未来的空战场景见证了由于隐身和现代导弹而发生的空战战术的新变化。快速的视觉遭遇可以通过在高迎角和跨音速下非常快速的瞬时机动来决定，从而通过快速导弹交换最终确定射击优势。对于围绕所有三个轴的受控运动，也必须掌握较高跨音速下的受控涡流。飞机的平面形状、机翼后掠角和前缘型的安排必须考虑到整个飞行包线中这些复杂流动的互惠互利，同时也考虑到了特征的考虑。通常在侧滑条件下达到受控飞行极限。在这里，不对称的涡流不稳定性会导致不稳定的滚动力矩以及不利的偏航。为了突破这些极限，有必要进一步理解涡旋分离、它们的相互作用和分解。设计空气动力学特性的探测将由现代流动模拟工具辅助，并在适当的物理理解的基础上通过复杂的测试设施进行验证。

本文将讨论 F-35 联合攻击战斗机的结构设计、开发和验证，以 MIL-STD-1530 飞机结构完整性计划 （ASIP） 的标准实践为指导，成功生产出满足全球客户不同性能和适航要求的多功能飞行器平台。这种方法导致同时开发了三种非常坚固的机身，并将满足全球选择 F-35 的战斗机的苛刻要求。MIL-STD-1530 中定义的 ASIP 的五大支柱为飞行器平台的开发提供了从设计到分析、测试和力管理的框架。ASIP 适用于从需求定义到退役的整个飞机生命周期。本文将跟踪 F-35 开发每项任务的进展，用于增强这一非凡产品的开发。

F-35 计划已向美国空军、海军陆战队、海军和伙伴国家交付了 270 多架飞机。这是在该计划的低速初始生产 （LRIP） 阶段完成的。LRIP 促进了结构和飞行测试的完成，并支持飞行员和维修人员培训。这一数量的 F-35 喷气式飞机到达 LRIP 超过了 F-117 和 F-22 在同一阶段实现的总生产数量。此外，空军、海军陆战队和以色列空军已经达到了 F-35 的初始作战能力。F-35 计划现在正在朝着全速生产迈进，并加强关键战略原则。其中包括精益制造部署、使用低风险材料和可支持的低可观察对象，以及实施数字线程技术。

洛克希德马丁 F-35 闪电 II 融合了许多源自前身开发计划的重大技术改进。X-35 概念演示器计划包含一些被认为对建立技术可信度和进入系统开发和演示 （SDD） 计划的准备至关重要的内容。其中关键是 F-35B 短距离起飞和垂直着陆推进系统的元件，该系统使用革命性的轴驱动 LiftFan 系统。然而，由于 X-35 的进度限制和技术风险，一些技术的纳入被推迟到 SDD 计划。本文深入探讨了选择集成到 F-35 中的几种关键飞行器和推进系统技术。它描述了从几个非常成功的技术开发项目到将其整合到量产飞机中的过渡。

多国三变体 F-35 闪电 II 战斗机计划的配置开发可以追溯到最早的共同负担能力轻型战斗机 （CALF） 工作，一直到 F-35 系统开发和演示计划。探索了在联合先进打击技术 （JAST） 计划中确定和成熟的技术，以及 X-35 演示机和首选武器系统概念飞机的并行开发。检查了生产配置路径上的开发和成熟活动，包括设计团队面临的许多关键设计和集成挑战，并包括 STOVL Weight Attack 团队的讨论以及前所未有的重量管理工作。

在高威胁、敌对环境中的战术飞机操作需要内部武器携带能力，以支持隐身行动，同时确保机组人员的生存能力和任务成功。一旦威胁减少，就需要多角色、增加的外部运输能力来执行扩展的目标集。F-35 通过内部运输空对空和空对地储备来满足这两个角色。它具有强大的多用途储存外部运输能力，F-35A 的内置 25 毫米加特林机炮，以及 F-35B 和 F-35C 的 25 毫米任务炮舱。它还具有一个商店管理系统，旨在控制当前和未来的商店界面。F-35 武器架的设计基于我们成功开发第 4 代 F-16 和第 5 代 F-22 战斗机所获得的经验。这种设计在三种 F-35 变体中高度通用，并为战区指挥官提供了互操作性和操作灵活性，以与各种目标交战。本文描述了武器要求、设计开发、演变以及为定义和完善武器托架布局而执行的交易。它还详细介绍了装载、携带、释放和连接 F-35 武器所需的相关系统。

