刺刀见红:F-16“战隼”如何赢得空中格斗的胜利

2016-07-14 17:22:49 航空世界 2016年4期

王威

现代喷气战斗机飞行员会尽量避免打一场格斗,因为有更廉价和更安全的方法在视距外解决敌人。但基础空战机动(BFM)仍然是飞行员的必备技能。原因很简单:就算你驾驶着最先进的战机,也会有很多原因会导致你和敌人挤在同一个有限的空间里。本文从一个F-16飞行员的角度,通过格斗理论和实战模拟,了解如何在空中格斗中取胜。

空中格斗的基本理论

众所周知,机翼产生升力的大小直接影响飞机的操纵特性,在水平面的盘旋角速度(转弯速率)以及转弯(盘旋)半径则是衡量飞机机动能力的最重要指标,这些数据取决于飞机的指示空速、海拔高度和升力特性。不同的机型拥有不同的盘旋角速度,更大的盘旋角速度意味着飞机可以更快地改变飞行方向。具体的速率取决于飞机的型号。盘旋角速度可分为稳定盘旋角速度(没有速度损耗)和瞬时盘旋角速度(有速度损耗),其单位是“度/秒”。一架性能优秀的飞机,在很大的飞行包线(速度和高度区间)范围内能应拥有较小的转弯半径和较高的盘旋角速度。

在格斗中,获取高升力的渠道是增加迎角,但迎角过大会造成失速并进入尾旋。好消息是F-16拥有迎角限制器(AOA-Limiter),飞机的迎角被限制在25°,全权限电传让飞机拥有完善的抗尾旋保护,它可以保证飞行员的绝大多数操作不让飞机进入失控。而稍早一点的飞机,比如F-15就在格斗中存在失控的危险(主要为大迎角下机翼气流分离导致的横向失稳),因为F-15使用的控制增稳系统(CAS)对于舵面的权限较低,无法像F-16的电传系统(FBW)那样去限制飞行员的危险操作。但F-15拥有高达35度的稳定飞行迎角以及非常低的翼载,其瞬时盘旋角速度性能也非常优异。

盘旋角速度只是近距离格斗中的要素之一,通过控制空速,飞行员就可以利用F-16优秀的盘旋性能首先完成转弯和射击,接下来,我们就要讨论如果第一击不中,该怎么用机炮去解决问题。

在空战中,想让导弹击中目标可不像发动汽车那么简单。首先导弹要离开挂架,然后火箭发动机顺利点火,随后找到它的敌人并且命中。但是,导弹并不总能正确工作,海湾战争中曾有F-15连续发射2枚AIM-7失败的案例。战斗机飞行员需要学习如何去使用机炮完成近距格斗。

机炮格斗远比使用导弹要困难和复杂得多。通过此前讨论可知,F-16的飞行员在格斗中应该保持可发挥最佳盘旋性能的速度。这个速度被称为“角点速度”,此时战机具有很高的盘旋角速度和很小的转弯半径。这样,F-16可凭借优秀的盘旋性能率先完成转弯和射击。然而在格斗中,速度太快可能是一件坏事。在某些情况下,防守方会有意地消耗自己的空速迫使攻击方前冲。而这个时候攻击方可就不能傻傻的保持800千米/时的速度去转圈了,而是要保持和防御者相近的速度,而这时双方的速度可能都会低于350千米/时,对于战斗机来说这是非常“慢”的格斗。

当你开始攻击一架敌机时,有3种截然不同的路径或追逐路线,即“滞后追逐(Lag Pursuit)”,“纯追逐(Pure Pursuit)”和“领先追逐(Lead Pursuit)”。进行机炮射击必须满足3个条件:在机炮射击包线内;两架飞机在同一机动平面内;机首处于领先追逐的位置。这里我们着重讨论第3点,领先追逐需要将机首指向目标前方,因为炮弹需要一定的飞行时间,所以必须留有一定的提前量。提前量需要用比对手更高的盘旋角速度或更小的转弯半径去获取。当战机为达到这样的盘旋角速度与转弯半径而加大迎角时,阻力也会变大从而降低战机的速度。危险还不仅如此,在进行瞄准的时候,除非与敌机之间留有非常富余的距离,不然始终将机首指向目标的前方会导致你最终超越目标。在敌机把你带入滚转剪刀的时候,非常容易出现这种情况。一旦没有在超越之前击中目标,那么你就会变成敌人的靶子。

