世界上第一种第四代战机美国空军F-22A“猛禽”
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横向品质与控制
根据经验和已知的信息，大多数战斗机住迎角25—35度之间其横向稳定性会急剧下降。如果希望进行过失速机动，这是一个必须解决的问题。在早期试验中，F一22也有同样的问题，大约任30度迎角附近会出现侧滑。这虽然比设计人员期望的值要大，但也表明该机的安定性比预计的小。
要解决这个问题，必须首先确定大迎角下横、航向控制手段。
和习惯忡的想法不同，大迎角下最有效直观的控制手段是方向舵，而不足常规飞行状态中使用的横向控制面(包括副翼、差动平尾等)——除了F-22联合试飞队外，来自F一16／MATV试飞员的结论也确认了达一点。不过，F—16／MATV的垂尾是按照常规设计，其方向舵在较大迎角时已经失效，控制能力来自于矢量推力喷口；而F-22的方向舵铰链线明显前倾，使之在所有迎角下都有一定的控制能力，并且存迎角40度左右效率最高。
同样，大迎角航向控制也不再是传统的方向舵，而是原来的横向控制面。在包括F一22在内的多个大迎角验证试飞计划中，试飞员就已经发现，人迎角下的滚转机动看起来更像纯偏航输入。这情形其实有点类似一战时期的战斗机，那时的设计理论远未完善，剐翼偏转时产生极大的偏航力矩，使得飞机首先完成偏航机动，然后才是滚转机动。当然，达两种情形只是现象类似，本质却完全不同了。对于F一22来说，利用差动平尾进行偏航控制并不是什么新技术，早在1990年YF—22试飞时就已经采用了。不过在试飞中仍然发现，迎角超过50度以后，飞机平尾的控制负荷较重，在飞控系统指令下频繁进行差动偏转，以保证飞机稳定性。在对大量试飞录像进行研究之后，设计人员得出结论：这是由于飞机横侧气动力差异大于预期值造成的。
对于控制问题，设计人员没有更改气动设计而是通过改进飞控软件(主要就是改进控制律，使之和飞机的气动特性能够完全匹配)来解决的：在F一22第一次软件升级时更换了新的飞控软件，改善了F一22的安定性问题，现在的F一22在进入25～35度这个迎角区域时，不会在操纵品质上有任何改变。而人迎角下平尾控制负荷重的问题，也随着飞控系统升级而得到圆满解决。
俯仰控制
要完成过失速机动，良好的俯仰控制能力必不可少。当飞机超过失速迎角后，传统气动控制面效率明显下降，此时的俯仰控制能力主要来自于推力矢量控制。需要特别指出的是，这里的俯仰控制能力并不仅仅是指飞机的俯仰率大小，还包括俯仰轴上机头精确指向能力和稳定机头指向的能力。对此，琼·比斯雷说：“飞控系统结合推力矢量控制，赋予猛禽充分的俯仰控制能力。当我们在大迎角卜改变机火指向时，俯仰控制一直反应良好。我们在35000英尺急剧拉起，此时俯仰率超过每秒40度。如果在低空，这些眼镜蛇类的机动会更加惊人，在那里我们会有更多的剩余推力用于推力矢量。迄今为止，我们的所有大迎角动作都是在30000英尺以上完成的。”
由这段话我们可以看到，F一22具有较大的俯仰率，如果考虑到这个俯仰率是在95000英尺高度获得的，那么这个表现是相当不错的——在经典的眼镜蛇机动中，苏一27最大俯仰率可以达到60一70度／秒，虽然由于高度不同而不具备可比性，不过后者完全依靠气动作用实现如此大的俯仰率，苏霍伊的气动设计功底可见一斑。需要注意的是，F一22此时的俯仰率主要得益于TVC，因此可以持续提供较高的俯仰率；而苏一27在眼镜蛇机动中，只能在动作初期达到较高的俯仰率，动作后期实际上是靠前期产生的巨大惯性将前机身“甩”上去，整个动作基本上不受控——因此，也有人认为眼镜蛇机动不算是真正意义上的过失速机动，而只能说是动作中的迎角超过了失速迎角。
对于俯仰轴上机头精确指向能力和稳定机头指向的能力，琼·比斯雷只用了一句话概括“俯仰控制一直反应良好。”如果我们对比F一16／MATV试飞员的谈话，会发现更多有意思的东西：“俯仰控制动作不仅有效，还有充分的俯仰率余量，使得飞行员在85度迎角以下的任何位置都足以控制机头。如果飞行员急剧拉杆到后限，飞机可以很容易就超过100度迎角。在我们早期包线扩展试飞接近结束的时候，F—16／MATV验证了这种能力。在60度迎角稳定住飞机后(这只需以很小力量向后拉杆)，我迅速向后拉杆到底，飞机迎角增大了30多度，接近100度迎角。只需轻微前推杆，我就可以恢复到60度迎角或者我希望的任何俯仰位置，偏差只有1—2度。我们曾经令飞机进入90度仰角，而并未留意速度损失情况，因为我们确信可以在任何速度下控制机头指向。即使当飞机倒飞下坠时(迎角为一90度)，我们通过前后推拉杆仍然能够精确控制机头位置。