自 2009 年底向帕塔克森特河海军航空站 （PAX） 和 2010 年年中向爱德华兹空军基地 （EDW） 交付第一架 F-35 战斗机以来，已经完成了 9000 多次飞行、16,000 个飞行小时和 65,000 个测试点。这一巨大的壮举利用了 18 架飞行测试飞机来展示所有三种 F-35 变体的飞行科学和任务系统能力。由政府、军队和承包商组成的综合测试部队团队精心策划了测试靶场、加油机、追逐飞机、飞行许可、运行卡、零件、支持设备、控制室和飞机配置。广泛的飞行测试仪器收集了验证建模和仿真所需的数据，并支持 F-35 功能的认证。本文介绍了 EDW 和 PAX 飞行测试成功、挑战和经验教训的许多方面，以便为未来的 F-35 飞行测试定位，以持续成功并提高效率。

F-35 计划将取代一些老化的战斗机库存，并增强美国空军、海军陆战队和海军以及伙伴/盟国的其他库存。尽管 F-35A、F-35B 和 F-35C 具有相似的平面和任务系统，并且共享许多通用组件，但从飞行控制系统开发的角度来看，它们是相当独特的。需要一种新颖的控制律设计和软件开发方法，以有效地开发三个版本的控制律，并确保程序满足其苛刻的要求。使用非线性动态反演作为一种可行的控制定律方法已在各种飞行控制研究平台上得到证明;然而，F-35 是第一款采用动态反转控制法的量产战斗机，该法则从零空速到超音速运行，控制喷气式飞机远超失速迎角，并为作战任务提供卓越的飞行质量，从美国海军两栖攻击舰上的短距离起飞和垂直着陆操作和大型甲板航母操作到基本的战斗机机动。此外，F-35 控制法软件是基于图形模型和自动生成的代码开发的。这是支持三个 F-35 版本软件开发的关键推动因素，但它需要洛克希德马丁公司软件开发过程的范式转变。本文探讨了使用动态反转实现基于模型的控制律方法的深入工作。它还概述了用于 F-35 飞行控制法的软件开发过程。

每架成功的飞机的核心是成功的推进系统设计。X-35 和 F-35 飞机的发展处于航空史上的顶峰。满足空军、海军陆战队和海军战斗机要求的一架飞机设计的概念并不是一个新概念。X-35 和 F-35 计划的不同之处在于它们成功地开发了满足性能、可靠性和经济性要求的推进系统设计。F-35 推进系统的成功可归因于开发可验证的需求、进行有凝聚力的系统工程以及快速克服开发挑战。独特推进系统的成功地面和飞行测试导致了开创性的飞行测试计划。F-35 推进系统继续成功地为 F-35 机队提供动力，远远超过目前的 135,000 飞行小时大关。

F-35 车辆子系统作为整体集成系统架构的一部分进行开发、鉴定和部署。由于通用的三元集成系统架构具有独特的要求，因此开发了几项关键技术作为整个子系统开发的一部分。其中包括电动初级和次级飞行控制驱动、电动起动器/发电机系统、锂离子电池、集成电源和热管理系统以及扩展的弹射系统性能包络。随着新技术的任何开发和鉴定，在鉴定过程中观察到并解决了一些发现。通过成功实施完全集成的子系统架构，F-35 车辆子系统完全合格并可运行，提供高性能的集成架构。这些子系统继续成功地支持 F-35 机队，远远超过目前的 100,000 飞行小时大关。

F-35 任务系统允许飞行员执行对盟国和伙伴国家至关重要的传统高级战术任务。这些系统包括当前任何战斗机最先进的传感器管理和数据融合。这些功能为飞行员提供了无与伦比的态势感知能力，并提供决策辅助，使飞行员能够及时做出关键的决策。这些功能的开发是利用从任务小插图派生的用例来完成的，以执行基于功能和模型的开发。这种方法已扩展到测试和评估阶段，以开发用于验证模型和功能的任务级场景。

信息融合是一组算法，它结合了来自所有来源的数据，以创建环境的集成视图，从而提供态势感知。融合是 F-35 的核心属性，从最初的构想开始就被设计到任务系统中。F-35 信息融合开发利用了过去跨公司和行业的融合项目的经验;然而，有一些基本的架构决策和算法解决方案是 F-35 操作概念所独有的。本文讨论了塑造最终 F-35 信息融合解决方案的一些关键设计决策和功能。

