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标题: 他山之石，可以攻玉（三） [打印本页]

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作者: 晨枫    时间: 2020-2-20 11:52
标题: 他山之石，可以攻玉（三）

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美国空军在推动喷气化、后掠翼化和超音速化远远走在美国海军的前面，美国空军和NASA的合作也远比美国海军密切。美国空军和NASA的X飞机是世界航空史上没有先例的。在此之前，新飞机的研制和试飞总是和型号设计连在一起，遇到问题就地解决。但X飞机不以投产为目的，不受具体的型号研发的约束，纯粹就飞行的共性的基础问题进行设计和试飞，提供了大量珍贵的数据，这是战后美国航空技术爆炸性发展的一个重要原因。政府主导的航空技术包括后掠翼、三角翼、变后掠翼、可调进气道等，NASA发明的先进航空理念包括压缩升力、跨音速面积律等。
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2 W# q( `6 C1 c战后美国空军追求技术至上的豪华装备路线，一方面在军事技术上突飞猛进，另一方面连财大气粗的美国也不堪重负。在战略层面，肯尼迪放弃艾森豪威尔的“大规模报复”战略，改为“灵活反应战略”，强调常规作战能力，灵活地应对从世界大战到局部战争的各种战争形式。在技术上，高空高速已经不足以保证突防和生存，但新技术使一机多用成为可能。这些变化使得美国开始要求作战飞机具有多样化的作战能力，并通过规模经济降低成本。罗伯特·麦克纳马拉是美国商界“神童”，被肯尼迪请来出任国防部长，控制脱缰野马一样的军费上涨问题。
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( e6 S/ q2 T0 K! N1 z北美F-108“标枪手”要求达到双三，技术上跨越太大，下马了
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2 {- S/ x+ A! G* x# U4 f北美B-70“女武神”则是双三的轰炸机，也下马了
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( ?5 D$ y0 s& Q' G( u在最后淡出航空之前，北美还研制了B-1“枪骑兵”
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$ _! ]# a$ Q7 J6 A1 c, b* |3 s! V+ |北美还是转战航天后才重建辉煌的，这是北美的“土星V”
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航天飞机更是登峰造极
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在这样的大气氛下，XF-108、XB-70下马，北美一下子失掉了重心，除了后来的B-1轰炸机外，在军用飞机领域再无建树。但北美转战航天后多有斩获，航天飞机和“土星”运载火箭都是北美的杰作。

+ P; X! n; K1 t; @“麦克纳马拉革命”对美国战斗机发展有两个影响：
& I7 J- \3 [- d/ y5 `# I1、        通过多用性、通用化和规模经济求低成本
2、        依靠技术进步，只用纸面评估就确定技术方案，避免费时费钱的实机对比试飞
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多用性和通用化不光要求战斗机同时具备空战和对地攻击能力，还要求空海军达到最大程度的通用性，以减少采购品种，既通过规模经济压低单价，又通过备件共享来压缩采购总量，改善经济性和后勤保障。当时认为航空技术已经发展成熟，纸面评估已经可以达到相当的可靠性，放弃实机竞飞可以节约很大的开支。事实证明，这两点都过于乐观了。

0 O% j) D' l8 n8 S& n9 f麦克纳马拉推动的TFX计划最终有通用动力和波音进入最后竟标。在屡屡修改要求并重新投标后，波音方案依然三次入选，但最终还是通用动力的方案获得研制合同。此中的阴谋论说法（彼时总统林登·约翰逊是德克萨斯人，通用动力的总部位于德克萨斯）一直绵延不绝，但事实是，通用动力的方案具有更大的空海军通用性；通用动力具有更多的战斗机经验，对预算和技术风险的评估相对可靠；作为通用动力团队一部分的格鲁曼具有丰富的海军战斗机经验和变后掠翼经验；通用动力方案在技术不如波音方案先进，也确保较低的技术风险。
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: ]; ]: Z# G$ I- |: R% X  p“神童”麦克纳马拉主导的空海军共用的通用动力F-111最后只有空军型走到底


