雙蛇記 6－球哥說故事

雙蛇記六

通用動力的F-16是少見的革命性設計：翼身融合體、放寬氣動靜穩定性、線控操縱、顎下進氣道、氣泡式座艙蓋、傾斜式座椅、側桿操縱。這些技術對後來的戰鬥機設計的影響太大了，以至於今天要找一架F-16之後問世而不受F-16任何影響的戰鬥機難之又難。

早期戰鬥機設計中，飛機的各個部分涇渭分明，機身就是機身，機翼就是機翼。機翼和機身的連接一般要麼在機身頂部，要麼在機身底部。在機身頂部叫上單翼，在機身底部叫下單翼。上單翼的飛機的機身“吊”在機翼下，機身的重量起到重錘或單擺的作用，所以上單翼的飛機在横滾方向上過於穩定，為了增加靈活性，一般機翼下反一點，以中和一點過穩定性。所以早期飛機和用於新飛行學員的輕型飛機常用平直的上單翼，以回避横滾穩定性的問卷調查。上單翼飛機容易在翼下吊掛武器，對於運輸機來說，也容易在翼下吊掛發動機。上單翼飛機的兩側機翼和機身的上表面是連貫的，對產生升力的上表面氣流的干擾最小。下單翼飛機的機身“坐”在機翼上，這個頭重脚輕的姿勢有自然的横滾不穩定傾向，需要機翼有一定的上反來增加横滾的穩定性。中單翼是自然穩定的，需要横滾的時候，也是最靈活的。但是早期飛機很少有用中單翼的，因為中單翼的翼盒穿過機身，給機身强度帶來很大影響，很少有人願意冒這個風險。隨着技術的進步，機身强度不再是問卷調查，中單翼的優點可以利用起來了。上單翼機翼上表面連貫的優點，則可以通過把機身和中單翼機翼的連接處圓滑地填平補起來，這是翼身融合體的初衷。翼身融合體也增加機身有效容積，這增加了機内的載油量。翼身融合體還增加翼根厚度，改善翼身接合部的結構連接條件，可以用較輕、較簡單的結構實現所需的結構强度，減輕重量和製造成本。平順的翼身結合部也改善了氣流分佈，減小阻力，甚至對匿蹤有一定改善，實在是一舉多得。

英法合作的美洲豹攻擊機，這是典型的下反上單翼佈局，除了氣動上的理由，主要是便於在翼下掛彈

F-4幽靈式是下單翼，但是只在外翼段上反，除了氣動上的原因外，F-4採取下單翼是為了縮短起落架的長度，否則，為上艦而加强的起落架將很重

F-16的中單翼和翼身融合體顯而易見

早先的飛機都是氣動穩定的，也就是重心永遠在升力中心的前面。這樣，在飛行時，如果受到氣流擾動而導致機頭上仰，機翼的迎角增加，升力增加，升力作用在機體的升力中心上，以重心為支點，使機頭回壓。如果氣流擾動使機頭下俯，機翼的迎角減小，升力下降，升力作用在機體的升力中心上，以重心為支點，使機頭回仰。重心和升力中心要有一點間距，但不要太遠。為了補償重心領先升力中心的這點力矩，飛機在飛行中需要壓平尾來配平，這倒導致配平阻力。顯然，理想情況下，重心只是稍微領先升力中心一點，這樣只需要最小的配平力矩，導致最小的配平阻力。但是空氣是可壓縮的，隨着速度的增加，升力中心向後移動。這樣，在低速時合適的重心和升力中心的間距，到高速時就變得相當大，需要大大增加配平力矩，嚴重增加配平阻力。放寬氣動靜穩定性後，重心和氣動升力中心可以按中速巡航條件設計，這樣，用較小的配平力矩就可以滿足最常用的中速飛行需要，大大減小了巡航阻力。但是放寬靜穩定性後，低速時升力中心可以跑到重心前面來，氣動不穩定。這可以用快速自動調節平尾來控制飛行姿態。速度升高後，升力中心後移，又是氣動穩定的了，没有問題。問題在於，没有電腦控制的線控操縱，放寬氣動靜穩定性不可能實現，單靠飛行員手忙脚亂地調整氣動控制面，還没有飛出不穩定區就早已經顛三倒四了。F-16是第一個在量產型飛機上實現放寬氣動靜不穩定性的，儘管早期的F-16還是模擬線控。線控操縱在F-16之前就有了，加拿大的流產的Avro Arrow就是線控操縱的。但早期的線控操縱只是把機械連桿操縱信號用電線傳送，F-16首次在線控中增加了stability augmentation的功能，也就是對飛行員的控制動作加以“過濾”，將飛行動作侷限在不超過飛行穩定性或機體强度極限的範圍，達到“無憂慮”操縱。

