【F22战斗机专题】F-22 猛禽战斗机隐身性能分析报告-涉及41份技术报告超500页技术干货

文摘   2024-11-29 07:06   贵州  

这一诞生于冷战最后篇章的航空技术巅峰之作,其目的不仅是主宰领空,而且重新定义空战的参数。

要知道隐身是否有效,首先必须知道它应该如何运作。为此,我们必须记住雷达的工作原理:它在 “监听 ”时定期发射波包,以便知道一个或多个波包是否已被对象反射并发送回来。然后可以通过分析透射波和反射后返回的波之间的相位差来确定位置和速度。

要绕过雷达,有几种可能的解决方案。美国学说基于两个原则:

  • 研究设备的几何形状以将雷达波分散在与入射方向不同的方向上,很少或没有波返回雷达,从而阻止了飞机的探测,

  • 使用特殊涂层吸收波,因此没有波再次返回雷达。

今天,美国设备针对频率在 9 到 10 GHz 之间的波进行了优化,对 6 到 18GHz 的频率相对有效。在此频率范围以上,美国设备与没有任何保护的相同大小的设备一样可见。

这些频率不是随机选择的,它们是火控雷达(锁定目标的雷达)和导弹自导雷达(用于自我引导而不是由 GPS、红外或火控站引导的导弹)使用的频率。因此,与现实相比,我们所拥有的隐身形象被大大夸大了,部分原因是美国的通讯。事实上,所有在 V/UHF 频段(即从 0.03 到 3GHz)工作的雷达都能够检测到 F-22 或 F-35。

因此,世界上所有的民用空中交通管制雷达至少部分地探测到隐形飞机。更糟糕的是:这些频率被广泛用于电信,隐形飞机会反射这些信号,而无源雷达(一种不发送波但无论如何都会“倾听”以了解波是否被异物反射到其方向的雷达)可以完全检测到所谓的隐形飞机。

外辐射源雷达示意图。© 北大西洋公约组织

隐身F35.png ©

在美国的逻辑中,这不是问题,因为这个频段不允许以足够的精度获得反射波的物体的位置:数量级为 200m 在 300km 距离处的精度。这意味着没有消防系统可以使用这个频率。尽管如此,它仍然给出了对位置的良好估计,例如足以引导另一架飞机进行拦截。

因此,使用具有宽频带的多层防御系统,如美国爱国者系统或俄罗斯的 s-300 和 s-400 系统,即使这些系统的火控是不可能的,也可以检测到所谓的隐形飞机,这个系统是在 9-10GHz 的频率下完成的。战斗机也是如此,它们根据是处于探测阶段还是处于火控阶段,将雷达模式从 1GHz 更改为 10GHz。然后,我们可以看到拥有 24 小时拦截能力的重要性,或者将地面和机载传感器与破坏矢量连接起来以更好地指定目标的可能性。

Raptor 的规格读起来就像任何 Top Gun 爱好者或航空航天工程师的愿望清单:超过 2.25 马赫的最高速度,超过 65,000 英尺的天花板擦过太空边缘,以及确保全球覆盖范围的航程。然而,F-22 的真正天才不仅在于其蛮力或隐身能力,还在于它能够将这些功能与无与伦比的传感器融合集成,使它不仅仅是一架战斗机,而是天空的守护者,能够以超级计算机的清晰度和精度做出瞬间决策。

F-43,340 Raptor 空重近 22 磅,不是轻量级竞争者。然而,它先进的材料和空气动力学特性使其灵活而难以捉摸,是一种幽灵般的捕食者,可以在敌人意识到它的存在之前就与他们交战。由两台Pratt & Whitney F119-PW-100涡轮风扇发动机提供动力,Raptor可以在没有加力燃烧室

F-22 的武器与其航空电子设备一样复杂,可在其内部舱室携带一系列武器,以保持隐身性,同时提供强大的火力。从先进的空对空导弹到精确的对地攻击弹药,猛禽可以以致命的精度与各种目标交战。它的雷达横截面是一个严密保护的秘密,但众所周知,它比钢弹珠的截面还小,这使得这架飞机更像是一个幻影,而不仅仅是一台机器。

