美国F-35战斗机

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美国F-35战斗机美国F-35战斗机
美国F-35战斗机(JSF)有“世界战斗机”之称。F-35战斗机(JSF)是一种多用途、并能服务于空军海军海军陆战队的多兵种作战飞机。他最具特点的进步是开发和采用了高度综合化的航空电子系统,因而,使战斗机具有全新的作战模式。它的研制费用将达绝对空前的2000亿美元,世界上还有8个国家参与合作,投入经费亦超过45亿美元。研制F-35的目标是取代F-16A-10、F/A-18A/B/C/D、F-14AV-8B,以及英国GR-7和“海鹞”等现役战斗机。F-35共分三种型别:常规起降型(CTOL)、短距离起飞/垂直降落型(STOVL)和舰载型。这三种型别的航空电子设备的90%以上是通用的。

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美国F-35战斗机 战机简介

       

美国F-35战斗机美国F-35战斗机
F-35战斗机是由多国开发,但是高水平的探测传感器和电子信息的综合处理由美国掌控。在任务系统软件控制下的有源相控阵(AESA)将能执行电子战EW)功能,同时,还将执行部分通信导航识别CNI)的功能。JSF的红外传感器将采用通用设计的红外探测和冷却组件。所有关键电子系统,其中包括综合核心处理机(ICP)大量采用通用模块和商用货架产品(COTS)。在ICP和每个传感器、CNI系统和各显示器之间的通信采用速度为2Gigabit/s的光纤总线。

F-35战斗机共有6个分布式孔径系统(DAS)传感器用来实现围绕飞机360o的红外探测保护,为飞行员提供更高的视觉灵敏度,并能实现夜间飞机近距编队飞行。还可在夜间和烟尘覆盖情况下为飞行员在头盔显示器上显示飞机下方目标图像。飞机内部安装的光电目标定位系统(EOTS)对DAS的导弹来袭告警能力进行了增强。EOTS提供窄视场,但距离较远的目标探测能力。根据任务软件的指令,EOTS可以在雷达不开机的情况下提供目标信息。

美国F-35战斗机 战机类型

       

F-35A空军常规起降型(CTOL)
F-35A将取代现役的主力机型F-16战斗机A-10攻击机,与F-22战斗机搭配使用,机长15.47米,机高4.57米,翼展10.7米,作战半径1111千米。F-35A/CTOL型的一个显著特点就在于它安装有一门内置航炮,另外还装有红外传感器和激光指示器。美空军原拟用F-35A作为对地攻击机,替代F-16和A-10。但美空军不久前作出决定保留A-10机队,并将所有A-10A/OA-10A升级到A-10C/OA-10C服役寿命延长到2028年,F-35A不再作为A-10后继者。

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F-35B短距起飞垂直着陆型(STOVL)
F-35B为美海军陆战队和英国空军、海军用的战斗机,机长15.47米,机高4.57米,翼展10.70米,作战半径833千米。F-35B将替代海军陆战队现役的F/A-18“大黄蜂”战斗攻击机和AV-8B“鹞”式垂直起降攻击机。该机装备了轴驱动推进系统,包括一个转向后喷口、用于控制侧面和增加推力的机翼喷管、一个反旋转风扇使其真正具备了短距起飞垂直降落的功能。该风扇安装在驾驶舱后部,由一部普拉特·惠特尼F1190-PW-611型发动机通过驱动轴推动。该机的提升力由这部风扇和后发动机转向喷嘴口及翼下侧向控制喷嘴提供,综合提升力达到178千牛。由于有风扇提供的44.5千牛的附加推力发动机可在较低温度下以较小的负荷运转,从而提高了可靠性和使用寿命。英海军和空军的F-35B,STOVL型同美国海军陆战队的F-35B/STOVL型非常相似。它们将用来替代“狂风”和“海鹞”,以满足英国皇家空军和海军对联合作战飞机的需求。

F-35C美国海军常规起降舰载型(CV)
F-35C将替代美航母的舰载机F/A-18C/D型战斗,攻击机,在挂载副油箱时的航程可达F/A-18C的两倍。F-35C机长15。62米,机高4。72米,翼展9。10(折叠),机翼面积和控制面比较大,机体更加结实,机身下部构造也被设计成可承受蒸汽弹射器发射及着陆时拦阻索的拉力。因要在航母上拦阻降落,因此和F-35A存在较大不同。它增加了主翼和水平、垂直安定面的尺寸,以增强在航母上低速着陆时的可操纵性。可折叠机翼和前缘翼解决了增加翼展带来的在航母上起降和停放的不便。飞机机翼面积的增加也导致飞机在起降过程中对机体本身的作用力增加。

