• 11月03日 星期日

旧瓶装新酒,简化严重,防守有余,进攻不足的美制F16V战斗机

有这样一款战斗机,被吹嘘为“即使面对歼20战机,还有数量庞大的歼10战机,都能取得相对优势”。这就是的传说中的F-16V,按照生产批次,也被称为F-16C/D Block70。下面我们就来看看这款战斗机到底有没有传说中的那么厉害。

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F-16C/D Block70的起源


F-16V是美国洛克希德马丁公司推出的一型面对世界范围内的F-16用户的改进型号,“V”的意思来自于“蝰蛇”一词的首字母(Viper)。最早起源于06年洛马公司首次提出了F-16NG(Next-Generation)计划。2012年2月15日,洛·马公司在新加坡航展上首次公布了F-16V方案,由于主要面对已有F-16的用户,因此F-16V包含了现有F-16升级改造和全新生产两种方案。由于正好是F-16的第70批次项目,也被称作F-16 Block 70

不过需要指出的是F-16V并不是F-16里最先进的型号。最先进的是F-16IN(即F16E/F的升级版,洛马公司在第二次参与印度战斗机竞标时,将其改名为F-21)。其次是F16E/FF-16V大概处于第三的位置。


旧瓶装新酒——F-16V升级项目

F-16V并不是一款真正意义上的全新战机,为什么这样说呢?因为目前美国出售的所谓“新造”的F-16基本都是用从“飞机坟场”里拖出来的F-16改造的。如果关系好一点,钱给多一点,也可以选择用美军现役F-16进行改造。


如果想要买真正全新的F-16,则只能从印度购买,因为美国已经在2017年将F-16的生产线卖给了印度。只是印度造的F-16,大家都懂的,还不如美国坟场里的,至少不会多几颗螺丝。而老款F-16改造成F-16V只需要通过两个升级计划就可以了,即“服役寿命延长计划”(SLEP)和“作战航电设备拟定扩展套件”(CAPES)计划。

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▲美国卖的所谓F-16V新机基本都是从坟场里拖出来的


由于F-16V都是在旧机基础上改装而来,机体使用寿命可能本就所剩不多。再加上早期技术方面的原因,还可能存在结构上的暗病。因此“服役寿命延长计划”成为F-16V项目中的重中之重。通过耐久性试验和部分零部件的更换和机体内部结构的调整,将F-16的机体寿命从最初设计的8000小时使用寿命延长到12000小时,从而保证F-16V至少20~30年的正常使用寿命。


PS:2015年洛马公司完成了一项为期2年的F-16战斗机疲劳寿命测试,然后得出了一个惊人的结论,得益于F-16优秀的机体设计,一架F-16的理论服役时间可长达92年。

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▲正在进行翻新的F-16V


此外,为了应对机身重量的增加,F-16V换装了推力更大的F110-GE-132涡轮风扇发动机,该型发动机由F110-GE-100和F110-GE-129两种发动机衍生而来,最初被阿联酋选为F-16E/F的动力。最大推力为32500磅(144kN)。当发动机在最大推力下工作时,GE-132的寿命将比GE-129的提高50%。而在航程和作战半径则基本保持不变。

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▲F110-GE-132发动机




CAPES计划——F-16V航电设备的改进


CAPES计划,则是通过对F-16战斗机的硬件和软件进行全面升级(包括换装有源相控阵雷达、新型电子战系统、数据链中央控制显示器),使F-16能够适应未来的作战需要。在2013年8月,CAPES主合同商洛克希德·马丁公司选定诺·格公司的APG-83有源相控阵雷达作为F-16V的雷达首选。


APG-83有源相控阵雷达是F16E/F的APG-80雷达的简化版。为了降低成本,将接收机/激励器/处理器集成为一个部件,同时火控系统的大部分软件直接来自于APG-80,并部分采用了F-35战斗机的代码技术,这样做不仅节约了研发时间和费用,而且也让装备F-16V的国家/地区在以后换装F-35时,能够大幅度缩短形成战斗力的时间。

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▲F-16V的APG-83有源相控阵雷达


同时,诺格公司还专门为APG-83设计了电子接口和物理接口,从而无需对F-16战斗机进行任何改装,就可以满足当前电源功率和冷却系统的要求,不仅降低了战斗机改装的难度,还大大降低了雷达升级工作的成本预算。