在现代战斗领域,信息和精确性往往决定胜负,F-22 猛禽战斗机是人类聪明才智的证明,并提醒人们美国致力于保持空中优势。它的创建不仅仅是一项工程成就,而是对技术实力和战略远见的大胆声明。F-22 猛禽凭借其无与伦比的能力和令人惊叹的性能,继续成为衡量所有现代战斗机的基准,是真正的天空大师。

一架 F-22 猛禽在加利福尼亚州爱德华兹空军基地的飞行测试中处于全加力状态。Raptor 是 F-15 Eagle 的替代品。它是世界上最先进的战斗机,将技术和能力的革命性飞跃与降低的支持要求和维护成本相结合。F-22 的集成航空电子设备使其具有先看、先发、先杀的能力,保证了美国几十年来的空中优势。(美国空军照片)。图片来自 维基百科上的数据

随着新千年的到来,F-22 猛禽正式引入美国空军,预示着空中优势的新时代。它的首次运营是一个具有深远意义的时刻,展示了数十年创新和奉献精神的巅峰之作。Raptor 的设计目的是在空对空战斗中无与伦比,但它的能力远不止于此。它体现了先看、先发制人、先杀的概念,重新定义了 21 世纪的空中主导地位。

F-22 统治天空的核心是其令人惊叹的性能指标。想象一下,一个空中生物可以翱翔超过 2.25 马赫,这种速度如此猛烈,以至于它的速度超过了地球的自转速度。这只野兽由双普惠F119-PW-100涡轮风扇发动机提供动力,以可以穿透云层的推力掌控天空,将其推向星星似乎触手可及的高度,深入到65,000英尺的高空。

作为空军第一架真正的隐形战斗机,大部分内容都进入了F-22 的设计必须从头开始构建,因为以前的 Stealth 技术功能有限。F-22 的隐身技术取代了 F-117 和 B-2 中使用的雷达吸收材料,取而代之的是坚固轻便的碳纤维复合材料。这减轻了容纳 B-2 所需的昂贵的气候控制机库的需求。这使得 F-22 更易于部署。

在战斗中,Raptor 的实力无与伦比。它的战斗半径超过 800 英里,可以投射出很少有人能与之竞争的力量。它的最大有效载荷是五角大楼大厅里悄悄传的秘密,它能够携带一系列致命的武器,所有这些都隐藏在其纤细的框架内,以保持其幽灵般的雷达横截面。F-22 不仅仅是一架战斗机;对于那些想要挑战它的力量的人来说,它预示着毁灭。

潜行:隐形的艺术

F-22 设计理念的核心在于其隐身能力,隐身的外衣使其几乎无法被敌方雷达探测到。Raptor 采用了形状、复合材料和对表面管理的一丝不苟的革命性混合,将其雷达横截面缩小到大理石大小。它的倾斜表面和雷达吸收材料 (RAM) 协同工作以散射电磁波,这一壮举类似于在咆哮的战斗喧嚣中耳语。

空气动力学:速度与敏捷性的交响乐

F-22 的空气动力学设计是物理学和工程学的交响乐,其中每条曲线、边缘和表面都经过调整以达到完美。它的框架由钛和高级合金制成,将强度和轻盈完美结合,使 Raptor 能够执行模糊可能与幻想之间界限的机动。机翼和机身经过雕刻,可提供升力并最大限度地减少阻力,使 Raptor 能够在飞行中轻松划过空气。

推力矢量:空中优势之舞

推力矢量是 F-22 真正跳舞的地方,将空战变成了一种艺术形式。这项技术使 Raptor 能够改变其发动机推力的方向,使其能够执行超出传统飞机能力的令人瞠目结舌的机动。它可以在半空中旋转,机头指向天空或地面,违背了空气动力学原理。这种敏捷性是 Raptor 的王牌,让它在混战中占据上风,并将其定位为无可争议的天空大师。

航空电子和传感器融合:机器背后的理念

F-22 的航空电子设备套件是机器背后的思想,是现代技术的奇迹,它以前所未有的复杂性集成了雷达、导航和通信系统。它的传感器融合功能为飞行员提供了战场的全面视图,将来自多个来源的数据合并到一个直观的界面中。这种水平的态势感知能力是无与伦比的,将 Raptor 变成了战场的指挥官,以精确和远见的方式编排空战的流程。