美国F-35战斗机 战机性能

       

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隐形,超音速,多功能

有联合协同作战能力

有F-16/F-18的速度和性能

有先进的航空电子设备和资料数据链

有先进的反措施系统

有强大的续航能力,内藏燃料箱和武器

只需较小的后勤保养支援

美国F-35战斗机 战机结构

       

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机载AESA多功能雷达
F-35战斗机多功能综合射频系统(MIRFS)。它是建立在APG-81AESA雷达的基础上的一个功能广泛的系统。它不仅能够提供雷达的各种工作方式,它还能提供有源干扰、无源接收、电子通信等能力。MIRFS频带较一般机载AESA要宽得多,同时能够以各种不同的脉冲波形工作,保证了雷达信号的低截获概率(LPI)。同F-22的APG-77AESA雷达相比,F-35的MIRFS在技术上又有了很大的改进。但是由于阵面尺寸较小,阵元数目有所减少,因此在作用距离上有所减小,约是前者的2/3。

F-35雷达把两个T/R模块封装在一起,称为双封装T/R模块(twinpack)。雷达系统的预期寿命达8000小时,将同飞机寿命一致。命名为AN/APG-81的有源相控阵雷达将为F-35战斗机提供环境感知能力,用来攻击空中和地面目标。雷达具有空对地功能,可以进行合成孔径雷达(SAR)状态的高分辨率地图测绘,也可以采用逆合成孔径雷达(ISAR)技术对海上舰船进行识别分类。在空对空工作方式,雷达可以实现对指定空域的提示搜索、无源搜索和超视距、多目标的搜索和跟踪。由于雷达波束从一点到另外一点的移动只需若干微秒的时间,雷达可以在一秒时间内对同一目标观察多达15次。

传感器系统
任务系统软件是F-35战斗机实现各种传感器的数据处理、筛选、融合和向飞行员显示的关键。任务系统软件把所有的传感器纳入到一个巨大的功能结构中,使它们协调工作、相互提示,通过多传感器数据融合得到更高质量的目标数据。既提高了飞行员的判断和决策能力,也极大的延伸了飞行员的视野和对战场环境的感知能力。

任务系统软件程序的规模将达到450万行。早期版本的数据融合算法将在执行降低风险计划中接受考验。实际上全部传感器融合的试验验证要到2007年才能开始。到2010年中期第三批任务软件发布时,还将把机外来的有关信息加入到融合算法中。

任务系统的功能是由“观测(observe)、定位(orient)、决策(decide)、行动(act)环路”所组成,对应的英文是“OODALoop”。传感器和数据链进行数据采集和传输,由综合核心处理机(ICP)进行融合处理后,为飞行员提供行动计划信息。OODA将帮助飞行员搜索和定位目标,例如,搜索所有可能出现坦克群的地方,如根据路网情况、地物地形条件、装甲车辆的速度范围,甚至是以前曾经出现过装甲车辆群的地方去搜索装甲部队的踪迹。

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综合核心处理机(ICP)
承载任务系统软件的载体ICP是F-35战斗机的电子大脑。它由两个机架组成,其中一个机架具有23个插槽;另一个具有8个插槽。ICP把以前的任务计算机和武器计算机,以及信号处理机的功能集于一身。在开始阶段,ICP的数据处理能力约为400亿每秒操作次数,756亿每秒浮点操作次数,2256亿每秒乘法累积次数(这是信号处理速度的度量单位)。设计的ICP共有7种类型22个硬件模块。包括4个通用(GP)处理模块;2个通用输入输出(GPIO)模块;2个信号处理(SP)模块A;5个信号处理输入输出(SPIO)模块;2个图像处理模块;2个开关模块和5个电源模块。

ICP的插槽具有扩展能力,可以增加8个数字式处理模块和一个电源模块。ICP采用商用货架产品(COTS),采用MotorolaG4PowerPC处理器,这是128位AltiVec技术。图像处理器采用商用可编程门阵列电路(FPGA)和超高速集成电路(VHSIC)使用的硬件描述语言(VHDL)。

通过一个光纤通道网络(OFCN)把各传感器、CNI以及显示器同ICP进行连通。连接的关键部件是两个32端口的ICP开关模块。ICP、CNI、显示管理计算机同飞机管理系统外部的连接采用IEEE1394B(Firewire)接口,它的传输速度为400megabit/s。

