备
F-20的两翼尖挂点各可带一枚响尾蛇导弹,另外在机身下和机翼下拥有5个挂点,其中携带AIM-9L响尾蛇空空导弹一次最多可达6枚,也可配备2枚改良后的AIM-7雷达制导的麻雀中程空空导弹,或AIM-120先进中程空空导弹(AMRAAM)。
一架 F-20 发射AGM-65 小牛导弹
与F-5E相同的固定武装为2门M39A2型20毫米机炮,各可携带225发炮弹,其机腹和两翼内侧还可各携带一具GPU-5/A30毫米机炮吊舱。
在对地攻击时,F-20可携带19管70毫米火箭吊舱4具,9枚Mk82炸弹;各式制导武器或者鱼叉反舰导弹。
可靠性及易于维修性
F-20沿袭F-5系列的传统,具有极佳的可靠性和易于维修性,这是它非常值得称道的地方,兹举出若干数字以显示其出众之处。
两架虎鲨低空掠过,每架都携带翼尖安装的 AIM-9 响尾蛇空对空导弹。
F-20的平均故障间隔为4.2飞行小时,F-16的平均故障间隔为3.2飞行小时,而F-15只有1.6飞行小时。平均每飞行一小时F-20需15工时的保养维修,但F-16需要30~35工时,F-15则需要50工时。F-20极佳的可靠性和易于维修性不仅只意味着它的出动率比较高,同时也表示买主所必须屯积的备份零件和维修人力均可以相对降低,而这些都是在采购时无法精确估计的花费,诺斯罗普公司估计维护24架F-20将需要164名技术人员,24架F-16需323人,而F-15则需476人。F-20因为维修所需花费小,燃油消耗量较低(因机身比较轻小),预计每飞行一小时的花费1304美元,而F-16将需3061美元。F-20最引人注意的还是它的售价,以1985年的币值估计只有1170万美元,而F-16却高达1950万美元,较低的购置成本和后勤支援花费都是F-20成功的地方。此外诺斯罗普公司估计的出动可靠率为:空优任务0.943,近程支援0.927,转换飞行训练0.930,这些动人的数字将使F-20成为第一线战机市场上极富竞争力的黑马。
从1982年8月开始,F-20虽已历经了1300次以上的各种飞行测试,并展现了相当优异的性能,但不曾卖出一架,尤其令诺斯罗普感到难堪的是,4架原型机坠毁了2架,首席试飞员柯奈尔还魂断南韩。但事后证明,两次失事均系飞行员的疏忽,并非飞机本身设计的问题。
虎鲨战斗机在发展之初,五角大楼从未提出任何性能需求,并极力排除F-20加入美国空军的行列的可能性,才使得F-20与其它战机的模拟对抗计划不曾被认真考虑过。难怪诺斯罗普公司抱怨说:“F-20滞销的最主要原因是未得到美国军方的支持与采购认可。”
一、动力系统: 1.发动机:
①一具位于后机身的通用电气公司F404-GE-100涡轮风 扇发动机。
②后燃推力80千牛 2.燃油:
①机内可用油量2290千克
②翼尖可挂2个189升副油箱
③内侧和中线可挂3个568升、1041升或1249升副油箱
④最大外载可用油量3201千克
二、性能(无外载重量起飞)
在13100米高度的最大水平速度 M 2
最大海平面爬升率 225米/秒 、
紧急起飞命令下达到爬升至10363米高度的时间 2.5分
爬升至12200米高的时间 2.3分
实用升限 16764米
最大升限 17315米
加速时间:3048米高度,从M 0.3至M 0.9 27秒
9144米高度,从M 0.9至M 1.2 28秒
最大稳定转弯率:
4572米高度,M 0.8 13.1度/秒
9144米高度,M0.9 7.6度/秒
9144米高度,M 1.2 5.3度/秒
最大瞬时转弯率(4572米高度) 21.1度/秒
最大过载 9G
起飞滑跑距离 海平面,ISA 434米
AN/APG-67雷达
名称多功能攻击雷达
体制脉冲多普勒、单脉冲波段X(9.7~9.9GHz)
研制单位GeneralElectric研制时间1981年