武器系统:无声打击

Raptor 的时尚框架内隐藏着致命的武器库,一套武器随时准备以致命的精度派遣。F-22 的内部武器舱经过精心设计,以保持其隐身轮廓,将导弹和炸弹隐藏起来,直到打击的那一刻。从用于空对空战斗的 AIM-120 AMRAAM 到用于地面目标的精确制导弹药,猛禽的有效载荷在黑夜中掠过的阴影寂静中发出致命一击。

F-22 猛禽的设计证明了艺术与科学的融合,是美国工程的灯塔,是力量和创新的支柱。它的特点不仅仅是纸上的规格,而是统治传奇中的章节,一个在想象边缘飞行的战士的故事。在空战的编年史上,猛禽不仅仅是一个参与者,而是一个传奇,是统治天空意味着什么的象征。

隐身斗篷:Stealth in Action

F-22 的隐身能力远远超出了单纯的规避;它们重新定义了参与的参数。Raptor 绕过了看不见的敌人防御的边缘,是困扰敌方部队噩梦的阴影。它能够在不被发现的情况下穿透重兵把守的空域,使其能够以致命的精度进行打击,在消失在以太中之前摧毁敌人的网络和资产。这种隐形的外衣是其作战能力的基石,是空战天平不可逆转地向有利于自己的工具。

Supersonic Guardian:Supercruise 及超越

Raptor 的超级巡航能力不仅仅是一个功能;而是一种声明。F-22 以超音速飞行,没有加力燃烧室的渴求,以重新定义战略机动性的效率和航程在天空中巡逻。此功能确保 Raptor 可以随意接合和脱离,并根据其条款决定接合条款。在空战的棋局中,超级巡航赋予了 F-22 无所不在的力量,这是一种可以随时随地打击的持续威胁。

风暴之眼:传感器融合

F-22 驾驶舱的核心是战场意识的顶点。其传感器融合技术收集、过滤并呈现来自其自身先进传感器和盟军传感器的全面战场图片。这种前所未有的态势感知水平使 Raptor 飞行员能够以清晰的远见做出明智的决策,将参与转化为有计划的执行。在 F-22 中,信息就是力量,以精确和战略洞察力来运用。

该飞机的设计还限制了射频发射,最大限度地减少了其红外特征,降低了其声音,并模糊了肉眼的能见度。即使敌方飞行员可以看到 F-22,他们也无法通过电子方式锁定目标,因此几乎不可能被导弹击中。由于 F-22 在技术上是为格斗而制造的,因此这是一项令人难以置信的进步,几乎可以保证在战斗中的生存能力。

安装在战斗机上的雷达值得单独提及。这是一种带有有源相控阵的天线,它由 2000 个发射和接收信号的元件组成。该雷达可以在正常模式下在 1 公里的距离内探测 225 m² 的 RCS 目标,在 LPI 模式下探测到 193 公里的目标,在 125 公里的距离上探测 RCS 为 0.1 m² 的巡航导弹。

因为 F-22 是一种战斗机,所以它更倾向于机动性而不是射程和其他考虑因素。飞机的Pratt & Whitney F119发动机可以将推力上下推力20度,这使得转弯更紧密而不会失速。这种水平的机动性使 F-22 与众不同,它与 AN/APG-77 敏捷波束 AESA 雷达配对,这使得防空雷达难以看到飞机。

F-22猛禽的推进系统由两台普惠F119-PW-100旁路涡轮喷气发动机组成,这使得飞机能够在不使用加力燃烧室的情况下达到超音速,这是对第五代飞机的主要要求之一。

此外,这些发动机配备了受控的推力矢量,这大大提高了战斗机的机动性。喷嘴具有固定的侧壁和偏转的上下边缘,这允许机器改变推力矢量的偏差并调整喷嘴横截面。此外,扁平喷嘴会降低飞机在红外范围内的能见度。

出于显而易见的原因,RCS 和其他参数的确切值没有公布,但有不同的估计。在俄罗斯研究人员中,RCS 的 0.3 平方米版本。在基于 Lockheed-Martin 材料的外国来源中,表明在某些角度 RCS 下降到 1-2 sq.cm。应该记住,这种参数的实际值可能取决于许多因素。此外,在某些情况下,飞机可以改装反光板以掩盖其真实特性。