如果你想要很高的俯仰率、俯仰姿态变化或者指向能力，F一16／MATV都可以做到。”虽然在时间上F一16／MATV是和F一22并行的验证计划，但前者主要是针对多轴TVC技术，而在俯仰轴控制上并没有什么特别之处。有理由相信，F一16／MATV能做到的，F一22也能做剑一在公开的F-22试飞录像上同样可以看到这一点。
说到这里不得不提一下矢量喷口的跟随性，因为这对丁利用TVC进行精确控制是非常重要的，虽然没有试飞员提及这一点，不过在当年YF一22因为“飞行员诱发振荡”而撞地的事故录像中却看得非常清楚——那段录像恰好是从机尾拍摄的。在录像中可以看到，矢量喷口参与了飞控系统对飞机的配平工作，和平尾同步频繁偏转，动作滞后量很小。相比之下，苏一37的矢量喷口偏转要慢一些，能看得出明显滞后——在表演录像上，飞行员在地面偏转操纵面检测功能时町以看到：平尾首先偏转到位，稳定，然后矢量喷口才转到相应位置。虽然这种滞后无碍于苏一37完成“伏罗洛夫法轮”等动作，但能否完成飞机精确控制就难说了。
美国空军现役F-22战机飞行性能优势分析[组图]
负迎角
作为包线扩展试飞的一部分，F一22进行了负迎角试飞。根据试飞员的说法，试飞中最大负迎角达到-40度(可能是拍摄角度的关系，从录像上看迎角大约有一60度)。在前期试飞中，在一30度迎角时出现较大侧滑(这一点倒是和正迎角状态相同)，在第一次飞快软件升级时也针对这个问题进行了改进，现在侧滑已经小得多了。整个试飞过程中没有出现其它异常情况，试飞结果和设计人员的预测非常吻合。
对于负迎角飞行能力可能带来的战术优势，笔者目前尚未看到官方的观点。但就个人理解而言，负迎角飞行能力是对复杂的过失速机动的有力保障。人类飞行刚刚开始进入过失速领域，还有很多领域需要摸索。对于过失速机动能力的战斗机，飞行员敢不敢在实战中应用这种独特的能力，决定了飞机效能的发挥。如同米格一21和F一5E的对抗一样：在性能指标上米格-21并不逊于F一5E，但这种飞机的飞行品质不如后者，“在大机动中可能失速进入螺旋”的意识使得飞行员难以将飞机的性能发挥到极致。但F一22就不一样了。看到F-22稳定地将机头推到预定的负迎角，任何人都会感到震撼。对于这种在正负超大迎角范围内都可以进行稳定可控飞行的飞机，每个飞行员都不吝于充分发挥它的潜力——自第三代战斗机开始，很多新机型都号称具有“无忧虑飞行能力”，但那是通过电传飞控系统限制飞机动作，避免进入危险区域来实现的，而到了F一22才算真正实现了“无忧虑飞行”，困为对它而言几乎没有什么“危险区域”。
△最小速度
F一22已经完成了0空速试飞。这对于现代战斗机来说算不上什么值得夸耀的能力，F一16、苏一27等第三代战斗机在进入尾冲。榔头等机动时都会进入0空速状态。真正有意思的东西在后面——琼-比斯雷提到“在所有机动中，猛禽反应良好。在空速20节时机头仍然可挖。飞机在0空速下的运动是可知的。在垂直爬升0窄速状态下，飞机甚至可以自动缓慢恢正飞状态。在0空速或其附近机动由于飞机受重力和惯性控制，通常会沿垂线快速飘摆。在很多现代战斗机上，这个运动通常是钟摆机动的开始，然后接一个垂直斤斗。而对于猛禽而言，机头可以很容易地稳定在向下位置，没有明显摆向另一侧的趋势。”
看出来了吗?这段话有两个意思：1.即使在包线最左端，F-22仍然具有稳定飞行的能力，而不会突然失控；2.F-22伍包线左端仍具有可靠的机头指向能力——这对于过失速机动的最终成功非常关键。对于第一点，大部分第三代战斗机(特别是第三代后期)都具有这种能力。但对于第二点，在包线左端气动操纵面已经失效，没有TVC的第三代战斗机只能依靠自身的气动特性保持稳定坠落，直至速度增大恢复机动能力为止——而在这段时间里，目标可能早就飞出己机的攻击区了。以苏一27来说，如果它的眼镜蛇机动真的非常幸运地迫使对于冲前，那么只要对手有足够的能量作高速向上机动，苏一27是一点办法没有，因为已经没有能量供其跟随机动了，而且此时苏一27的速度还在200公里／小时左右，如果在0空速附近，等加速完毕目标早就不知跑剑哪里去了。但对于F一22来说，这一点就不必担心了，TVC足以保证其完成精确的机头指向——唯一遗憾的是F一22的推力矢量控制能力仅限于俯仰轴和横轴，而航向轴仍然依赖于气动操纵面，在0窄速状态下是无能为力的虽然可以利用双发推力差产生控制力矩，但发动机控制的滞后使得这种控制手段还无法适应精确灵活的控制模式。
