【隐身战斗机设计专题】F-35:专为处理所有角色而设计-涉及空气动力学等27份文件-超500页技术资料

文摘   2024-11-25 06:50   贵州  

皮埃尔·斯普雷 (Pierre Sprey) 认为,像 F-15 和 F-16 这样的老式、低技术飞机是更好的选择,并且更有能力应对来自俄罗斯和中国的不断变化的威胁。他们还认为,仅仅对每个平台的系统进行修改就足够了,而且战场并没有像大多数战斗机飞行员坚持的那样发生变化。

世界上的大卫·伯克 (David Berke) 和比利·弗林 (Billy Flynn) 认为,F-35 代表了有人驾驶飞机的未来,由于其完全集成的系统,它在战场上无与伦比,这些系统更像是带有机载飞行员的无人机,而不是传统的战斗机。尤其是当我们迈向 2025 年及以后的时候。

F-35 确实是第一架从一开始就被设计为真正处理所有角色的飞机。达索阵风被标榜为全能型,但它在许多方面仍然是第四代战斗机的延续。这是一个功能非常强大的平台,将是作家的第二选择,但它不是 F-35 的对手。与它竞争的平台相比,F-35 有太多的优势。

F-35 的最大优势之一是其核心处理器,每秒可以处理 4000 亿次操作。花点时间想一想这个数字,想象一下战场情况。在海上、地面和空中,有超过 250 种来自所有敌对团体的威胁。假设每个目标都有基于已知变量的 100,000 次潜在移动。这为我们提供了 2500 万种可能性,每秒有 3990 多亿次操作可供使用。借助带有图像拼接的 360 度传感器套件,它可以同时实时跟踪每个目标,并为飞行员提供最可怕威胁的持续更新以及有关最有效攻击或防御方法的信息。似乎这还不够,它还可以将所有这些信息广播给海上、空中或地面上的各种个人。F-35 也不会单独使用。再加上两架 F-35,您每秒可支配 1.2 万亿次操作。这是针对我们现在拥有的有限处理器的。它基本上是一个微型预警机,在每服务小时的维护、燃料消耗和使用寿命方面,它的负担要小得多,而且效率要高得多。它也具有绰绰有余的混战能力,因此不需要护送进行防御。

现在我们有了它的隐身和雷达散射截面 (RCS) 缩减特性。许多批评者认为,隐身毫无用处,仅仅是因为检测方法正在改进。如果雷达特征和热特征降低特性降低的飞机可以在 50 英里处被发现,那么 RCS 和热特征降低特性的两倍(至少)的飞机可以在两倍的距离内被发现,并且目标精度要高得多。所以说真的,潜行在任何方面都不是无关紧要的。F-35 的雷达吸收材料 (RAM) 涂层也被烘烤到机身中,与 F-22 不同,它对机身的整个生命周期都有好处。

许多人提到购买阿联酋购买的 F-16 “Block 60”变体,因为它的研发成本已经由阿联酋承担(30 亿美元),因此他们支付的每单位成本约为 8000 万美元,现在将接近每单位 4500 万美元。问题是 Block 60+ F-16 空时也比 Block 3,000 重近 50 磅。诚然,F-35 比 Block 9,000 重 60 磅,但它的非加力军用推力也是 28,000 磅。在全加力燃烧室下,Block 60 F-16 可产生 32,500 磅的推力,而 F-35 的推力为 40,000 磅。F-35 还可以在内部携带其 19,000 磅的全部燃料负载,这意味着它不必携带更重的、拖曳的外部油箱来执行其任务。随着时间的推移,这大大减少了机身的压力,内部装载使 F-35 在承受战斗载荷时不那么保守,因为几乎不担心损坏挂架、释放机构或对机翼施加过大的压力。

另一个重要因素是未来增长的潜力。随着人工智能变得更加先进并能够处理更复杂的算法,F-35 将变得更加致命。例如,IBM 的 Watson 已经展示了高效、准确地学习和适应不断变化的情况的能力,作为一种肿瘤学辅助工具,它在诊断和治疗计划方面表现出与实际肿瘤学家一样熟练,并且在许多情况下优于实际肿瘤学家。Watson 使用收集到的信息(如症状、血液结果和其他测试),并快速将它们与大量数据库进行比较,并制定准确的评估、诊断和治疗计划。然后,肿瘤学家可以简单地确认数据准确无误,从而缩短了诊断期的大量时间,这意味着治疗可以更早开始。Watson 也不如 F-35 中的系统先进,后者自成一派。以 F-35 每秒 4000 亿次操作和 360 度感知为例,以 Watson 为例,想象一下一个威力高出数倍的系统在战场上可以做什么。与其他 AI 系统一样,Watson 在各自的专业领域也击败了世界上最优秀和最聪明的人。

Lockheed Martin 还不断努力创建更好的系统。即区块 4 升级,将以 4 个增量实施 (4.1/4.2/4.3/4.4)

Block 4.1 被计费为允许 F-35 实现其全部计划平台潜力的增量。

  • 双导轨取代了 A 和 C 变体上的 2,000 磅炸弹导轨,这将允许携带 6 个 AMRAAM。

  • 从 EOTS 出发的 ROVER NG 部队下行链路(最初由于担心容易受到网络攻击而推迟)

  • B-61 核弹集成

基于软件的多基地雷达集成。

多基地雷达是该模块的关键组件之一。隐形飞机通常依赖于雷达信号从源头向外散射。多基地雷达可以捕捉到这种偏转的能量,借助 F-35 的系统,它将允许访问多个链接源以提供这些信息。F-35 可以将这些数据拼接在一起,并使用它来准确地向所述飞机开火。Block 4.1 计划于 2023 年发布。

