标题: F-35：一个时代的缩影 [打印本页] 作者: 晨枫 时间: 2022-12-15 01:19 标题: F-35：一个时代的缩影 F-35真是“新闻里的飞行器”，不时会闹出一点新闻。据报道，12月1日，驻日美军嘉手纳空军基地上，一架美国海军陆战队的F-35B在滑行道上拖带时，前起落架突然收起，机头砸向地面。这架战斗机因为电力系统问题迫降，拖带中明显出现顿挫和晃动，估计是主起落架机轮锁死了。% ]' [" A k6 k, D2 A/ _2 q1 a
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近年来，F-35的事故不少。2020年9月29日，美国海军陆战队一架F-35B从亚利桑那州犹马基地起飞，在空中与一架KC-130J合练空中加油时相撞，F-35B坠毁，飞行员跳伞成功，KC-130J在附近田野也迫降成功。& G+ c) V; n# p7 X4 B- m
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F-35B的第一次坠毁是在2018年9月28日，美国海军陆战队一架F-35从南卡罗莱纳州博福特基地起飞后坠毁，事故原因是燃油管路质量问题，飞行员跳伞成功。这也是F-35家族的第一个坠毁事故。9 n- ^7 h6 M# Z! i9 A
) R/ t4 o* m. b5 T$ M扩大到整个F-35家族，坠毁就更多了。2019年4月9日，日本空自一架F-35A从北海道三泽基地起飞后，在青森以东135公里处从雷达上消失。飞行员细见彰里三等空佐（少校）刚在无线电里报告，要求放弃训练、返航，遗体两个月后才在海上发现。失事前，飞行员没有发出求救信号，也没有任何自救的机动动作，仅有的数据表明，飞机高速飞向海面，据认为是因为海天一色导致飞行员发生空间错觉的人为事故。 1 H& |( B+ c/ s' M2 ~ : _ ~, ?. o1 ^( S2020年5月19日，美国空军一架F-35A从佛罗里达州埃格林基地起飞后坠毁，飞行员跳伞成功。事故原因是飞行员错误与头盔显示系统、飞控响应速度等问题互相叠加。 . T" U" u+ ~& c 4 K# F/ e0 y g/ v2021年11月17日，英国空军一架F-35B在地中海从“伊丽莎白女王”号航母上出动训练时，起飞失败坠海。飞行员跳伞成功，飞机残骸很快被打捞上来。 + C5 r% V- n% o2 ^, V o/ h( B 0 u J# D4 t# |( A2022年1月24日，美国海军一架F-35C在“卡尔·文森”号航母上着舰时，航线过低，撞上舰体结构。飞行员跳伞成功，两个月后飞机残骸被打捞起来。 5 ?: N7 I' R6 r& u; i ( F( m$ X. b# A: B$ J5 c2022年10月19日，美国空军一架F-35A从犹他州希尔基地起飞后坠毁，飞行员跳伞成功，事故原因还在调查中。# a1 d6 R5 g& Z
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除了坠机事故，F-35的严重事故还有很多。 a3 r6 ^- R9 ~' m' `. O& f3 m 7 D3 B! l% f* V5 W& w# [1 n2014年7月23日，美国空军一架F-35A的发动机起火，飞行员安全逃生成功。事故原因是发动机转子叶片与机匣间隙过小，摩擦生热导致起火。事故后，普拉特-惠特尼对所有发动机加强磨合，并修改了叶片和机匣的设计和制造。 ( \3 t/ O; s, E( z 1 l7 f) _ c2 x7 f, P& r2021年3月12日，美国海军陆战队一架F-35B从犹马基地起飞，在空中射击训练时，一发炮弹刚出膛就爆炸，幸好飞行员没事，也能马上把飞机安全着陆。5 c, i" B9 A9 l+ @( ^3 _
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2022年1月4日，韩国空军一架F-35A在低空飞行训练中，飞行员听到砰砰的敲击声，然后很多机上系统宕机了。塔台命令飞行员跳伞，但他认为发动机和基本飞控还是好的，坚持飞了回来。但机上其他系统全面宕机，连起落架都不能释放，最后是以机腹擦地着陆的。 - J: H$ x Z( y& d0 g( o) a$ j & Q( ?0 @% S5 s d) |8 P战斗机训练是高危作业，坠毁要尽量避免，但还是会发生，F-35也不例外。有坠毁事故不意外，意外的是各种“不应该”。( G" W3 R5 U J1 A
