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标题: F-16：战斗机设计史上的里程碑 [打印本页]
作者: 晨枫    时间: 2025-4-16 10:17
标题: F-16：战斗机设计史上的里程碑
1974年2月2日，YF-16首飞成功，日后发展成F-16战斗机。50年来，F-16成为美国最成功的战斗机，也成为至今战斗机世界最有影响的战斗机。  c* T1 U2 q& f& H; N
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1974年首飞的YF-16至今在战斗机世界有巨大影响
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  i8 o+ O+ f" e1 |1 B" b7 K1 _7 kF-16首飞成功是拐点时刻。此前50年是航空技术爆炸性发展的50年，此后50年的航空技术发展速度显著放慢。在1974年，很难想象1924年首飞的战斗机还在博物馆之外的任何地方蹦跶。但在2024年，F-16依然在很多国家作为第一线战斗机使用，后期型号F-16还在生产和交付中，乌克兰则在为接收第一批早期型号F-16而雀跃。/ u, j6 z3 e( X
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就航空技术而言，F-16在多个方面是划时代的：& _6 p2 P* ]2 y" ]6 K$ l
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1、        以空战理论确定战斗机的基本设计
7 D8 B) ~& o2 n1 V* c/ _2、        使用翼身融合体以改变单纯依靠机翼产生升力的传统气动设计
2 K, X+ N0 N* S) K# S3、        放宽静稳定性以降低阻力、提高机动性" r8 V  e5 z/ w) G. j
4、        使用电传操纵系统实现敏捷、无忧虑的飞控
% s9 Q! ?5 h- X% Y/ Y3 [8 f) t5、        使用侧杆操纵帮助高g机动时的飞行员操纵$ U) [6 _# J( k2 c/ ~
6、        使用高点座舱和气泡式座舱盖以增强飞行员抗过载和改善视野3 D9 C, e0 Y: F+ ?% ]' y7 W

! W& N2 M0 I% [/ A5 _0 h& ~50年后，航空技术在各方面都得到深入发展，但是可以说，21世纪的战斗机很少有完全不受F-16影响的。
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) p$ ^, z% Z) z  T7 z5 X) X在F-16之前，人们也设计战斗机，但基本上是从现有航空技术能达到的最快、最高、最敏捷等单纯技术指标方面入手。在50年代后，再加入最强大的雷达和武器系统。那时的思维是：有了“最好”的战斗机，战术使用“自然”会跟上。F-16是第一种从空战理论出发的战斗机。
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$ x! N3 g# n  g/ g3 l9 w9 `“百系列”战斗机是技术主导的时代
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“十系列”就是战术主导的时代
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0 ?5 L) Z" Z& s' j7 z- O& q美国空军的约翰·博伊德依据朝鲜战争期间的亲身经验和后来的广泛、深入的空战研究，提出能量机动理论：战斗机的速度、升限、转弯半径不再是最重要的，能量才是最重要的。从能量机动出发，战斗机需要低翼载和高推重比，以获得优秀的稳盘、爬升率和加速性。从此，“怎么打”决定了“要什么”，而不是简单、盲目的“什么性能我都要”。
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能量机动依然是战斗机设计的重要原则，现在还要加上隐身，并在基本设计层面上就有机地融入信息化、网络化、全域化和有人-无人组队作战的理念，而不是把这些作为“硬件飞机”成型后的“软件叠加”。但以先进的作战理论而不是以航空技术的绝对前沿主导战斗机的设计，这是从F-16开始的。; T' q% }6 E/ E/ w: i
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能量机动要求时刻保持在最高能量状态，这不仅需要强劲的发动机，还需要高升力的气动构型。在传统上，机翼负责产生升力，机体负责装载有效载荷（包括飞行员），除了结构上的对接，两者井水不犯河水，顶多在机翼与机体的对接处有圆滑倒角，减少局部不利气动干扰的作用。% @6 e) a! n6 j, s! @) L, g- o