PS:这其实是一个埋雷的地方。有源相控阵雷达有一个非常大的问题就是T/R模块的效率偏低(大约只有30%左右),大部分能量转化成了热量,这就造成了有源相控阵雷达工作时产生的热量远高于传统PD雷达,需要更大功率的冷却系统,自然也就需要更高电源功率。以F-16E/F为例,其在加装APG-80有源相控阵雷达的过程中,不仅保留原来的冷却系统,又在机背里增加了另外一套液冷系统。

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▲F-16E/F的机背里安装有额外的液冷系统


而F-16V并没有提供额外的冷却系统,因此F-16V的APG-83性能相对于APG-80会缩水很多。以衡量相控阵雷达性能的T/R组件数量为例,F16E/F的APG-80为1020个,而F-16V装备的APG-83要少于900个,这就严重限制了APG-83雷达的功率,在最大探测和跟踪距离以及抗电子干扰方面会比APG-80弱一些。在有源相控阵雷达里,APG-83就是个弟弟,连中国专门出口的KLJ-7A都远远不如,更不用说歼10B/C使用的更先进的有源相控阵雷达了。

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▲APG-80的T/R组件数量为1020个


虽然是缩水版,APG-83与现役F-16战斗机配备的APG-68雷达相比还是性能提升很多,APG-83对雷达反射截面积=5平方米的空中目标最大探测距离为120千米,探测范围为正负60度,可以同时跟踪12个目标,最多攻击其中6个。

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▲加装APG-83雷达的F-16V


作为比较,中国出口的KLJ-7A有源相控阵雷达对雷达反射面积为5平米的控制目标探测距离达到了170千米,可以同时跟踪15个目标,并最多攻击其中6个,整体性能与F-35装备的APG-81相当。考虑到商业营销的需要,KLJ-7A具体性能也许比不上APG-81(毕竟是纯风冷,功率会比液冷的APG-81小一些),不过略强于APG-83还是可以确定的。而歼10C的雷达只会更远、更强。

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▲KLJ-7A性能要略强于APG-83


虽然空战模式下性能逊色于KLJ-7A雷达,但是APG-83的多用途性能却是非常不错,通过敏捷雷达波束交替实现空对空、空对地和地形跟随等多种模式,使F-16V战具备了全天候精确打击能力。它还可以借助于合成孔径雷达模式获得高分辨率图像,精度达到了0.3米,甚至可以发现地面上行驶的车辆。飞行员能够根据攻击任务需要,进一步放大选中的目标,以获取更好的目标识别效果,对地面目标精确定位,从而获得更高的打击效果。

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▲APG-83的合成孔径雷达模式成像图


值得注意的是,APG-83还有一个高配版本,计划用于美海军陆战队F/A-18C的升级(下图左),可以很明显看到,这个版本相对于F16V使用的APG-83(下图右)具有更多的T/R单元(注意对比两图雷达阵列的面积),相应的雷达功率也更高,在探测距离和抗干扰性能方面也会更好一些。

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▲高配版APG-83与标配版


基础水准的玻璃化座舱

为了更好地融合先进传感器获得的各种信息,F-16V采用了玻璃化座舱设计,一大两小三个夜景显示屏取代了传统的仪表,大型显示屏(中央基座显示器)位于座舱下方的中间位置,这个位置老版本F-16为机械仪表(下图右)。两个小型的彩色液晶显示器位于两侧。座舱相比与之前的老版本F-16有巨大的进步。不过与标准三代半战机普遍使用的单个超大尺寸触摸显示器相比,还是有不小的差距,最多算一个基础水准。

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▲F-16V(图左)与老版本F-16座舱对比


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▲美国出口沙特的F-15SA前后座舱均采用了单块大尺寸触摸液晶


此外,F-16V战斗机还对任务计算机和航空电子系统架构进行了升级。其中最重要的升级就是采用了Link 16数据链,可以提供实时数据通信、态势感知和数字语音,并且采用抗干扰加密封装。极大地增强飞行员的态势感知能力,使机组人员之间不仅可以交换飞行、任务和导航等数据,还可以与预警机实时交换加密的语音指令,直接分享预警机所获得的目标数据,有效地增强飞行员的态势感知能力,在瞬息万变的空战环境中占据空中优势。


关于数据链的实际应用方面,由于战斗机雷达一般不会主动开启,只有在进入预定交战空域,并且大致确定敌方战机的范围之后,才会开启雷达搜索敌方目标,导致很容易被敌方伏击。而有了数据链之后,己方战斗机不仅能通过数据链得到预警机的信息引导,让敌人无处可藏,这里就体现了数据链的重要性。