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很长时间以来，欧美飞行员的训练和战术水平较高。恰克·耶格号称只要有翅膀的东西都能飞起来，英国“喷火”式战斗机飞行员在战时用机翼撩拨德国V-1飞航式导弹的弹翼导致失控坠毁，都是艺高胆大的佳话。但现在，飞行员素质下滑了。! h5 x; F8 n/ I8 v
$ S4 ]* `9 x' k6 u z% B4 ]/ G海上海天一色，中低空飞行时，单靠视觉和平衡感，容易出现分不清海面和天空的情况。这是从飞机在海上飞的时候就知道的问题，最重要的是相信仪表，加强自律，抵制错觉。日本飞行员在二战时代就在海上飞，战后依然如此。空自与其说是空军，不如说是海岸防空力量，海上飞行是基本功。细间少校已经是资深飞行员，F-35A上相关仪表齐备，也没有任何报导指向系统故障。他在事故前要求停止训练，可能已经发现有空间错觉问题，但还是没有能够抵制错误的直觉，相信仪表，这是素质问题。 : w4 \" I1 D9 X* J8 j( s2 M' S; b; P' e, k& A0 a* B7 i& J3 r
英国空军F-35B的事故更加荒唐。这确实是空军的，从“鹞”式时代开始，空军的STOVL战斗机就在航母上部署，现在也是一样。事故报告说是起飞前检查中，没有发现有些发动机罩盖没有取下，导致发动机进气不足和出力不足，飞机没有足够的起飞动能，滑出滑跃甲板后直接坠海了。# B% A0 |0 [/ ^' S7 C
" P2 s4 N2 o: Q/ p7 Y1 @这是地勤和飞行员的共同责任。飞行员在起飞前要绕机一圈，确认飞机处于适合起飞的状态。这样马虎的检查只能说是素质问题。但这个结论有疑问。发动机罩盖没有取下的话，发动机加速到全速时很可能发生强烈喘振，很难不被飞行员发现。但也可能飞行员觉得已经过了停机、放弃起飞的关键点了，只能将错就错。 1 Z7 }2 N9 s) R+ f! }3 i& ~) s* ^" R& g6 l, W- Y
美国海军陆战队F-35B与KC-130J空中相撞只能是F-35B飞行员的人为错误。KC-130J在加油作业中，维持恒速定航向飞行，受油机慢慢接近、对接上软管加油头。但这一次，受油机直接撞到加油机上去了。 * `; u0 N: k8 _! Z; n- ? : p# V7 L* ]. ~" m7 V" ?$ p; s+ P美国海军F-35C撞上甲板也是飞行员托大，在小航线转弯后直接下滑着舰。发现高度不足的时候拉起已经来不及了，最终发生撞击。3 E' `8 J; i* F
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但飞行员错误与系统设计错误互相叠加，导致了2020年5月19日埃格林F-35A的坠毁。# R2 r) q: q- f3 `' E& x
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事故飞行员也是资深少校。在夜间训练返航着陆时，头盔显示系统的故障弄得飞行员心烦意乱，动作变形，着陆时的迎角只有5.2度，而正常的着陆迎角应该13-14度。接地速度高达202节（约374公里/小时），比规定速度高了50节（约93公里/小时）。最后接地动作完全变形，不是主起落架首先接地，而是差不多三点同时接地。接地速度过高，姿态不对，造成飞机在跑道上反复弹跳。试图复飞则速度不足，最后飞行员弹射逃生。飞机冲出跑道后，翻滚烧毁。 ) P! ]+ _/ R, q ) u7 ^/ r+ t0 F( n3 _+ J% u6 h头盔显示系统是F-35的新质关键技术之一，也是当年“13大罪状”之一。 0 J9 ?% x& k, p: ]4 c- n6 O 7 S5 Y, S- j% Z* i& W+ o- M# A; k还在二战时代，英国就发现夜间战斗机飞行员与雷达控制员之间光用口头指令很难协调，开始试验将雷达显像管和轰炸机导航瞄准具相结合的技术，为飞行员指引目标。但平视显示器最终要到60年代英国的“海盗”式轻型轰炸机上才实现，在透明板上投射飞行数据和目标数据。 6 g: I, j5 o: @( A' D' ^ 9 |$ @1 \- k- K' n9 F, M平显迅速成为战斗机标配，飞行员可以在平视中就获取关键系统信息和得到目标引导，不再需要经常在抬头观察外界和低头读取显示信息之间来回切换，节省了视力调整的时间。3 [) ?; ~- B, I+ D8 y8 ?! w' V# i