7 U# h: Q  S# s/ N$ h; aF-16首先采用高度圆滑、饱满的翼身融合体，机翼上表面气流流场通过翼身融合连贯成整体，减少了倒角涡流引起的阻力，还通过改善面积律分布而降低跨音速阻力。( }$ l$ n" H7 C# I5 d5 z6 M
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F-16率先采用饱满、圆润的翼身融合体，如今已是各国战斗机的标配
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0 t2 z4 X3 V3 @在大迎角状态下，宽大的翼身融合体本身就形成中央升力体，产生升力。换句话说，中央升力体可以看成特别肥厚的“机翼”。米格-29就是这样的，在大迎角状态下，中央升力体可以产生高达40%的升力。当然，与F-16的单发-半筒体下表面相比，米格-29的双发之间的中央隧道是更加有效的中央升力体。$ C) M: e  s8 L: K' h
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翼身融合体的圆滑、饱满表面还有利于雷达隐身，尽管翼身融合体最初并无隐身考虑。在隐身时代，多面体隐身是在计算技术尚且不发达的时候的事，F-22用连续可变曲率机体表面在隐身和气动之间达到最优，结果是翼身融合体更加平整、光顺，上表面的中央隆起很小，F-35也一样。" e; {' ^; ^1 y7 d- Y
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F-22的下表面也采用翼身融合技术，宽大扁平的双发进气道-发动机舱和外倾的侧壁形成有效的中央升力体。F-35是单发，但也通过加宽的侧弹仓和外倾的侧壁形成同样宽大扁平的中央升力体。
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4 f! V  b  v+ t9 S* @( t5 j翼身融合体还提供额外的机内容积，这意味着额外而且低阻的油箱空间。不管是什么战斗机，燃油永远是多多益善的。借鉴翼身融合体的思路，保形油箱也产生了，以较小的气动阻力代价，增加了很大的油箱容积。
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8 c3 c/ @, R! B! J2 f翼身融合体还在成为新概念飞行器的基础。飞翼具有最高气动效率的优点，但飞翼气动控制力臂短，机内容积低矮而不便利用，还相对于传统的筒体-机翼构型，在制造上更加复杂。
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9 m. _2 x4 L2 q# x& H, ]& ~翼身融合体进一步发展，就成为翼身融合体飞机，具有巨大的发展前景
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4 R2 B( R8 |7 u+ W翼身融合体进一步发展后，成为新型的翼身融合体飞机（BWB），机体更加深度地与机翼相融合，形成扁平、宽大的中央机体。平尾直接安装在机尾的“鸭尾体”，甚至取消传统的平尾。垂尾方面要么索性无尾，要么用宽间距外倾双垂尾。这样的翼身融合体在总体气动构型上相当于飞翼和传统的筒体-机翼飞机之间的过渡构型，也因此具有接近飞翼的优点，但在内部保留筒形机体的中轴线主要承力结构和机翼结构，只是外部用保形蒙皮形成近似飞翼的外形。这是大有潜力的新方向。对战斗机用处不大，但对运输机、加油机、特种飞机很有用。
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8 R, C0 |7 [$ m( IF-16还是第一架采用放宽静稳定性技术的战斗机。静稳定性问题分为俯仰、偏航和横滚三个方面，其中俯仰的问题最大。飞机在受到气流或者其他因素扰动时，会发生机头上扬或者下俯。俯仰静稳定的飞机在上扬和下俯后会自动恢复水平，而不需要飞行员的人工介入。这是通过飞机重心在升力中心之前做到的。+ A2 D& }! Z, L" c( q" R

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飞机重心（黑白圆点）和升力中心（红圆点）的相对位置决定了飞机的静稳定性
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" Q0 b: D1 X/ y. g+ p* Y! x无外力扰动时，飞机保持水平飞行（a）。在外力扰动造成机头上扬时，静稳定的飞机（b）会略微上升后自然改平，静不稳定的飞机（c）会自然地继续上扬，中性稳定的飞机（d）在外力消失后，机头保持最后的姿态，并不自然改平，也不继续上扬
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重心是重力的作用点，也是俯仰方向上的转动中心；升力中心是升力的作用点。重心在升力中心之前的时候，机头因为气流或者其他因素扰动而上扬的话，机翼迎角增大，升力增加，额外升力作用在升力中心，产生把飞机后部向上抬的额外力矩，使得机头上扬得到纠正。$ ~6 c, ~# P) n
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机头因为气流或者其他因素扰动而下俯的话，机翼迎角降低，升力减少，缺额的升力使得飞机后部因为重力而下垂，使得机头下俯得到纠正。
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, c- B$ i, n' u$ ^% c% V# m不考虑燃油消耗的话，重心可以假设不变，但速度增加使得气流沿机翼上表面的加速路径加长，上表面气流最高速度出现的位置相对于机翼弦长向后移动，导致升力中心向后移动。为了确保俯仰在全速度范围内静稳定，重心领先于升力中心的距离需要留足余量，使得飞机在低速时过稳定，而且需要压平尾来配平，增加阻力，降低机动性。
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. {& U& L$ u, \& c' Y- P8 n" a放宽静稳定性指在中低速度时容许静不稳定（也就是说，不再需要与这个速度段相对应的配平及相应的平尾面积），只有在接近巡航速度时才恢复静稳定。这样可降低配平阻力，提高机动性。但在中低速时，需要飞控系统通过平尾进行每秒高达几十次的快速动作主动补偿，才能实现稳定飞行。
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: S/ u7 ~2 A3 b由于平尾需要提供的配平力矩大大减小，平尾面积减小，重量降低，全速度范围内阻力降低。/ W/ W: [+ X4 H0 ?% G