航母适用性是飞机测试和评估的多学科专业。该学科将飞机负载、飞行质量和性能的理论结合在一个系统方法中，以评估飞机是否适合在船舶和严酷的地点运行。此外，还评估了导航和制导、传感器集成、数据链互操作性、飞行员车辆接口、可支持性和可维护性，以确保飞机能够作为系统内的系统运行。本文将介绍 F-35C 的航母适用性飞行测试，F-35C 是一种舰载多用途第 5 代隐形战斗机，供美国海军和美国海军陆战队使用。主题将包括讨论岸基测试的先决条件和结果，概述原始尾钩及其重新设计所面临的挑战，以及在岸基测试中使用自动驾驶仪功能。随后将检查在船上环境中进行测试的必要性，讨论船上测试、船载弹射器和阻止着陆方法的测试和结果。在整个过程中，将分析如何实施用于舰载着陆的高级进近模式控制法、三次船舶试验的结果以及对未来运营的影响。

F-35 的决定性要求与其航程、性能和第 5 代作战能力有关，包括全方位隐身、传感器融合和网络化操作。在满足特征和性能要求的同时，提供强大的高攻角 （AOA） 机动能力，这在配置和飞行控制设计方面提出了挑战。选择非线性动态反转 （NDI） 作为飞行控制方法，因为它依赖于高精度的飞机状态信息和机载空气动力学建模，当应用于高 AOA 制度时，会带来额外的挑战。本文描述了在系统开发和演示 （SDD） 阶段进行的 F-35 高迎角飞行控制系统开发和测试，重点介绍了控制律开发、技术挑战和关键飞行测试结果（图 1）。

武器分离飞行测试是军用飞机项目 store 认证过程中最明显的阶段（图 1）。商店分离飞行测试，通常是从追逐飞机上录制的视频，通常被视为验证已满足武器释放要求，以及验证系统在客户操作使用期间将按预期运行。在 F-35 闪电 II 项目的系统开发和演示 （SDD） 阶段，洛克希德马丁公司向 F-35 联合项目办公室 （JPO） 提供了一份认证建议，以装载、携带和释放 F-35A、F-35B 和 F35C 变体的 20 种不同负载的 11 种武器。洛克希德·马丁公司 （Lockheed Martin） 的认证建议和验证武器释放要求已得到满足的基础是飞行测试验证的建模和模拟 （M&S），该建模和模拟已根据在商店分离飞行测试事件期间收集的数据进行了调整，以便模拟的商店分离事件复制实际的商店分离事件。在测试计划期间，飞行测试团队快速成功地执行了 183 次安全存储分离事件，无需任何重流点。

F-35B 是 F-35 的短距离起飞和垂直着陆 （STOVL） 变体，有两个具有挑战性和独特的要求。首先，飞机必须从 LHA/LHD 级平甲板船和配备滑雪跳台的伊丽莎白女王级船只上起飞，同时携带合同规定的燃料和有效载荷。第二个要求是返回并在同一艘船或简陋的地点进行垂直着陆，同时携带未消耗的弹药。平甲板、短起飞距离和垂直着陆带回能力要求是 STOVL 飞机成功必须满足的两个关键性能参数 （KPP）。实现这些 KPP 的验证跨越了十多年。它涉及亚尺寸和全尺寸地面测试和模型开发，并在 F-35 计划的系统开发和演示阶段进行飞行测试。本文重点介绍了 F-35 计划的 STOVL 性能要求验证工作的飞行测试要素。介绍了岸基和舰载测试的飞行测试验证方法和结果，以及操作观察。

F-35 有望在其服役期内承受最可怕的极端天气。使用三种独特的 F-35 变体验证这种能力，尤其是短距离起飞和垂直着陆 （STOVL） 版本，预计将极具挑战性。F-35 计划需要创建一个测试环境，飞行员基本上可以将 F-35 悬停在室内，在极端天气条件下以最大功率运行。为此，测试团队必须发挥聪明才智和想象力，开发出前所未有的结构和测试程序。结果是一个独一无二的测试计划，位于佛罗里达州尼斯维尔埃格林空军基地的麦金利气候实验室 （MCL） 内，以证明 F-35 可以在这些气候下运行。

机身承包商、推进承包商和政府项目办公室的共同努力最终验证了 F-35 飞机的主要常规性能要求。该联合小组合作开发了一种经济高效且可靠的建模和基于仿真的方法，以验证用于计算飞机性能的工程数据库。严格的体重管理流程对该小组的成功起到了关键作用，该流程由应用于印前测试性能预测的保守因子的增量燃尽提供支持。这些方法确保了 F-35 满足关键的合同性能要求。在整个工作过程中，我们在对测试数据进行重点分析时始终注重细节，从单个传感器测量到计算的性能参数。这些努力使得最小的飞行测试矩阵足以解决对飞行前测试空气动力学的微小调整。最终，飞行测试结果证明 F-35 飞机的设计超出了要求。此外，这些结果构成了在整个飞行包线中为运营商提供的运营性能能力的基础。

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