此外,在没有预警机的情况下,还能与其它同区域战斗机配合,通过多部雷达的无缝配合实现战场空域的无缝覆盖,起到一定程度上替代预警机的作用。

这一招是不是感觉很眼熟呢?眼熟就对了,因为这正是俄罗斯的米格31的经典战术,四架米格31通过数据链可以在600千米的宽度平行推进(之所以是600千米,是因为四架米格31的雷达之间能进行无缝连接的最大宽度差不多就是150千米),可以监视宽度800~900千米空域内360°范围内的空中目标,必要时还能链接己方其它类型飞机,性能媲美小型预警机。

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▲F-16V的航电系统升级示意图




F-16V实际上是简配版

不过基于美国一贯的做法,除非是自用型,这次F-16V实际上还是属于简配版,和标准的三代半战斗机还是有明显差距,大致与俄罗斯的米格-35处于同一水准。因此与标准版三代半战机甚至是四代机都处于明显的下风。至于F-16V简化了哪些方面,大致有以下几个方面。

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F16V缺乏低截获率模式雷达告警装置

这个应该是F-16V最大的简化,可以说是很致命的。雷达告警装置可以说是现代化战斗机的标配,没有这个装置,现代战斗机在空战中可以说是难以生存。传统的雷达警告系统通过接收自各个方向的雷达信号,并进行对比分析,一旦发现有相同特征的雷达波对己方进行连续跟踪或者锁定,那么就会立马触发警告。

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▲雷达告警装置


但是现代化的预警机、战斗机或者地面防空系统使用的有源相控阵雷达具备“低截获率特性”,可以通过不断的改变自身的雷达信号特征,使传统的雷达告警装置完全不发挥作用。这样一来,没有“低截获率模式雷达告警装置”的战斗机将面临与没有雷达告警装置的战斗机一样的境地。

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▲空警500的雷达就具备低截获率特性


这也是为什么像F22这样的四代机与三代或三代半战机进行空中对抗,经常打出几十比零的恐怖战绩的核心原因之一。你不仅探测不到别人,甚至连别人探测并锁定你都不知道,直到导弹雷达导引头开机锁定你,你才通过雷达告警装置发现来袭导弹,而留给你的应对时间只有30秒不到(中距弹雷达导引头探测距离为30千米左右,导弹速度按3马赫算),这个时候你唯有祈祷来袭导弹正好进入无动力射程阶段或者你的电子对抗系统超水准发挥。

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▲四代机全面秒杀三代/三代半


目前主动弹的雷达导引头已经开始像有源相控阵化发展,届时,你被导弹锁定了都可能不知道,莫名其妙就被击落了。“低截获率模式雷达告警装置”的重要性由此可见一斑。

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▲日本航空自卫队的AAM-4B导弹就采用了有源相控阵导引头


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▲俄罗斯K77M远程空空导弹的有源相控阵雷达导引头


F-16V的隐身涂料性能差


在其负责防空压制任务的型号上,又开始使用全新升级的、覆盖其全身的隐身涂料,该涂料号称使用了F-22的隐身涂料技术。而F-16V号称就全面采用了这种涂料。据说这款新的隐身涂料能将F-16V的雷达反射面积(RCS)减少一个数量级(约0.5~0.6),达到标准的三代半战机的水准。

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▲F-16V拥有隐身涂层


不过实际上F-16V虽然采用的是和F-22完全一样的隐身涂层,但是仅能将正向RCS降低20-30%。而之所以会这样,主要就是对出口为主的F-16V进行了限制,其隐身涂层在全面性、厚度等方面缩水了,简单点将就是覆盖的地方少了,而且涂薄了(据说可能只有1层,而F-22和F-35有3层)


雷达反射面积这种程度的降低显然并不能带来太大的影响,再加上F-16V并没有对F-16上影响隐身的机体结构进行隐身化处理(比如进气道,发动机叶片),因此其正向雷达反射面积(RCS)仍然达到了3平方米的程度。而像歼10C这样的典型3.5代机的前向RCS为0.8~1.5平方米。这也导致了不仅单对单的情况下,F-16V将被歼-10C吊打。就算是体系作战,F-16V也将处于不利的境地。

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▲歼-10C的RCS仅在0.8~1.5之间


结语

我们最后看下面这款F-16,这并不是F-16E/F,因为它机首没有前视红外 (FLIR)系统。这其实是一架F-16V,保型油箱和多达12枚的航空炸弹让其进攻性十足。同样,这架F-16V并不是出口型的,出口型的F-16V简化了进攻能力,这也是美国一直在玩的手段。阉割掉保形油箱和精确对地武器投射能力F-16V是典型的旧瓶装新酒,“防守有余,进攻不足”。

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