* O0 m+ h, L$ z4 ZF-16是首先采用这一技术的战斗机。F-16之后的战斗机基本上都采用放宽静稳定性技术。巡航速度越高的战斗机，越有必要采用放宽静稳定性技术。歼-20据说走得比谁都远。相反，有人根据起飞视频推断，韩国的KF-21是静稳定的，这可能是F-16之后唯一已知的静稳定战斗机，反映了韩国航空科技相对落后的水平。0 `9 l9 ]' Q' _+ E) U) d
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先进飞控是放宽静稳定性的必要条件，飞行员的操控输入与平尾的实际动作之间有一定的“脱耦”。也就是说，飞行员的操控输入决定了平尾的基本位置，飞控根据俯仰稳定性的要求进行瞬时补偿。飞行员的操控动作不再通过机械、电气、液压手段与平尾直接相关，而是经过飞控“过滤”一下。. n4 p' ?8 d- e4 Y3 G

& i9 w$ N1 x8 G# A! G) y" A( J这样的“过滤”还可以进一步：将飞行员的操控动作与飞机的操控极限相比较再实施，避免粗暴操作的人为错误。这样的“无忧虑操作”进一步解放了飞行员，使得飞行员可以更多地从战术需要考虑，由系统保驾，实现敏捷、安全的操作，而不是时刻担心粗暴操作可能导致事故。
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这样的飞控注定是电传动的。在F-16时代，这还是模拟式的，以后快速改进到数字式，并且实现多余度，可靠性已经高到不再需要机械备份。数字飞控也扩大到横滚、偏航和发动机控制，还进一步发展到飞-火-发联控，将飞行、动力、火控连成整体，最大限度提高空战格斗中的武器系统在动态中的命中率。这一切，也是从F-16开始的。0 X  @7 X1 V- u# ~

* y9 N: ^  Z% E5 R5 R$ r( m' n2 D, tF-16还在人机工程方面下功夫，最大限度提高高过载条件下飞行员的操控和观察能力。在高过载的时候，身体各部分都感受到大大超过正常的重量。在9g的时候，可以简单化地说，手臂感到平常9倍的重量。这使得飞行员的任何动作都倍感沉重。
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" i/ g5 c& [7 F  C) F3 lF-16首先采用侧杆操纵，有助于在大过载条件下帮助飞行员保持操控$ N1 s& @/ B- e% a3 F8 l( K8 }

3 b/ B; e. O/ i6 m. Y$ g传统战斗机的操纵杆是中置的，这是从汽车方向盘发展过来最自然的位置，也可以左右手操纵。不过左右手使用操纵杆可能只是理论上的好处。油门杆在左面，右手是没法控制油门杆的，所以左手使用操纵杆实际上有问题。- p4 p$ ]& l2 S! ]% k& U8 L. {

% `8 S! w) M6 V$ hF-16的油门杆依然在左面，但操纵杆在右面，使得双手双杆操纵更加自然。由于双手都有依托，高过载时依然保持操控能力。
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左右双杆还把膝间空间释放出来，中屏不再受到中杆的遮挡，成为很自然的主屏位置，更是便利现在流行的超大单屏无缝多区显示。但左右双杆的好处也不是绝对的。采用中杆时，右侧手靠的位置可以安排很多开关，特别便利高过载时快速、准确的拨动。现在被右杆占用了。这些开关可能必须与中屏相整合，使用时伸手距离很长，降低点击、拨动的敏捷性和准确性。. R) I( N; @# E+ o# r/ l
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F-16还采用高点座舱，气泡式座舱盖的下缘几乎与飞行员的腰线齐平（同时代的F-15的座舱盖下缘大约与飞行员的胸线齐平），而且座舱盖是整体透明的无隔框设计，两侧还略微向外鼓出，既增加飞行员头部空间、增加舒适感，也使得飞行员的视界特别好，十分有利于空战格斗中观察态势。这样的高点座舱在F-22和F-35上也有体现。F-22的座舱盖也是整体透明的，F-35有前框，但透明材料是整体的，前框只是从内部加强，降低整体透明座舱盖的设计和制造难度及重量，而不过分影响视界。# n4 j( J# t; C- x6 R9 g7 \  X0 C