在对抗性能相近的目标(如米格-29)时,正常情况下你不能长时间维持领先追逐,否则最终会被迫超越敌机。格斗中在恰当的时间进入领先追逐非常重要,这是进入正确的机炮射击位置的唯一路径。这个恰当的进入时间是靠长期的空战训练才可以掌握的。举个例子:当你进入了敌机后半球,随后拉起机头尝试进行射击,但现在的速度不能提供足够的盘旋角速度把敌人套进瞄准具,也许仅差了半个机身。这个时候,危险的反而是进攻方。前面已经说过,进行领先追逐需要消耗速度去获得盘旋角速度,速度是维持较高盘旋角速度的关键。而你为了一次无法开火的机会消耗了大量的速度,也就无法使用较高的盘旋角速度保持住跟在敌机后半球的优势位置。

是什么导致你在获得位置优势的情况下无法进行机炮射击呢?首当其冲的因素就是航向夹角(Heading Crossing Angle,HCA)。当你在敌机的后半球时,你与敌机HCA越大,你就要获得越多的提前量。另外一个就是敌机的速度,和HCA一样,敌机的速度越大,你也需要越多的提前量。所以在进行射击之前,你必须考虑:我与敌机的HCA大不大?敌机的速度如何?其次就是你自己的速度,你是否有足够的速度进行更剧烈的转弯而获得满足射击条件的提前量?坏消息是判断这些需要大量的经验,好消息是这些经验可以在格斗训练中获得。

空中格斗的模拟对抗

飞行员们管F-16叫“速度机器”,它可以保持非常高的盘旋角速度。盘旋角速度主要由动力、阻力和载荷决定,F-16在这3个方面都非常优秀。目前,很多战机可以用非常高的盘旋角速度进行转弯,但是用不了几秒钟,它们就会耗光速度(瞬时盘旋角速度高);而F-16则不同,它可以在高过载转弯中保持高速,而且一直维持下去(稳定盘旋角速度高)。

均势格斗训练通常用迎头的方式开始,就像骑士举着长矛对冲一样,一般留有150~300米的航迹间隔。较大的航迹间隔会给对方领先转弯获得角度优势的机会,所以我们在格斗训练中的交汇时不会留有太大的航迹间隔。但在真实的战斗中,你必须想办法获得这种优势,或者尽量不让敌人获得这种优势。在越战中,一个F-4的飞行员为了消除航迹间隔而让自己与迎面而来的米格-21处于同一条航线上,而这个时候米格-21率先开火进行攻击了。好在他最后成功地打下了那架米格-21。这个故事主要是用来教育新人,实战与训练有所不同,你必须把握一切可以开火的机会,同时不要给敌人创造开火的条件。

在交汇之后,每架飞机都拼命的拉杆往对方的位置去。当两架战斗机互相转向对方的时候,这个时候就得拼盘旋角速度了。比如米格-19的稳定盘旋角速度是17度/秒,而F-16是21度/秒,虽然仅仅高出了4度/秒,但是10秒之后F-16就多转了40度,这个时候你就可以选择一枚AIM-9或者AIM-120把那架米格-19打下来。

前文已经介绍过,角点速度是飞机发挥最佳转弯性能的速度。速度太快和过载限制都会导致无法提升飞机的盘旋角速度;速度太慢会导致失速。F-16使用了过载和迎角双限制功能,拥有较宽的角点区间,可以在100节(1节约为1.85千米/时)的区间内获得非常好的转弯性能。此时,要注意以下几点:

1)在高过载转弯中保持清醒。美国空军老式的CSU-13B/P抗荷服可以提供载荷系数1.0~1.5的过载保护,而最新的“先进科技抗荷服”(ATAGS)可以增加飞行员2.5~3.0的过载耐受,并且减少肌肉疲劳。