装备机种F-20虎鲨“Tigershark”工作状态空空,空地,高分辨
力地图测绘,空海,边搜索边跟踪,动目标检测,空地测距。
技术特点
APG-67是通用电气公司研制、美空军资助的强生命力组件雷达(MSR)的改型。它以高达200小时的MTBF和强的信号数据处理能力赢得了Northrop公司的选择,1981年6月General
ElectricCompany与NorthropCompany签订了3800万美元的合同,开始全尺寸样机的研制及12套初期设备的生产。APG-
67除满足F-20在尺寸、重量方面的严格要求以外,还必须满足现代空空战斗机高过载、高振动的环境要求。
在设计中突出了可靠性、BIT及可修理性。系统采用了模块式硬件,普遍采用标准的3/4ATR电路板。使用标准电源和符合MIL-STD1553B的数字总线,用微处理机控制接口,去掉了以前用的继电器及机械式连接转换元件。
第一部APG-67雷达于1982年11月在Douglas的C-54飞机上作空中试验,1983年春于巴黎航展展出了APG-67雷达。80年代中期它已经历了600多个起落,验证了包括边扫描边跟踪、空地武器投放、连续波照射在内的所有工作状态。已在15000多小时的雷达使用中验证了200小时的MTBF。原预计的用户有F-5E改进型,德国F-4F“鬼怪”式飞机改型,反潜直升机AlphaJet,以及德国TKF90年代战斗机。今后有可能将发射机平均功率提高到500瓦,天线也要加大尺寸。
性能数据
天线口径 427×671平方毫米
峰值功率 3.5千瓦平均功率|200瓦
占空比 6%
输入功率 2700瓦
MTBF 200时
重量 122千克
体积 0.09立方米
分机概况
雷达有4个LRU。
1.雷达数据处理机
两个MIL-STD-1750A中心处理单元,有60万次/秒运算能力,完成状态控制、BIT、运动补偿及目标跟踪。两个Z8000微处理机管理内部雷达数据总线,以RS170格式给出扫描变换数据。此外,提供控制雷达的CFAR、距离解模糊、目标检测、方位积累等功能。该组合是整个雷达的计算中心。
2.天线
椭圆平板缝阵,带保护通道,方位俯仰单脉冲。直接驱动的直流力矩马达驱动天线扫描,天线框架是双轴万向支架,覆盖范围达±60°×±60°(方位×俯仰)。两个速率陀螺稳定惯性空间。双通道低噪声接收机/下变换器是天线组合的一部分。接收机为双通道单脉冲系统,即和通道与复联的差通道。天线可跟随9G的转弯目标。
3.发射机
相参可编程行波管发射机。有脉间频率捷变能力,多脉宽和多PRF(高、中、低)的波形。发射机重123千克,强迫风冷。
4.信号处理机
有相参主振器,以产生相参发射波形、系统时钟和同步脉冲。大部分雷达数据信号处理功能在此完成。同步检波由天线来的中频信号。4个9位(8位+1位符号)的A/D转换器,给出和与差两通道的正交与同相分量。模数转换速率为4.16兆赫。数字脉冲压缩器完成与24:1的线性调频发射波形相匹配的数字脉压。用MTI前置滤波器消除杂波。有64点,128点或256点3种FFT变换。变换结果送到雷达数据计算机,用CFAR进行目标检测。该处理机是可重新配置而不可重编程序的“硬布线”型式。处理机采用通用电气公司特制的封装在无引线芯片载体中的LSIC,共有8种不同类型600多个特制的大规模集成微电路,电路中采用了外形尺寸5微米的SOS/CMOS器件。
APG-67与飞机航空综合电子设备间的主要接口均为MIL-STD-1553B双冗余数字多路总线和RS-170显示视频。LRU之间的接口用单数字总线(最大可能地采用单总线)。4个Z8000处理机(每个LRU用一个)构成的网络内部用并行数据总线,以便提供除数据率、定时要求,或其它考虑不允许的那些地方以外所有的通讯联络。