电子系统
F-35的电子战系统是由BAE系统公司研制的,它具有全向雷达告警能力,支持对各种外部辐射源的分析,对其进行识别、跟踪、工作模式确定、以及测定其主波束到达角(AOA)。威胁感知和攻击目标定位支持。对辐射源的主波束和旁瓣进行截获和跟踪,对超视距辐射源进行识别、定位和测距,对辐射源的信号参数进行测量。具有多谱对抗能力,并具有对EW系统的管理能力,其中也包括对干扰箔条和曳光弹的投放管理。雷达的AESA可以作为无源接收孔径,感知威胁信号,并可以产生相应的干扰信号,使之失去工作能力。

EW系统将对F-35雷达的搜索范围和频率覆盖不足进行补充。使飞行员具有更强的对战场环境的感知能力。具有3个不同雷达频段的无源雷达告警系统天线孔径安装在机翼前缘、平尾和垂尾上。EW系统的MTBF预估为440小时。

雷达警戒接收机系统总是处于开启状态,它将为飞机提供对空中和地面的电子信号的监视。系统封装在两个电子支架上,其中包括雷达告警、定向仪ESM等分系统的插件板。分布式孔径系统(DAS)的信号直接输入到EW系统,并与从ICP来的信号进行融合。数字式处理系统易于重构和扩展,易于实现冗余结构,具有很高的可靠性。

显示系统
F-35的仪表板与F-22的多功能显示器不同,它采用了一个尺寸为8×20英寸的大型全景多功能显示器(MFDS)。这是迄今为止最大的战斗机显示器,它由RockwellCollins公司的Kaiser电子分公司研制。实际上它是由两个并排在一起的8×10英寸投影显示器组成,其分辨率分别为1280×1024。这两个显示器是完全互为备份的。当一个发生故障时,所有的功能都可在另外一个显示器上显示。

MFDS将显示传感器、武器和飞机状态数据,以及战场环境、战术和安全信息。大范围的战术水平态势可以全屏显示,也可以在平面上分割成若干小窗口分别显示不同的信息。

采用两种方式对系统功能进行控制:一种是触摸屏方式;另一种是通过设置在驾驶杆和油门杆上的各种开关和电位计旋钮实现的(HOTAS)。两台显示器分别由两个处理机提供对原始信息的加工处理。MFDS采用微型有源矩阵液晶显示器(LCD)作为成像源。每个显示屏的投影系统分别由3个弧光灯进行照明。Collins公司提供所有的显示驱动和第一层次的应用软件。

F-35的头盔显示器系统(HMDS)将取代传统的平视显示器HUD),不仅节约了费用,而且也显著地降低了系统的重量。HMDS是由视觉系统国际公司研制的,这是一家由美国Collins公司以色列EFW公司(以色列Elbit系统公司的子公司)组成的合资公司。它还为F-15和F/A-18E/F提供联合头盔提示系统。

HMDS包括三大部分:头盔显示器、DMC-H、头盔跟踪系统。HMDS系统是光电系统和飞行员头部位置跟踪装置的组合,它将为飞行员显示关键的飞行状态数据、任务信息、威胁和安全状态信息,同时系统还可以为飞行员引导机载武器和传感器(如雷达和EOTS)指向所关注的区域;或发出视觉提示,告诉飞行员应该关注的区域。

F-35的HMDS采用具有高亮度背光的平板有源矩阵LCD作为光源。双眼视场方位约为50o,高低约为30o。数字式图像发生器具有提供字符和视频图像的能力。夜间使用时,采用较透明的具有光学涂层的目镜;昼间使用时,采用较厚涂层的目镜。通过分布式孔径系统(DAS)或头盔照相机提供图像信息。F-35飞行员也可以通过"双杆"选择功

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能以及对图像和字符进行控制。

通信、导航、识别(CNI)系统
CNI为F-35战斗机提供下述功能:超视距敌我识别能力(IFF);安全、多通道、多频段话音通信能力;内部数据链(IFDL)交换能力、对多架编队飞行飞机显示器进行同步的能力。CNI系统具有支持35种不同的通信、导航和识别的信号波形的能力。CNI系统采用软件无线电技术(softwareradiotechnology),可以提供从VHF到K波段的无线电通信。这项功能是由一系列的不同类型的通用模块支持的:

宽带射频模块:完成模数转换、波形处理和数字式信号处理;

双通道收发模块:在一个很宽的频带内接收波形信号,并对其进行数字化;产生用于发射的波形信号,用于激励功率放大器。该模块将支持35种信号波形的绝大部分;工作在L波段、VHF/UHF和更高频率波段的功放模块;