. R2 Q" Y. P( K+ c9 e+ r9 H海军型的F-111B下马了


# [2 D1 `7 M' r# A# p) Y但重新包装后，最后以成功的格鲁曼F-14“雄猫”的面目推出


但麦道F-15“鹰”式（左）、通用动力F-16“战隼”（下）、麦道F-18“大黄蜂”（上）才是得到能量机动真传的，格鲁曼F-14“雄猫”虽然也是“十系列”但并不是按照能量机动原则设计的

) [6 ^# a& T1 E2 Q( z( x: W1 ~但F-111的研制遇到了严重的问题，性能达不到要求，严重超重、超支、超时。F-111的困境和越南战争的经验引发了美国空军的另一场革命，“战斗机黑手党”要求空优至上和对比试飞，这两点都是对麦克纳马拉革命的反动。在技术上，不再强调绝对尖端，而是战术引导技术，强调机动性、平衡的全局性能、维修性和成本控制，其结果就是麦道F-15“鹰”式、通用动力F-16“战隼”、麦道F-18“大黄蜂”（诺思罗普在YF-17被美国海军选中重新设计后，苦于缺乏海军战斗机经验，被迫把设计主导权交给麦道）。格鲁曼F-14“雄猫”也是TFX计划失败的结果，但这是F-111B重新包装的产物，和战斗机黑手党没有多大关系。
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在TFX还在酝酿时期，麦克纳马拉已经在推动空海军通用化。由于海军F-4“鬼怪”式的成功，空军被指令研究将F-4作为TFX服役之前的过渡的问题。空军的评估表明：在典型作战条件下，F-4作为截击机优于F-106，作为攻击机优于F-105，作为侦察机优于RF-101。尽管一百个不情愿，没有理由不采用F-4，很多盟国空军也很快跟进。不久，海军的A-7“海盗II”攻击机也被空军采用。F-15、F-16、F-18在TFX的灰烬中复生，至今依然在美国和盟国中作为一线战斗机。
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5 H0 f" a: z2 q; a7 l; ?  L战国争霸尘埃落定后，麦道稳居老大地位，除了F-4、F-15、F-18，还有垂直起落的AV-8“鹞II”式（基本技术来自英国BAe）。通用动力位居老二，除了洗心革面后的F-111，还有现代战斗机中最为成功的F-16。格鲁曼继续保持在海军中的老大地位，但F-14是“十系列”系列（F-14到F-18）中最早退役的，后继无嗣的格鲁曼最终淡出，并入诺思罗普。

更早退出的还有北美、沃特、共和。北美转战航天，沃特作为LTV的一部分主打飞机结构的次级承包，共和在并入费尔柴尔德后曾推出A-10攻击机，但还是凄惨地退出了战斗机领域，当年制造P-47的巨大厂房如今成为购物中心。在隐身时代之前，洛克希德专攻战略侦察机、军用运输机、民航机、航天（“大力神”运载火箭）。诺思罗普继续专攻轻型战斗机，但F-18的陆基型胎死腹中，专供出口的F-20“虎鲨”也最后下马。
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3 {3 x! e% E( v, J1 |' \: y麦克纳马拉革命的初衷是控制军购成本，但作战飞机的品种少了，采购总量也少了，而单位成本还在提高。F-14和F-15分别是美国海军和空军历史上最昂贵的战斗机。最终军购费用并没有下降，还要靠高低搭配才能维持起码的数量。这是麦克纳马拉没有预料到的。
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5 E# j3 w# H. n/ n2 v6 I! a; ]40-50年代时，美国有9个战斗机公司，40多个战斗机研制项目。这都是实现首飞的，纸面项目和在首飞前就下马的不算。这其中，主要为美国空军研制战斗机的有5家，分别为通用动力，北美，共和，洛克希德，诺思罗普，共研制了22种战斗机，8种轰炸机。主要为美国海军研制战斗机的有4家，分别为格鲁曼、麦克唐纳、沃特、道格拉斯，共研制了18种战斗机。