4 d: U& H( K5 R* d' l6 B平显那么给力，直接把平显信息投射到头盔显示系统上，飞行员在转动头部中也能随时看到有用信息和获知威胁方向，岂不更加给力？ # w l" f/ A. B3 B8 k' y5 @* N( q, F0 o1 A' l
在60年代，美国海军确实启动了头显的研制，希望用于F-4“鬼怪”式战斗机。但技术太超前，进行不下去，只能回到平显。 , I$ K6 G$ {) ^& Z: a. i: D. D% z3 u8 {1 o/ B
苏联没有放弃，而是大大简化了技术，不用头盔上的屏显，而是在头盔的视野边缘处设置一圈LED指示灯，在火控系统的控制下，提示飞行员威胁方向。这个简单的工程实现有奇效，与机动性超强的R-72近程空空导弹相结合，真是指哪打哪。东西德合并后，前东德空军的米格-29在北约空战演习中，屡屡把美国空军的F-16打得找不到北。3 p9 l! U& ~% y2 ~7 A" r- D
$ s0 Z' c, }7 ]- y6 K6 e西方惯于指责别人抄袭，自己从来不羞于拿来主义，以指示灯为基础的头盔指示系统成为90年代西方战斗机标配。同时，随着计算机、显示尤其是增强现实技术的发展，盔显似乎终于可以成为现实了。F-35采用盔显，并作为主要显示系统，座舱仪表板上的大屏显示只是辅助。 0 j+ B9 C1 Q" P. \% v; y) ?4 z9 E* V4 e" h; k1 o
但盔显再次成为巨大的头痛， 首先是重量。显示技术再发达，显示屏再轻巧化，盔显的重量还是对飞行员的脖子造成很大的压力，高g飞行时是不可承受之重，在弹射的时候更是可能造成生命危险。 4 L9 {! O# ^& U8 N4 p5 a8 @6 L3 a. h; g% y( u1 @
显示技术本身也有本质滞后。固定位置的飞行数据没问题，随着头部转动而移动的目标指示光标就麻烦了。盔显首先要精确测定头部转动的角度和速度，然后计算光标移动的方向和速度，最后形成可见的光标。测量和计算机速度再快，依然是有限的。人眼和大脑能感知到滞后，很容易产生晕眩感。测量-计算-显示也是一个反馈系统，光标具有一定的本质晃动，就像电梯到了楼层会有一点晃动才停稳一样，这进一步增加了晕眩感。 ) {" V- z, ]- e* z, @* v( j6 e6 P& i8 C# x
光标、符号和数据的亮度还需要针对环境迅速调整，但亮度调整速度远远不及人类的肉眼和大脑，再次影响使用。 ; o. \9 n: @; n 0 j$ h# w" k, W3 `8 M4 y# V最初设计是要把雷达、红外夜视、移动地图等统统整合到盔显。在静态下没有问题，但一动起来，问题太大。后来换了简化设计，重量控制住了，显示符号也极大简化，回到传统平显的格局，不玩实景图像了，滞后也降低到可以接受的水平，但维修问题来了。# x! ?! G. A3 ?# F4 N: x
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每个人的脑袋大小、形状、瞳距、视线都是不一样的，所以带盔显的头盔对每一个飞行员都是因人定制的，据说每一个头盔就是40多万美元，顶4辆保时捷911。问题是还需要在日常维修中保持调校准确。F-35没有平显，只有盔显，所以这是事关飞行安全的主要显示系统。在2020年5月19日的F-35A坠机中，盔显问题正是原因之一。 , G& I& G7 P5 N3 k! {( U2 D M: K$ a# v4 W8 H5 K2 L2 K
由于调教问题，盔显的地平线与跑道指向错位，地平线标志明显低于实际，跑道中线的指向也歪了。这个问题在起飞前发现不了，但夜间着陆时就要命了。飞行员发现了问题，凭经验补偿，但错误的图标越来越分散注意力。按照设计，图标越接近跑道时越明亮，原意是帮助飞行员，现在弄巧成拙，搞得飞行员心烦意乱，动作变形，最后导向事故。 U- y; d/ |! @5 f9 w