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5 w4 r/ ~  l! lF-16首先采用单片式（也称气泡式）座舱盖，极大改善了飞行员的视界: e3 m  \) T8 Q* K7 ~% X
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4 ]% f+ D' E/ M, D' j" E9 D+ d. C飞行员的位置也较高，座舱边缘差不多在腰线位置: c. w4 w. G. @0 F

! @: k% T: s2 B: x, P( \7 q) V同时，飞行员的座椅也增加后躺角度，达到30度，降低高过载时血液从脑部向下肢的流动，提高飞行员抗过载能力。相比之下，一般战斗机的飞行员座椅后躺角度在13-15度范围，坐姿“正”得多。
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$ m4 O8 ]' P' n9 F! W- U; g; |这些措施使得F-16的机动性特别优秀，成为第一代9g战斗机中的一员。F-15也是9g的，但因为双发的转动惯量，横滚敏捷性比F-16略逊一筹。当然，强劲的双发使得爬升率和加速性更高，加上更加先进、强大的雷达和火控，确保F-15在美国空军里的主力空战战斗机地位。3 z1 v* `4 ]+ y* F" W' A' V
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F-16是战斗机黑手党按照能量机动理论设计的，最大速度“只有”M2，高空性能也平平，挂上必要的外挂后，实际上是中空跨音速战斗机。但这是最有用的空战区域。不过美国空军主要把F-16当作战斗轰炸机使用，这不仅是美国空军“有钱就可以任性”，更是能量机动导致的额外好处。
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能量机动要求高升力，为此F-16的翼载较低，以确保较大的剩余升力。这也意味着F-16在挂载相当大的外挂弹药载荷后，依然具有有用的机动性，其空战能力则确保足够的自护航能力，使得F-16很有利于对地攻击。F-16的深度改进型F-16XL采用气动效率更高的S前缘大三角翼，依然是单发，但载弹量几乎与大得多的F-15E相当。至今F-15E入选而F-16XL落选依然是战斗机世界里阴谋论的不熄话题。( K+ w# r+ l9 k- }; `4 z

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: p8 g: S, f( F! b. BF-16XL是航空史上一个不会消失的“如果”话题" g2 D- m; {* \; ?