60-70年代中，新飞机项目下降到10种以下；到TFX的时候，只剩下一个；70年代略有回升。这也是一个战术引导技术的时代，航空技术的发展相对稳定，没有突破性的新技术出现，专业领域的经验变得很重要，准入门槛很高，所以没有新公司出现。
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9 h6 m4 g5 i. E1 t% s& K5 x. d0 Q70年代后，飞机公司大量合并。共和在1965年并入费尔柴尔德，北美在1973年并入洛克威尔，合并而成的北美-洛克威尔后来并入波音；沃特在1962年并入LTV。公司在经济前景上的不定性和新项目的减少，使得飞机公司对大量投资于公司科研的信心下降，公司科研速度放慢。

在众多战斗机公司中，麦道最为成功，空海军通吃。这要归功于麦克唐纳从40年代开始就为海军研制喷气战斗机，特别注重航母上的起落所必要的中低空机动性能。从F-101开始，麦道又在空军中积累深厚的人脉。加上性能出色，F-4和F-15在空军获得成功就不奇怪了。麦道的海军战斗机经验也使得F-18成为一架出色的海军战斗机，30年后又老树新花，以F-18E的面目再度登场，在未来几十年里继续作为美国海军的主力战斗机。

北美从F-86开始，借助X-10/SM-64“纳瓦霍”巡航导弹的东风，抢先跨入超音速时代，以后又掌双三的牛耳，但由于在技术路线上失之毫厘差之千里，最后淡出战斗机领域，将高空高速的专长转用到航天上。

通用动力借50年代的双二东风，一直冲浪于航空技术的前沿。虽然差点在F-111上栽了，但从F-16上翻了本。
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; S% v+ @  Q. ?美国空军和NASA的航空科研继续在世界上占领先地位。这期间，美国空军科研的突出代表是约翰·伯伊德少校倡导的能量机动理论，理论结合实际，不光可以用来评估现有战斗机和战术，还用来指导未来战斗机的设计。NASA在此期间也推出变稳和电传飞控等新技术，但重点转向航天。
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然而，80年代后，最重要的航空新技术是隐身，这将影响未来20年的战斗机世界。

在被迫淡出战斗机领域后，洛克希德专攻战略侦察机。除了高空高速，洛克希德借助美国空军的理论研究成果，从50年代就开始对雷达隐身进行研究，并早有所成。洛克希德用一架T-33试验整体覆盖雷达吸波涂层，用网格覆盖B-47轰炸机的进气口和喷口，建立测量雷达反射面积的专用大型设施。洛克希德U-2侦察机采用了雷达吸波涂层。SR-71侦察机除了雷达吸波涂层，还在外形上采用大弧度填角，减少雷达回波。但技术突破来自70年代的计算机技术，使得按照多面体的隐身外形设计飞机成为可能，通过使雷达回波闪烁不定、无法锁定而达到隐身。
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+ P; Z  z$ F% B0 f1 [/ M% e洛克希德的隐身经验导致Have Blue技术验证机
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Have Blue最终导致第一代隐身战斗机洛克希德F-117“夜隼”
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6 q( n) k4 M  e% Q4 ^$ N/ q/ M诺斯罗普的Tacit Blue则显示出截然不同的技术路线
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, E4 e4 ]2 F9 A$ h$ V9 Z3 ~# GTacit Blue最终导致第一代隐身轰炸机诺斯罗普B-2“幽灵”
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由于洛克希德的隐身研究属于中央情报局负责的高度机密，连负责国防科研的国防先进研发局（简称DARPA）也不知情，在隐身研究项目Harvey竟标时，只邀请了麦道、诺思罗普、通用动力、费尔柴尔德和格鲁曼。费尔柴尔德和格鲁曼自知没有这个能力，索性回避竟标，自绝于未来战斗机的发展。洛克希德在得知消息后，自费参加，最后入选，成功地地推出了F-117“夜隼”隐身战斗机，开创了隐身飞机的时代。不过F-117号称战斗机，实际上没有空战能力，也没有任何导弹发射能力，只能用制导炸弹进行对地攻击。
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诺思罗普的方案和洛克希德的多面体思路不同，采用上圆下平的锅盖外形，使雷达波的能量从边缘流泄发散而达到隐身。这个外形和诺思罗普一向钟爱的飞翼是天作之合，诺思罗普的努力最终导致了B-2轰炸机。
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就战斗机而言，80年代最重要的无疑是洛克希德YF-22（下）和诺斯罗普YF-23