已采取措施减少热辐射。首先,这些是特殊的扁平发动机喷嘴,可降低废气的温度。在高速飞行过程中,滑翔机的前缘被加热。在这种情况下,提供了一个特殊的冷却系统。红外辐射的确切参数尚不清楚,但许多消息来源声称,使用 ICGSN 可以最大限度地保护飞机免受导弹的攻击。

F-22A 的机身具有独特的形状;这同样适用于发动机的喷嘴部分。照片由 Wikimedia Commons 提供

F-22A 飞机的主要探测能力是诺斯罗普·格鲁曼/雷神 AN/APG-77 机载雷达。AESA 站的仪器射程超过 520 公里。在 400 公里的距离内探测到具有大型 RCS 的大型目标。RCS 为 1 平方米,射程下降到 220-240 公里,0.1 平方米 - 110-120 公里。该站跟踪 100 个目标,并在 20 个目标处提供射击。

该雷达由 ALR-94 辐射预警系统 (IRS) 补充,能够捕获超过 400-450 公里范围内的雷达信号。

来自 AN/APG-77 雷达的 AESA。照片由 Wikimedia Commons 提供


奇怪的是,AN/APG-77 雷达也有助于飞机的隐身性。它具有 LPI (Low Probability of Intercept) 操作模式,具有发射信号的特殊配置。据称,敌机的 SPO 无法正确识别此类辐射并警告飞行员威胁。

F-22猛禽的推进系统由两台普惠F119-PW-100旁路涡轮喷气发动机组成,这使得飞机能够在不使用加力燃烧室的情况下达到超音速,这是对第五代飞机的主要要求之一。

此外,这些发动机配备了受控的推力矢量,这大大提高了战斗机的机动性。喷嘴具有固定的侧壁和偏转的上下边缘,这允许机器改变推力矢量的偏差并调整喷嘴横截面。此外,扁平喷嘴会降低飞机在红外范围内的能见度。

F-22 对于重型战斗机来说续航能力相对较低,不如其前身 F-15,也远差于俄罗斯 Su-57 和中国 J-16 等外国竞争对手,这意味着经常使用外部油箱。这使得具有隐身能力的坦克成为特别珍贵的资产。Raptor 的设计考虑了欧洲战区与苏联的战斗,而在太平洋战区则不太适合需要覆盖的更广阔的区域。具有隐身能力的外部电子战吊舱也将受到高度重视,因为 F-22 的电子战能力与 F-35 等新型战斗机相比仍然非常有限。未来携带导弹的更大的隐形外壳也可以在很大程度上弥补隐形战斗机内部导弹携带的有限性,避免在没有外壳的情况下将导弹从外部携带时损害战斗机的隐身轮廓。 

值得注意的是,F-22 的 75% 的生产运行被终止,可能的打击和航母变体被取消,在战斗机服役后不到四年就下达了终止生产的命令。该飞机计划在 2030 年代提前退役,其单位可能会被 F-X 第六代重型战斗机取代,并可能被一些更轻、更便宜的 F-35 取代。预计 F-X 将具有更高的续航能力,非常适合在太平洋的行动。F-22 的极端维护要求和老化的航空电子设备严重破坏了它的性能,从它没有头盔安装的瞄准具这是视觉射程战斗中非常主要的障碍,到缺乏现代数据链限制了它在现代以网络为中心的战斗空间中的生存能力。预计部分机队将在现代化方面进行重大投资,除了可能广泛使用新的隐形吊舱外,还将包括新的传感器、数据链和导航系统。新的 外部隐形外壳,无论其用途如何,仍有可能在 F-22 上进行测试,但主要用于其他预计服役时间更长的战斗机,例如 F-X 和 F-35

未来在召唤:下一代升级

F-22 猛禽的地平线就像它所指挥的天空一样无边无际。随着高级猛禽增强与维持(ARES)计划的出现,猛禽即将经历一场变革,这将重新定义其在未来战斗场景中的角色。这些下一代升级有望增强 F-22 的传感器套件、网络弹性和以网络为中心的战争能力,确保其在第五代战争时代的霸主地位。