△发动机失速
发动机是所有飞机的基础础，不管你想让你的飞机干什么，不管你的飞机设计如何出色，失去了发动机的动力，就只有一个结果——废铁一块。AL-31F发动机之所以名头如此响亮，很大程度上得益于1988年那个震惊世界的“普加契夫眼镜蛇”动作。能够在如此恶劣的情况下仍稳定工作的发动机，其自身的可靠性不用说是相当高的。
那么F一22的心脏——F119-PW一100的可靠性又如何呢?按照琼·比斯雷的说法，F一22在所飞过的每种条件下(包括0空速)都进行过发动机测试，油门从军用推力猛地推到全加力，然后迅速拉回。除了正常的油门变化外，他们还在油门过渡顶峰状态加入快速横侧操纵输入，以便利用液压泵尽可能多地分享发动机功率，加大发动机的负载。即使在这样的条件下，发动机仍然正常工作。对于飞行员来说，这实在是一个福音：F一22的设计保证了几乎在任何状态下都不会失控，变成一个疯狂旋转的陀螺，但一个在稳定可控状态下撞地的铁块实在比一个失控的陀螺好不到哪里去；而F119可以解决飞行员在这方面的顾虑。F一22最终实现“无忧虑操纵”，发动机是关键之一。
△苏-37和F一22
当今世界，敢跟F一22在过失速领域叫板的飞机并不多。而最常被人拿来对比的恐怕就是已经不复存的苏-37了。
这两种飞机的气动设计都非常优秀，具有保证飞机进入过失速领域的潜力。苏一37的矢量喷口使它增强了俯仰轴和横轴上的控制能力。但如前所述，苏一37的矢量喷口在控制方面似乎有一定的滞后性(这一滞后性可能是由其转动机制造成的)，若判断无误，那么这一缺陷可能会影响到利用推力矢量对飞机进行精确控制(例如配平和大迎角下增强飞机稳定性的控制动作)，但对于持续性人动作量机动的控制并无影响(包括法轮机动在内)。此外，苏-37沿袭了苏一27的基本设计，而苏一27在设计时并朱考虑到超人迎角下的方向舵效率问题，超过一定迎角后方向舵同样会失效——在眼镜蛇机动中，为了抑制动作过程中不对称机头涡产生的偏航力矩，苏一27系列飞机都是采用发动机推力差来加以控制，而不是方向舵，这是原因之一。从这个细节判断，苏一37似乎缺乏人迎角下的偏航控制能力(必须依赖发动机进行弥补)。
此外，对苏一37的招牌动作“法轮机动”，实际上是从“眼镜蛇”到“尾钩”再到“法轮”，一脉动相承发展而来，其本质没有多大变化：都是以飞机在超大迎角下稳定飞行的能力为基础，利用超凡的俯仰控制能力将机头快速拉起，通过30—60度迎角的不稳定区域；对丁苏一27而言，此后的动作完全靠飞机自身的气动特性自动完成，而苏一37由于有TVC，可以提供额外的俯仰力矩，使得飞机迎角继续增大，完成法轮机动。但在整个动作过程中，飞机所受控制很少。除此以外，苏一37也没有更多的表演动作来证明其超大迎角范围内的控制能力。就这一系列的战术意义而言，除了极大的减速能力外，眼镜蛇系列机动无法实现精确而稳定的机头指向，而后者对于过失速空战至关重要。苏一35曾经在和苏一30的空战表演中，以一个尾钩机动瞄准后方的苏一30，以航炮将其“击落”。考虑到尾钩机动中飞机基本不受控，因此除非目标恰好飞到弹道上，否则几乎不可能实现，这一战术的表演意义大于实战意义。
在笔者看来，F一22真正胜过苏一37的就在于其超大迎角范围内的稳定控制和机头精确指向能力，而这正是过失速空战所追求的：利用超大迎角范围内的稳定飞行能力，快速改变机头指向，完成武器系统的瞄准和射击。但就象我们所看到的，F一22最终实现这些控制能力，主要是通过改进飞控软件实现的。对苏-37来说，要追上F-22并不是特别困难，需要的就是时间和金钱。
根据F一16／MATV计划的验证结果，飞行员在过失速空战中更喜欢使用肮炮，而现役格斗导弹难以满足过失速空战的要求。不过，随着AIM一9X导弹的服役，格斗导弹距离进入过失速空战的目标又近了一步——看过AIM一9X宣传录像的人，都会为其迎头锁定、发射后转向180度攻击目标的能力惊叹不已。想象一下，具有过失速机动能力的F一22配合改进后的AIM一9X，在格斗中是个什么样的对手?
△结语
事实上，到目前为止，外界对F-22的了解仍然相当有限。上面的一些看法和推测，也只是从对F一22试飞员的采访中获得的。如果真的要了解透彻现代化的猛禽，甚至要打断F一22这杆高科技的“花枪”，恐怕我们还需要更多的努力才行。
美国空军现役F-22战机飞行性能优势分析[组图]