2)盯着你的敌人,因为他会从你身边掠过然后飞到2~3千米的距离外,在面对米格-21和F-5这些正面投影极小的飞机时,保持目视跟踪是非常困难的。

3)保持飞机的空速在最佳转弯性能的速度区间内。

4)选择合适的雷达模式,虽然F-16装备了“联合头盔指示系统”(JHMCS)这种格斗神器,但是这种超过2千克的头盔会在过载达到9的时相当于20千克重,想用它在这种情况下锁定敌机不是一件容易的事情。

头盔指示系统(HMCS)对于提高飞行员的环境及自身状态感知能力起到了很大的作用,而且不会影响飞行员观察仪表,HMCS会在视线回到平视显示器(HUD)及中控面板上时自动关闭。

F-16的飞行员可以很方便的在油门杆上切换格斗超控(Dogfight Override)和导弹超控(Missile Override)。在选择格斗超控时,雷达会直接切换到空战机动模式(ACM),同时重新配置武器选择机炮以及导弹。而在选择导弹超控模式的时候,默认的雷达模式为联合雷达模式,同时仅配置机载空空导弹。联合雷达模式为火控雷达的一种主模式,其下覆盖了边跟踪边扫描和边测距边扫描等子模式,为主要的超视距对空模式。当飞行员再次选择格斗/导弹超控模式的时候,原先被覆盖的火控或者导航模式会被恢复,同时武器配置也会被恢复。

手不离杆(HOTAS)的设计意义就在于此,当你的面前突然出现敌机的时候,你可以迅速地让雷达和武器系统进入你想要的工作模式,没有繁琐的操作,让战机瞬间进入战斗状态。

ACM模式的扫描范围可从8千米延伸至74千米,雷达会锁定第一个扫描到的目标并立刻进入单目标跟踪(STT)的工作状态,同时敌机的速度、敌我航向夹角以及接近速度等数据。

在格斗模式下,F-16的HUD上会出现一条虚拟的地平线以及圆弧符号用于让飞行员在剧烈的机动下获得俯仰、滚转姿态感知。

现代战机的机炮瞄准具一般分为两种,一种是前置计算光学瞄准具(Lead Computing Optical Sight,LCOS),还有一种是增强包线机炮瞄准具(Enhanced Envelope Gunsight,EEGS)。F-16通常使用EEGS,这是一种带有机炮漏斗线的瞄准具,分为4个等级。

即使有火控计算机和HUD的帮助,在把敌人放进瞄准具里的射击也不是万无一失的。M61机炮的散布精度、飞行员的视轴误差、雷达的跟踪误差都会对射击造成影响。在条件允许的情况下,飞行员应该沿着敌机的飞行路径做一次从机头到机尾的扫射才能获得最为稳妥的杀伤效果。

F-16的优势是较高速度下的稳定盘旋能力,但对手不会用F-16喜欢的方式去战斗。比如,F-18飞行员就喜欢利用该机优异的低速性能把战斗带入低速区,F-15则和F-16一样喜欢保持在800千米/时左右的高速中,因为这也是它们的性能优势区。但在均势格斗中,格斗水平较高的一方却可以左右战斗进行的方式。格斗中,从高速掉到低速通常是单向的,因为在你奋力将机头指向敌机时肯定会消耗能量,当敌机快速释放能量获得更好转弯性能时,你也必须释放能量防止处于角度劣势。而一旦你想要恢复速度,你的盘旋角速度或者转弯半径有一方必然会处于劣势,这个时候你的对手可能会利用这两方面的优势取得对你的角度优势。正是因为如此,飞行员才会在格斗中精打细算如何使用自己的能量,尽可能地储备能量,只在需要的时候去使用它。 也有飞行员把这叫做“战斗机飞行员经济学”,这是近距离空战的一个基本常识。

约翰·伯伊德是公认的将空战中的能量管理发扬光大的人,并且建立了一整套科学的图表以便飞行员理解和学习。他的能量机动理论可以解释任何空速和过载下的能量补充和丢失关系,图表可以表示任何飞机的优势区和劣势区,从而让飞行员理解游戏规则并赢得空战。虽然这些图可以了解对手及自己的弱点和优势,但光看懂这些图并不能让你赢得一场空中格斗。和伯伊德一样,真正的格斗老手都是在无数次防御基础空战机动以及攻击基础空战机动训练中慢慢磨炼出来的。