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F-35是飞火推联动的，单大推的转动惯量大，油门反应相对不灵敏，过猛加油容易造成喘振。飞控会把飞行员的“过度”动作过滤一下再传递给发动机。美国海军传统上在着舰时采用“反区操作”，在固定的下滑率基础上，不断微调发动机推力来微调下滑航线。海军喜欢双发，也是因为在同样推力下，双中推的推力调节比单大推更加精细，但这是题外话了。因为单大推推力微调不灵敏的原因，F-35C在着舰时改为像空军那样，固定发动机推力，不断微调襟副翼来微调下滑航线。 & g |# L- n8 {) A8 V+ w( {# o9 W5 D
但在这次需要复飞的时候，冒险牺牲一点喘振裕度、榨出更多推力，或许能把飞机救回来。实在喘振了，反正都是一个坠毁，也谈不上损失。问题是飞控自作主张，不容许牺牲喘振裕度，飞行员就只有弃机跳伞了。 3 t+ h# F" @2 r( g' j6 E5 o" d3 e* g2 B: R' D- _4 `% g5 m
F-35的设计和制造问题还有更多。早期的发动机叶片蹭刮机匣，是因为需要榨出最大推力，但间隙控制没做好。涡轮发动机在高温环境下工作时，机匣受热膨胀，直径略微增大。叶片也有热胀冷缩。只要机匣直径增加快于叶片，就不会有蹭刮问题。但在冷机状态，机匣直径收缩可能也快于叶片。放宽间隙总是容易的，但压气机叶片的作用就是增压，级后压力高于级前压力。间隙太大的话，叶片与机匣之间的“漏气”太大，严重影响效率。 \. p. B) A6 r' @- i) N! g6 \2 O( C- F- f0 d
涡轮发动机的间隙控制是科学与艺术的结合。这里艺术不是吟诗作画，而是凭经验和胆识做出正确的工程决定。但普拉特-惠特尼玩砸了。不仅F135发动机有间隙问题，民用的PW1000也有这个问题，严重影响了早期A220和A320NEO的交货和商业飞行。间隙问题用了很长时间才解决。 $ Z; w; p- y2 ^0 q : F V& t5 ~' `* o炮弹出膛就爆炸，这只能是质量问题了。幸好这事不经常发生。 ! K4 a4 ]9 W: F" i ' o: B+ T+ W+ x5 o3 O! r- Y* t8 o H更大的问题在于软件化和电气系统。F-35号称“软件战斗机”，因为软件管头管脚，软件故障可以导致整个飞机停摆。 & @& k- y+ T0 q3 L% i. y8 P3 P h" w& Q8 \
软件瞎指挥或者罢工最后是通过机上电气系统体现出来的。在韩国空军F-35A机腹迫降事故中，只有发动机和飞控还完好，起落架都放不下来了。飞机上的软件是按照关键等级既协同又分离的。高度软件化的目的就是促成所有能合作的地方统统合作起来。网络化是硬件层面，软件才是网络化的真正灵魂。 % R, C+ x: I+ E, H* ^1 o( i$ V/ F6 t
但高度一体化的软件也不能容许出现牵一发而死全身的事情。所以不管其他部份如何宕机，发动机控制和飞行控制必须保持完好和稳定工作。看来F-35做到了，但也仅此而已。韩国F-35A连起落架都放不下来，只是在吊命而已。 - ? P) H& Y* K: P6 y$ \0 c/ n4 U* v. [- [; f
这次在嘉手纳F-35B前起突然收起的事故原因还没有公布，但从视频来看，主起机轮明显转动不畅。这可以有几个原因： 3 g! q6 ~8 u7 \6 ~- N* B% a5 x7 c- d( }" r: {) @
1、 地勤疏忽，忘记松刹车了。联想到英国地勤可以忘记取下发动机罩盖，这个可能性不能说没有。 5 }7 r8 X, {% S& n2 G2 w! j3 _ t2、 电气系统故障后，虽然起落架放下来了，但刹车还是抱死，松不开。* j. U1 Y; E0 W7 u X, s8 i
3、 飞机在着陆中，主起有所损坏，轮子“别住”了，松刹车也没用。 2 {, \1 ^. P% z . j. g# u/ I- F% f) [; b但拖车司机素质不足是肯定的。不管是哪一个情况，主起轮胎转动不畅不能硬拖。可能他对拖动F-35A没有感觉，根本没有发现主起轮胎转动不畅。但飞机在拖行中发生这样的顿挫和晃动，即使拖车司机没有感觉，周围的其他地勤也应该及时呼叫停止。看来谁都没有。, V$ h2 k( P5 }7 H0 e& t