CNI处理器模块:执行信号处理、数据处理和通信安全处理任务;

接口模块。F-35战斗机CNI系统的基本组合包括:VHF/UHF话音通信,HaveQuickI/II、HaveQuickIIA、卫星通信T/R、IFF/SIF转发器,IFF(模式4)询问器,ILS/MLS/TACAN,IFDL,Link16T/R,Link4A,战术数据信息链(TADIL-K),3-D音频,和ADS-B。

管理系统
F-35最重要的非ICP(non-ICP)处理功能系统是飞机管理系统(VMS),它包括:飞行控制系统以及若干功能系统,如:燃油管理系统、电源控制和液压控制系统等。BAE系统公司负责研制飞机管理计算机(VMC),事实上VMC包含3个计算机,采用IEEE1394B总线互联。每台计算机都有一个处理机插板和一个I/O以及电源插板。所有三台VMC计算机同时处理数据,并对处理数据结果进行比较,以确保数据的完整性。

美国F-35战斗机 研制过程

       

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1993年美国国防部启动了“联合先进攻击技术”JASF验证机研究,并且在1994年1月成立了JASF研究计划办公室希望研制一种几个军种通用的轻型战斗,攻击机系列,替换几个过时的机种。与此同时,英国也对这项计划表示出浓厚的兴趣,提出加入这项计划,将来用这种飞机替换“鹞”和“海鹞”战斗机。美国防部为了整合资源,突出重点,将正在进行的美海军“联合攻击战斗机”JAF计划和国防高级研究计划局“通用低成本轻型战斗机”CALF计划也纳入JASF计划中并且在1996年3月将JASF计划正式更名为“联合攻击战斗机”JSF(JointStrikeFighten。

在确定了JSF计划的需求和主要发展思路后美军方开始向全世界有实力的飞机制造商招标进行“概念定义和研究设计”,通过多家公司参与竞争,产生最佳方案。方案中标的有波音公司洛克希德·马丁公司麦道公司诺斯罗·普格鲁曼公司。经过对上述公司提交方案的评审、淘汰,美军方与1996年11月16日正式宣布波音公司和洛马公司被选为JSF计划“概念验证研究”阶段发展商,生产各自的验证机以进行后续竞争。波音公司的验证机编号为X-32,于2000年9月18日首飞,洛·马公司的验证机编号为X-35,于2000年10月24日首飞。美军方对X-32和X-35验证机进行了将近1年的对比试飞,到2001年10月26日,才正式宣布选定引入大量成熟技术,可靠性好的X-35为未来联合攻击战斗机的发展型飞机。至此,美军方通过引入竞争机制,促成了两家参研公司长达5年的激烈竞争局面,使得F-35概念验证阶段研究十分充分和成熟。

美国F-35战斗机 作战能力

       

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F-35战斗机配备武器有联合防区外武器、联合直接攻击弹药、风修正弹药布撒器、激光制导炸弹AIM-120先进中距空对空导弹

F-35战斗机在机内携带两枚微型联合防空区外发射空地导弹,每个机舱各一个,也可能挂载小型寻的攻击性巡航导弹SMACM)。它将具备在各种天气情况下打击移动目标的能力,每枚价格相当于微型JASSM的20%。小型寻的攻击性巡航导弹的射程是250海里左右。F-35飞机能够运载8个小型寻的攻击性巡航导弹。

F-35战斗机(JSF)增加第3种炮弹即PGU-25;U高爆燃烧弹药(HEI),用于攻击空中目标。另两种炮弹是PGU-23;U训练弹和PGU-20;U空对地攻击用弹药。F-35装备的航空机炮是现役GAU-12式25毫米航空机炮的改进型,由通用动力公司研制。

F-35联合打击战斗机将成为美军以对地攻击为主的多用途战斗机,具有全天时、全天候地攻击陆海空任何目标的能力。在未来的战场上,F-35联合攻击战斗机将与F-22“猛禽”战斗机联手,形成类似F-15F-16的高低搭配。当F-22清除了敌方战机以及地空导弹的威胁后,F-35将携载导弹对分散的地面目标实施全天候精确打击。与F-16不同的是,F-35具有隐形能力,可像F-117战斗机那样隐形突防。这种飞机机动性、敏捷性优于F-16C和F/A-18C,作战半径为1000~1300公里。

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美国F-35战斗机 参考资料

       
1、http://www.jinyueya.cn/magazine/1013-9214/2007/09/1594511.htm
2、http://bbs.tiexue.net/post2_1815984_1.html

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