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( ?4 r; d% j6 ?; o9 Y洛克希德获胜，推出F-22“猛禽”
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& f- P  J: u( _. E" w通用动力-麦道A-12“复仇者II”则下马了

然而，就战术飞机而言，80年代最重要的两种飞机无疑是ATA和ATF，前者是替代A-6、A-7的先进隐身攻击机，后者是替代F-15的先进隐身战斗机。

& J' S. }3 S- `' C通用动力/麦道团队和诺思罗普/格鲁曼团队获得最终竟标ATA的资格，前者入选，研制A-12“复仇者II”。通用动力/麦道方案有点像缩小的B-2，这是一架无尾飞翼，但只是简单三角翼构型。通用动力和麦道的老经验在这里搁浅了。军方的技术只解决可行性，工程实现还是要靠飞机公司的。通用动力和麦道缺乏对隐身的足够理解和技术准备，完全依赖军方的技术转移，严重低估项目成本和进度的挑战，结果超重30%，超支100亿，还离首飞遥遥无期。
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( \7 @$ I8 U. Q但这时苏联瓦解了，美国的威胁环境在一夜之间彻底改变。里根扩军留下的强势美军在世界上独孤求败，但日本、德国的崛起严重侵蚀了美国的工业和技术强势。1991年第一次伊拉克战争的大胜更加强化了美国对过度军力的认知，在对需求、现状和研发的“自下而上”的大排查之后，时任国防部长切尼把A-12砍了。V-22“鱼鹰”也在同期下马，是国会强令续命才终成正果的。

通用动力/麦道团队对A-12的报价低得离谱，这是对隐身的技术难度缺乏理解，还是有意低报钓鱼，只有他们才知道。诺思罗普/格鲁曼团队的报价和进度预估后来被证明是相对精确的，这和诺思罗普此前的B-2轰炸机的研发经验有关。不管军方是否对通用动力/麦道的过度乐观有否警觉，单纯依靠违约大棒是不解决问题的，最后结果是双输。其实在格鲁曼F-14的研发中，已经有过类似教训了。在格鲁曼严重超时、超支之后，军方威胁索赔，格鲁曼用破产反威胁，为了不鸡飞蛋打，军方被迫追加投资和放宽期限，这才有了F-14终成正果。但A-12没有走到这一天。
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$ n2 s! t/ K/ q% ]先进战术战斗机（简称ATF）计划的竞争是一个人们很熟悉的故事了，洛克希德/波音/通用动力团队的YF-22和诺思罗普/麦道团队的YF-23竞争。YF-22的性能比较均衡，技术风险较低，最后入选，作为F-22“猛禽”投产。YF-23的超音速巡航和隐身更加优秀，但机动性不及，综合技术风险较大，最后出列。

从技术风险管控上来说，洛克希德具有丰富的隐身设计和使用经验，波音具有丰富的大型复合材料构件的设计和制造经验，通用动力具有丰富的高机动技术经验，这些经验的组合有助于降低技术风险。在A-12下马后，低风险对ATF的选择是一个不小的决定因素。

6 N% E8 d; n& X2 U# |8 B1 u8 S; iATF计划之后最重要的项目就是联合打击战斗机（简称JSF）计划，要求替代F-16、F-18、AV-8、A-10等多种飞机。这已经是90年代了。

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. X( I9 b; f7 E- }9 {ATF之后，JSF成为战斗机世界的“世纪之战”，波音X-32（左）败绩，洛克希德X-35（右）获胜，洛克希德成为隐身时代吃独食的战斗机公司


/ X& D& z, V. ^% l但这不妨碍洛克希德F-35“闪电II”成为历史上最富争议的战斗机
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2 {# N! V( f& u' d( ~+ m1 C, _JSF由两条线索合并而来。DARPA在研究垂直-短距起落战斗机的过程后，倾向于升力风扇路线，而且发现取消升力风扇后，腾出的空间可用于额外的燃油，容易转型为常规战斗机。另一方面，在“自下而上”的大排查中，美国空军和美国海军被责令合并F-16和F-18的下一代研发计划。这两个研发计划合并后，就成为JSF。