Block 4.2 使用最初仅用于 F-22B 计划的系统。它建立在 Block 4.1 的系统集成改进之上,并为 F-35 的许多现有系统注入了新的活力。

  • AN/APG-81v2 GaN MIMO 雷达。该雷达将利用氮化镓技术大大提高系统的功率和分辨率,同时还将 4,800 个减少到 3,900 个。这些变化还将为 F-35 的多基地功能带来巨大改进,包括更宽的虚拟孔径。

  • EOTS-XR 将在其能够实现的各种视觉光谱方面获得提升(4K 热光/4K 可见光 [新涂层在激活时改善隐身特性]/4K 近紫外线)。它的合成孔径系统也将得到显著提升,这将大大提高分辨率,特别是当目标被障碍物遮挡时。

  • MADL-L 将增加 Link-16 支持以及卫星下行链路,并增强 F-35 当前的相控阵。

  • HMDSv2 将为 F-35 头盔升级新的光学功能,包括超出飞行员颈部运动范围的视距。它还会将头盔的重量减轻到普通 HMD 的重量。

Block 4.2 计划于 2026 年发布,以便在安装到 F-35 之前处理 F-22B 计划实施中出现的问题。

Block 4.3标志着Pratt & Whitney F135-200 ADVENT发动机的到来。该变体改进了 F119-200 的核心技术,而 ADVENT 标志来自增加了可变旁路系统。结合第一个完全 3D 打印的风扇盘,F-35 的巡航燃油效率将提高 25% 以上,这将使航程提高 35%,同时比基线 F-35 的推力增加 15%。F135 还将提供新的 2MW 发电能力。Block 4.3 计划于 2025 年发布,并依赖于 Block 4.1。

Block 4.4 是 F-35 迈向科幻小说领域的地方,为 F-35 实施了两种不同的机载激光系统包。一个专用于 A 和 C 模型,另一个用于 A、B 和 C 模型。由 General Atomics 开发的可扩展激光器架构 (SLA) 允许安装多种不同类型的激光器,以匹配各种任务配置文件。该合同是 DARPA 作为高能液体激光区域防御系统 (HELLADS) 计划的一部分收到的。

  • 全功率激光器 (FPL) 是 1MW A 和 C 型号的唯一修改版,其动力来自 F135 的轴(回想一下 Block 4.3 的 2MW 发电能力),总计 5MW。FPL 还使用腹侧和背侧的两个小发射器提供 F-35 周围环境的 360 度覆盖。F-35B 不能使用 FPL,因为它需要拆除升力风扇才能容纳在机身中。然而,该系统的一个缺点是它取代了内部油箱,这使得 F-35 的航程减少了大约 150 海里。

  • 模块化轻量级激光器 (MLL)。MLL 提供了 FPL 的替代方案,它不会像 FPL 那样降低射程或有效载荷,并且它位于火炮空间内。它是一个 250 kW 的激光器,它还使用与 FPL 相同的腹侧和背侧发射器。

FPL 和 MLL 都使用三种模式:

  • 防空导弹模式允许激光与 Block 4.2 升级结合使用,以高精度交战和摧毁来袭的导弹。

  • 反弹道导弹模式利用通过单独的 ABL 计划获得的经验教训来提供更灵活的系统,该系统在敌对空域的威力和生存能力要强得多。FPL 提供完整的 50 海里助推相位弹道导弹拦截能力。MLL 可以提供降低 (10 nmi) 的能力。ABM 模式还利用侦测光束来清理直接空域,并使用雷达而不是 IRST 来提供交战数据。

  • 防空模式将允许使用激光系统将敌机从天空中射击。

区块 4.4 计划于 2028 年发布,需要区块 4.2 和 4.3 才能运行。单个数据块升级成本(表 1)。

目前,只有意大利、美国和亚太合作伙伴参与了 Block 4 计划,该计划由总部位于阿拉斯加的综合技术咨询 (ITC) 监督。

为什么 F-35 是如此出色的飞机的证据就在我们身边。我们周围像 Watson 这样的解密 AI 系统令人难以置信,它们让我们深入了解 F-35 在现在可用的软件包中必须提供什么。当考虑到 F-35 的复杂特性及其计划的升级时,不难看出为什么加拿大应该首先购买它们。

诚然,F-35 的成本高于 F-15、F-16 或 F-18 超级大黄蜂,但它也代表了未来。这可能是通往即将到来的自动驾驶战场的最后一座桥梁。到 2030 年,包括台风在内的上述飞机将成为遗迹,而 F-35 将进入其生命周期数年,并准备好运行到 2050 年。这也提供了一个安全漏洞,允许从无人驾驶战斗飞行器 (UCAV) 中解决漏洞,而不会降低 2030 年后的战备状态。

在其使用寿命内降低维护成本是另一个额外的好处,其联网能力将是加拿大的巨大资产,因为它们将使美国、加拿大、挪威和英国能够共享数据,从而更有效地利用北极监测站,从而更全面地了解该地区正在发生的事情。随着气候变化导致北极大规模融化,所揭示的资源将产生新的争论点(事实上已经如此),这意味着加拿大需要大幅提升和快速。

在短期内,F-35 让加拿大飞行员高枕无忧,并大大提高了作战能力。从长远来看,它使我们与南方邻国和北约盟国处于平等地位,并使我们凌驾于来自俄罗斯和中国的新威胁之上。没有其他飞机在短期和长期能力方面为加拿大提供如此多的服务,也没有设计中存在的那种可扩展架构。

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