F-16的機腹進氣道是又一個神來之筆。戰鬥機爬高時，先是機頭上仰，但機體運動方向依然向前，像昂首怒立而前行的眼鏡蛇一樣，然後才過渡到向上爬升。戰鬥機的高速水平盤旋也不是靠垂尾轉舵，而是先横滾，機身基本側傾到很大的角度，再拉大仰角（angle of attack，AOA），作水平“爬升”，達成盤旋。所以戰鬥機的高仰角性能對機動性至關重要。問題是，高仰角時，氣流和進氣道成一個角度，弄不好，發動機就要“斷氣”熄火。整個F-16就像圍繞着發動機設計的一樣，座艙只是在發動機前上方的延伸體，而這個延伸體在高仰角時把前方氣流“兜”住了，理順了，機腹進氣道剛好一口吞進去，發動機前端氣流分佈相對均匀，氣就順多了，發動機性能也好多了。機腹進氣道不光起整流壓縮作用，還縮短進氣道長度，減小進氣壓力損失，還減輕結構重量。在F-16的研製中，曾對進氣口到底能後退到哪裡做過很多研究。從氣動和發動機性能來說，進氣口的位置還可以再往後退，但是前起落架已經不能再往後退了，否則要影響起落是的穩定性。然而進氣口再往後退，前起落架就只能安裝在前機身的座艙下，這樣一來，起飛、着陸時，前起落架的輪子容易將地面雜輕易捲進進氣道，造成危險。所以最後進氣口的位置與其說是由氣動設計和發動機性能的，不如說是由前起落架的位置決定的。

F-16 的機頭對進氣道起整流作用，尤其在大迎角的情況下

早期F-16的進氣口稍小（左圖），F-16C/D Block 30開始，F-16既可以裝普惠的F100發動機，也可以裝通用電氣的F110發動機。裝用F110的F-16的進氣口要大一點（右圖）。Block 40開始，全面採用“大嘴巴” 進氣口。F110採用B-1轟炸機的F101發動機的核心發動機，比F100在技術上要先進一點，推力要大一點，但問世晚了一點。美國空軍在後期的F-16上在兩種發動機之間按價格競選，於是普惠和通用電氣打了一場“發動機大戰”（The Great Engine War），對美國戰鬥機發動機的發展好處甚大

很多人對殲10進氣口上方有一塊向前延伸的板很不滿意，F-16也有這麼一塊板，同樣用於邊界層分離，不過F-16的延伸板没有殲10那樣的小支撑桿，難說殲10上的小支撑桿是不是加强用的，這點延伸强度應該不是問題，殲10上的小支撑桿或許是什麼前向天線也說不定

F-16的發動機推力强勁，在空戰重量下，推重比超過1，這使得F-16可以做完全垂直的爬升。不過垂直爬升在航展可以討來叫好，在實戰中並没有太特出的戰術意義。高推重比當然可以換來實戰中較高的爬升速率，但更重要的是提供强勁的加速，為迅速轉換飛行狀態提供能量上的保證。過去空中格鬥中，飛行員不到萬不得已，一般不願輕易放棄速度、高度上的優勢，因為如果一擊不中，或者一躲不成，或者需要接連應付兩三個對手，要重新建立速度、高度，需要太多的時間，也許就是此恨綿綿無絕期了。但是有了高推重比後，減速、主動放棄高度可以成為一種有效的戰術選擇，因為重新加速、爬升不成問題。