% L) o8 p, w0 }但F-16在大多数美国盟国那里依然是主力空战战斗机。F-16生来擅长视距内的空战格斗，雷达升级和加装AIM-120主动雷达制导中程空空导弹后，还具有有用的超视距空战能力，同时是很不错的战斗轰炸机，夫复何求？
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* f$ z9 P& p. }但是F-16的成功也成为负担。美国空军在研制F-16的换代战斗机时，最终推出F-35A，这是“打包推出”的F-35家族里的空军型号，主打常规的跑道起落。另外两个家族成员是海军陆战队的F-35B，主打垂直-短距起落，和海军的F-35C，主打航母上的弹射起飞和拦阻索着舰。三者要求高度共用，不仅在气动构型和总体布局上，更在于电子和武器系统。
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  l5 z; c4 {" }% \9 u! U- GF-16是高度聚焦的产物，一根筋地追求能量机动。这是一把锋利的短剑，适合突刺。但在不断改进中，这把短剑也具有劈杀能力，甚至能剁砍。F-16在研制时，并无特定的替换目标。在功能上，F-16与上一代主流战斗机F-4之间并无明确的替换关系。就空战能力而言，F-15其实与F-4更近一些。就对地攻击能力而言，F-16确实与F-4的战轰角色相近，但战轰本来就是F-16和F-4的次要定位，只是在美国空军的实际使用中，主次反转了。
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但F-35A是F-16、A-10的替换，甚至可加入F-15，因为F-22的数量太少，F-35A必须承接部分F-15的空战任务。也就是说，对F-35A的期望从炸弹卡车到空战尖刀，以及两端之间的广大灰色空间，需要通吃。F-35A还必须与F-35B/C达到最大共用，而F-35B是AV-8B的替换，F-35C则是F-18经典型（但不是F-18E/F）的替换。这使得F-35A的设计在一开始就强调多用途、万金油。与专注、纯情的F-16相比，F-35从一开始就是目光流盼、心神不定的。
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$ _0 l, _) @/ g/ X, ?! y% y$ kF-16依然是美国和盟国的重要战斗机* L) ~$ b# ~6 g: @* {
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7 ?+ I: E. q8 C  t7 U. sF-16可能会与F-35长期共存，还将继续在战斗机世界书写自己的篇章( D# @* B$ l0 M- ]$ g  h
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F-35不是失败的故事，但F-35肯定是复杂的故事，而且这个故事还要再说几十年，因为在可预见的将来，F-35没有替换，NGAD更多的是F-22的替换。
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( ?( u! ?/ A9 h  |4 {与此同时，F-16可能要与F-35并存很长时间，真正上演“老兵不死，只是凋零”的故事，而且F-16的精神后代还将在战斗机世界长期存在。- X: i4 @/ _8 p
作者: 鳕鱼邪恶    时间: 2025-4-16 19:55
乌军一架F16被击落了。。乌军F16跑前线干啥去了？ 或者俄军军机深入乌军后方去了？
作者: 晨枫    时间: 2025-4-16 22:30
鳕鱼邪恶 发表于 2025-4-16 05:55
* c: e9 ~  C: @% j3 m乌军一架F16被击落了。。乌军F16跑前线干啥去了？ 或者俄军军机深入乌军后方去了？ ...

1 U7 T4 R# y5 z0 O基辅到苏梅只有300公里，如果算苏梅州，那就只有200公里不到，战斗机就是防空巡逻，也需要跑那么远啊，否则怎么防空？
作者: togo    时间: 2025-4-17 03:49
F16现在还有生产线吗，还有新机交付给美国 或者国外空军吗
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原来以为双发的超级大黄蜂F18更牛B一点，动力武器更强，后来看评价，还是F16综合评价更好。
作者: 晨枫    时间: 2025-4-17 06:18
togo 发表于 2025-4-16 13:49
$ p, P" i: e7 D. IF16现在还有生产线吗，还有新机交付给美国 或者国外空军吗
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! P+ q* H  b2 I6 ]4 }8 T2 n8 E原来以为双发的超级大黄蜂F18更牛B一点，动力武 ...

5 I7 g8 d4 v9 G7 F( _应该还有一点尾巴，交付给罗马尼亚、伊拉克什么的。美国空军早没了，最后的是Block 50/52，大概90年代什么时候就交付完毕了。
作者: 海天    时间: 2025-4-17 07:48
togo 发表于 2025-4-16 14:49$ H* Y8 |( V$ u" M$ W: k- `
F16现在还有生产线吗，还有新机交付给美国 或者国外空军吗- e* `, O. o4 M" `$ u
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原来以为双发的超级大黄蜂F18更牛B一点，动力武 ...
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台湾的F16V还在生产，计划明后年完成
作者: togo    时间: 2025-4-17 10:52
海天 发表于 2025-4-16 15:486 p# V& K- h0 X! {0 z7 O2 u3 \- c
台湾的F16V还在生产，计划明后年完成

: U, V+ k- @" I+ t# X) {, j% P是美国生产然后运到台湾？
作者: 海天    时间: 2025-4-17 11:29
togo 发表于 2025-4-16 21:52
+ z9 N% X" U" z( y是美国生产然后运到台湾？
& z( B4 e  E& U: D4 z; L
是啊，下面是观察者网的消息% W$ s- Z; T. S! B3 A
[url]https://m.guancha.cn/military-affairs/2025_03_31_770375.shtml[/url]. q9 z- a4 X% h* a! q& n% }9 N
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这一批F16V是在南卡生产的，之前两次给台湾的F16“升级到等同V的水平”是在台湾做的。
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9 P1 E* ?- a( M; |% k% j这是中央社的 [url]https://www.cna.com.tw/news/aipl/202503290192.aspx[/url]
作者: 小木    时间: 2025-4-17 21:06
这么看，完全体的歼10能不说很接近一个F-16XL带鸭翼实战版？



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