$ s7 }$ {$ J: |( K- w洛克希德、波音、麦道呈交了竞标方案。麦道缺乏隐身经验的问题再次暴露，方案缺乏创意，首先出局。洛克希德有F-22的经验， 升力风扇的方案比较稳健。波音方案在动力方面是“鹞”式的全面现代化，超大翼面积的三角翼也比较新颖，但最终落选。在技术验证阶段，洛克希德X-35和波音X-32进入对比试飞，洛克希德X-35最后入选，进一步工程化设计后，按F-35“闪电II”投产。
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7 K" M; r: v/ }回顾这一段历程，洛克希德的东山再起是最引人注目的。隐身是战斗机技术的又一次革命。在技术发生质变的时候，老经验再次失效，新面孔得以脱颖而出。这一主题已经重复多次了。
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( V2 ^6 e0 u6 @洛克希德在60年代离开战斗机领域后，在隐身领域术有专攻，走在了技术潮流的前面。另一方面，机动性和战斗机的一般技术相对来说已经成熟，即使洛克希德尚不掌握，这也已经是灰科技而不是黑科技，不管是自己补缺，还是拉起团队（在X-35的情况下为波音和通用动力）补缺，都容易做到，因此而赢得美国空军在当代最重要的也是仅有的两个战斗机项目。而富有传统战斗机经验的麦道和通用动力由于缺乏对隐身技术的掌握，无力继续作为独立玩家，和早年波音和寇蒂斯不能跟上单翼机和喷气技术一样，黯然退出了。
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F-35的两个特点也对未来战斗机有重要指导作用：
, Q7 N" y4 y! \3 J$ _/ K. V1、        战斗机已经进入“按全寿命成本设计”的时代了。传统上，战斗机是“按性能要求和最先进现有技术设计”的，然后作相应的设计调整，以满足成本要求。这个路子可能因为对技术难关估计不足或者“性能要求蠕升”而导致成本失控，对采购数量、支援保障、后续发展都形成巨大的军费压力，最终损害可持续的军备建设。F-35从一开始就规定按全寿命成本设计，并且把所有要求蠕升划入后续的批次更新。成效不论，思路是富有启示的。
2、        战斗机已经进入软件化的时代了，这不仅是信息化、网络化、智能化的关键，也是硬件不变或者有限改变情况下能力解锁和性能升级的关键。高度软件化也使得F-35的设计和验证挑战显著有别于传统战斗机。

% k# O& c7 N3 E* l1 c1 kF-35在项目执行上的教训也值得重视。由于“按成本设计”，不要求拓展航空技术的前沿，而且通过JSF的实机对比试飞以消除关键技术的不定性，F-35被定位为低技术风险，对设计成熟度的预期很高。试飞被定位于对设计的验证，所以实行了边设计、边生产、边试飞的三边模式。但事实证明，这是大大低估了技术挑战了。

! d9 U) X+ |) ]; z, t9 {关键技术即使得到原理性的验证，到具体实现的时候，总是有所偏离的。传统上的假定是：这些偏离都是互相独立的，偏离方向是随机的，所以对最后的大方向的累计影响为零。但F-35的经验表明，如果大量偏离都来自同一个深层原因，偏离可能并不互相独立，累计偏离就可能严重影响大方向。对于F-35来说，这个共性的深层原因就是垂直-短距起落要求。事实证明，除非像教练机那样简单的项目，在试飞中完善设计、然后投入批量生产依然是必要的。

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作者: 的名    时间: 2020-2-20 13:50
那个土星五的照片是模型吧？

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作者: 晨枫    时间: 2020-2-20 14:04

的名 发表于 2020-2-19 23:50
那个土星五的照片是模型吧？

呃，真是，看走眼了

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作者: liuqing098    时间: 2020-2-20 17:56
老美公司光军用飞机✈️做了这么多竞争设计，让人眼花缭乱，这得花费多少人力物力啊！以前看忙总说光通用公司关于发动机研究的沉淀数据就比中国多很多，我们仅是人家零头，信了。不知道您这个系列还要写几篇，这么多经验该如何总结来攻玉。期盼

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作者: 晨枫    时间: 2020-2-20 22:41

liuqing098 发表于 2020-2-20 03:56
& U5 o: Q! u- f7 W# v' p. T! n老美公司光军用飞机✈️做了这么多竞争设计，让人眼花缭乱，这得花费多少人力物力啊！以前看忙总说光通用公 ...