此外,围绕着整合第六代技术的潜力,从激光武器到人工智能辅助航空电子设备,人们纷纷猜测和期待,描绘了猛禽继续发展的未来,对空中主导地位的不懈追求。

YF-22 原型机和 F-22 猛禽的区别

仍然是美国空军的专属。

F-117 的设计完全违背了空气动力学定律,使这种飞机的飞行不稳定,控制困难,但隐形的概念成为设计师的固定想法。F-117 的空气动力学质量为 4(相比之下:Su-27 有 11.6,F-15S 有 10),因此,它不可能以超音速飞行,航程有限,战斗载荷和机动性降低。它的最高速度为 993 公里/小时,作战半径为 860 公里,一枚修正炸弹或导弹放置在两个武器舱中,战斗载荷为 2300 公斤。使用带有激光测距仪的红外系统瞄准目标,计算激光制导炸弹到目标的距离,即飞机在多云天气无法高精度攻击目标。惯性系统和卫星导航接收器用于导航。

考虑到所有这些缺点,未来,在开发 F-22 时,工程师们在 Raptor 的隐身性和战术和技术品质之间妥协,后者占了上风。因此,很明显 F-22 战斗机的 RCS 不能低于 F-117 轰炸机的 RCS。

此外,应谨慎对待各种美国来源提供的信息。美国、俄罗斯和中国第五代战斗机的真实 RCS 值是秘密的,现代战斗机的这一参数的确切数据从未、任何地方和任何人披露过,所有数字都是估计或广告。因此,对于俄罗斯 Su-57,通常给出有效散射面的经验值 - 0.3-0.4 m²。与此同时,一些西方分析家对我们的飞机表达了更为乐观的估计:对于 Su-57,他们称 RCS 少了三倍——0.1 m²,相比之下,Su-27 战斗机的 RCS 超过 10 m²。

使用基本雷达公式的计算表明,F-22 将能够在 Su-35 飞行员能够发现
猛禽之前很久就探测到 Su-35 并对其使用远程和中程制导空对空导弹 (ASM)。根据 F-22 支持者的说法,这意味着猛禽将能够轻松地从看不见的距离向 4+ 代战斗机射击。因此,美国技术的奇迹可以在一次出击中摧毁的 Su-35 数量等于猛禽能够搭载的远程空对空导弹的数量。



作为回应,持怀疑态度的同胞反对说,使用自己雷达的飞机不再隐形,猛禽随之而来的所有麻烦都随之而来。然而,F-22 的支持者反驳了这一论点,即猛禽的雷达具有 LPI 模式,在这种模式下,它的辐射伪装成背景辐射,无法识别。这种模式下猛禽雷达的射程略低于最大值,但根据上述空战模型的逻辑,空中的总优势仍然属于美国人。


将猛禽力量绝对化的反对者引用了有根据的反驳:

1) 今天现代空军飞机之间的空战不是两架飞机在球形真空中的碰撞。它发生在雷达运行的区域,包括陆基(防空)和空基(AWACS 飞机),对他们来说,Raptor 根本无法物理转向机头,即提供 RCS 最小值的投影;

2) 现代雷达使用各种长度的无线电波 - 厘米和分米,如有必要,没有人干扰米波的使用。同时,降低飞机雷达特征的措施无法同时对所有波长有效;


3)空间控制设备,其工作原理与雷达不同,例如在红外范围内跟踪目标的电子情报站 (RTR) 和光学定位站 (OLS),一般不关心飞机有什么 RCS。当然,使用了降低红外能见度的措施,包括在 Raptor 上,但在这里“假装是天空”仍然比在雷达波范围内要困难得多;

4) 现代空战涉及参与其中的所有部队之间的数据交换——战斗机从地面防空组件接收数据等,这显着提高了态势感知能力,包括针对“隐身”的感知;


5) 如果我们的雷达上至少有一些来自制造商的数据(在外国买家的版本中),那么美国战斗机现代机载雷达站的性能特征是秘密的,不会泄露。因此,AN/AGP-77 特性的可靠性在互联网上流传,甚至更是如此它的运行模式 (LPI),充其量取自印刷出版物,其中这些性能特征是由专家确定的(通常是通过咖啡渣算命),非常值得怀疑。

事实上,这同样适用于 RCS 的特性:根据我们设计师的估计,外国专家给出 0.0001 或更少 - 0.3-0.4 平方米,但两者都可能存在偏差。当然,初始数据的不可靠性使人们对这个分数的任何数学计算产生怀疑;

6) 美国飞机 RCS 上提供的数据,显然是指处于完美状态的飞机——也就是说,刚刚下线,甚至从理想的角度来看。从其他角度看,它的 RCS 是什么,长期运行后如何变化尚不清楚;

7) 毫无疑问,与传统架构的飞机相比,使用隐身技术制造的飞机在隐身方面具有优势,这将使“隐身”在远程空战 (SHF) 中具有优势。但是,如果外国装备参与的绝大多数空战发生在近距离空战 (BVB) 或距离不超过 30-40 公里的地方,那么这种优势是否具有决定性意义?