普惠的 F100 低流量比渦扇發動機

通用電氣的F110發動機

（左圖）F-16C Block32上的F100噴口，（右圖）F-16C Block 30上的F110的噴口。所有用 F110的F-16為Block30/40/50，用F100發動機的為Block 32/42/52，以此類推

座艙在從發動機先前延伸出來前機身上，所以高高在上，正好改善飛行員的視野。雙二（二馬赫、兩萬米升限）時代的噴射戰鬥機的座艙常常是“埋”在前機身裡，以減小迎風阻力，用有限的發動機推力實現雙二。但這樣一來，飛行員的後向視野和向下的視野很受影響，不利於空戰格鬥，幽靈、魚床、幻象3都有這個問題。高點式座艙裡，飛行員高高在上，前後左右的視野都不受影響，泡罩式座艙蓋兩邊略有鼓起，所以飛行員向下的視野也比先前大有改善。高點式座艙的氣動阻力要大一點，但發動機技術進步了，這點阻力對性能没有影響，而高點式座艙對空戰的優越性是顯而易見的。飛行員視野對空戰的作用是Boyd對韓戰中為什麼F-86對機動性更好的米格15佔優勢所作的研究中得出的兩個結論中的一個結論，另一個就是F-86的液壓操縱系統比米格15的機械連桿操縱系統反應更敏捷，所以F-86 可以更快捷地改變飛行姿態，及早佔領有利陣位，這一點也在F-16的電傳操粽系統上體現出來了。高點式座艙由F-15開始，F-16達到極致，以後成為現代戰鬥機的標準佈置。F-16的無框架整體式座艙蓋是很多戰鬥機力圖模仿的，其理想的視野是没話說的，但是除了 F-22，没有第二家，原因主要是成本和重量。要保證没有光學變形，耐鳥擊，耐氣流衝擊，在飛行員彈射逃生時破裂得甘脆俐落，是挺難的。

F-16座艙的視野是無與倫比的，座艙蓋上金色的鍍膜是導電的，用來把入射的雷達波的能量導向機體，而不是由座艙這個空腔形成强反射

傾斜式座椅的用意是減小高負載時血液下流的影響。理論上講，平躺最好，拉高過載機動時，血液最多從前腦流到後腦，比從頭腦流到脚跟要强得多。實際上不可能，平躺着怎麼操縱飛機呢？還不如老實呆在地面，遙控算了。所以傾斜式座椅都是有一定的角度的。實驗表明，角度要到60度以上才開始真正起作用。但這麼斜躺着，前方視野基本没有，不實用。F-16的30度到底有多少作用，並没有公論。不過這麼一躺，傳統的中置操縱桿就用起來不方便了，只好改到側置。好在用線控了，操縱桿的位移量用不着太大，側桿不再受“拉不開”的局限。側桿還可空出兩腿之間的位置，可以佈置一個顯示器。不過側桿的優越性至今有爭論。左撇子用起來不方便；戰時右手受傷了，左手無法接替操縱；如果用線控壞了，用機械備份操縱，仍然受到位移量的限制；兩腿中間的位置是空出來了，但右手的位置被佔用了，本來這個位置也可以佈置開關的。F-18還是中置，瑞典的鷹獅和英德意西聯合的台風也是（英國人說中置是where the God intends it to be），就連以色列流產的幼師（Lavi）也是。法國雖然喜歡對美國唱反調，但陣風用的是側桿。F-16雖然是美國空軍高低搭配中的低端，但其卓越而平衡的性能在使其在許多中等國家的空軍裡担當起全能的脚色，難怪 F-16是F-4之後產量最大的美國戰鬥機，產量已經超過4,000架。