所以美国有50年代之后的长期领先啊。现在轮到中国了。这里面有重复投资和浪费，但这是必要的代价。

后面还有一篇。

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作者: liuqing098    时间: 2020-2-21 07:09

晨枫 发表于 2020-2-20 22:41
: @0 v: l3 D$ J! U5 Y所以美国有50年代之后的长期领先啊。现在轮到中国了。这里面有重复投资和浪费，但这是必要的代价。

后面 ...

凭什么说“轮到中国”呢？人家没有睡觉，我们有什么特别优势？估计下一篇会解答吧。

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作者: 晨枫    时间: 2020-2-21 07:20

liuqing098 发表于 2020-2-20 17:09
凭什么说“轮到中国”呢？人家没有睡觉，我们有什么特别优势？估计下一篇会解答吧。 ...

# u5 ^$ }; a7 }5 V/ r因为中国在高密度投资了呀。没有美国50年代那么密集，但在过去30年里没有其他人能相比。而美国的投资和发展明显放慢了。

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作者: liuqing098    时间: 2020-2-21 07:31

晨枫 发表于 2020-2-21 07:20
因为中国在高密度投资了呀。没有美国50年代那么密集，但在过去30年里没有其他人能相比。而美国的投资和发 ...

米国军费更多啊？基础好，本钱足，人才多。中国军费是比以前多，但是比米国还是要少。还是等着看你的下一篇，不耽误您写着。谢谢！

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作者: 晨枫    时间: 2020-2-21 07:33

liuqing098 发表于 2020-2-20 17:31
米国军费更多啊？基础好，本钱足，人才多。中国军费是比以前多，但是比米国还是要少。还是等着看你的下一 ...

美国军费的利用率不高啊，真正落到实处的不多了。

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作者: 包子    时间: 2020-2-22 23:15
F14是依靠啥原则设计的呢？

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作者: 晨枫    时间: 2020-2-22 23:38

包子 发表于 2020-2-22 09:15
! Q( `( ~* j0 x1 f) BF14是依靠啥原则设计的呢？

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高空高速，远程截击，角度机动。

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作者: 包子    时间: 2020-2-23 01:46

晨枫 发表于 2020-2-22 23:38
高空高速，远程截击，角度机动。

其实我觉得F14被退役，主要淘汰原因还是因为航电的落后，这玩意太拖后腿了。我玩过一个机载电台，不算电源还有俩手风琴箱子那么大，效果还不如出租车上用的。这玩意要还用在飞机上，真能逼疯了设计院。
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F14为了弥补航电的不足，带了个雷达情报官上天，徒增了不少重量，如果当年能被现代化改装，机身改用复合材料，取消后座，换新发动机，起码能够实现超音速巡航，加上7G的大过载，空战投弹两不误，尤其是可变机翼简直是天生的舰载机。

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作者: 晨枫    时间: 2020-2-23 01:59

包子 发表于 2020-2-22 11:46
$ i5 Y" ?4 y/ T其实我觉得F14被退役，主要淘汰原因还是因为航电的落后，这玩意太拖后腿了。我玩过一个机载电台，不算电 ...

F-14更换航电没有难度，问题在于：
1、钱
8 l3 ~0 ^4 y( ^/ ~& ?1 P, a2、定位

F-14退役的时候是美国收割冷战红利的时代，军费紧缩，没钱折腾F-14。更重要的是，美国海军看不到有保留F-14的必要，F-18E足够对付未来几十年的威胁环境。事实上，美国海军看准了20年，但中国崛起太突然了，对美国来说，真像新冠爆发一样。

9 k0 ^. o  h# R" Z! F/ O: LF -14的运作和维修太费事，没有现实的需要，真没必要维持。

; _& H6 Y' j6 |3 l5 M) Y% l+ w但就F-14设计的时候，带个RIO不仅是航电不足的缘故，也是海上作战环境要求更高。F-14的航电在技术上不及F-15，但性能更加先进，尤其适合在复杂电磁环境下的远程多目标拦截。

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