在沙漠风暴期间,美国人试图接近敌人的目视探测距离(当然是通过光学),以便可靠地识别他。在南斯拉夫,根本无法对抗北约空中力量的第一系列米格-29 经常受到 AMRAAM 中程空对空导弹的攻击,同时受到 Saindwinder 短程空对空导弹的攻击。也就是说,再次获得最小距离 - 顺便说一句,任何“隐身”在红外范围内都已经很明显了;

8) 当然,F-22 猛禽体现了许多科技进步的成就。然而,这种飞机也有明显的缺点,即缺乏头盔式目标指定系统 (NSC) 和 OLS。与此同时,猛龙队即使在 2017 年也没有 NSC。也许他们近年来已经为此做了一些事情。



严格来说,美国人很久以前就为 Raptor 创建了 NSC,但有必要为安装它找到资金。我没有看到任何关于发现的内容的消息(然而,这并不意味着他们没有被找到)。好吧,缺乏 OLS 让 Raptor 只有两种控制空气状况的方法——雷达站和它自己的眼睛。这在现代条件下绝对是不够的,美国飞行员抱怨无法控制叙利亚的俄罗斯战斗机就证明了这一点。

“驻扎在阿联酋迪哈夫拉空军基地的美国空军第 95 远征战斗机中队指挥官在接受《航空周刊》采访时表示:”美国空军的第五代 F-22 猛禽多用途战斗机无法有效跟踪俄罗斯空天军在叙利亚的飞机......据他介绍,与第五代 F-35 战斗机和第四代 F-15 飞机不同,F-22 没有这样一套红外和光学设备可以让它在夜间执行此操作。


在这里,我特别想指出,许多将 Raptor 力量绝对化的支持者认为,OLS 的功能可以通过 Raptor 雷达轻松执行,在 LPI 模式下运行 - 但是,正如我们所看到的,Raptors 的飞行员,飞行来控制俄罗斯飞机,不同意这一点。至于我,F-22 飞行员知道得更多。更准确地说,恰恰相反 - 它并没有更明显,请原谅双关语。
综上所述,对 F-22 猛禽的更平衡的评估诞生了。

是的,一架令人敬畏的空战机,在 DVB 中比任何飞机都具有明显的优势。是的,在决斗的情况下,他能够从远处打出第一击。但第一次打击不一定是最后一次,飞机会汇合——猛禽必须将目标和它发射的空对空导弹都保持在雷达范围内,以纠正他们的飞行(“开火即忘”的原则,唉,乘以击中目标的概率),即接近被它攻击的敌人。


换句话说,即使 Raptor 设法从远距离发动攻击,这也根本不能确保它不会转移到 BVB。但在会合时,F-22 的隐身优势就丧失了,特别是考虑到 OLS 开发的进步,以及 NSC 的缺失使(并且可能仍然使)猛禽处于与任何“4+”战斗机相比处于不舒服的位置,其飞行员拥有 NSC。


毫无疑问,F-22 可以在近战中做很多事情,它的发动机非常强大,有一个受控的推力矢量(但是,只能垂直)。但考虑到全角度喷嘴和我们的设计师传统上对战斗机机动性的特别关注,以及“4+”一代中 NSC 和 OLS 的存在,谈论相同的 Su-35 和 F-22 在 BVB 中的平等是不公平的。也许我们的飞机在 BVB 中的优势不是绝对的,但仍然是绝对的。

此外,OLS 的存在为战士提供了许多不同的战术,使他们能够突然攻击敌人,而无需通过打开雷达来揭露自己。这一点非常重要——正如叙利亚的经验所表明的那样,Raptor 的雷达并没有提供所需水平的态势感知。

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