F-22战斗机

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F-22“猛禽”(英文:F-22Raptor)是美国洛克希德·马丁公司为美国空军开发的单座、双引擎、全天候战术隐形战斗机,也是世界上第一种服役的五代战机。F-22是20世纪80年代初根据先进战术战斗机(ATF)计划开始研制的,其设计目标是对抗苏-27和米格-29等高性能第四代战斗机以及苏联先进的陆基防空导弹系统,其后根据新军事变革和新技术的发展不断调整其设计思想和技术。 美国先进战术战斗机(ATF...

F-22“猛禽”(英文:F-22 Raptor)是美国洛克希德·马丁公司为美国空军开发的单座、双引擎、全天候战术隐形战斗机,也是世界上第一种服役的五代战机。F-22是20世纪80年代初根据先进战术战斗机 (ATF) 计划开始研制的,其设计目标是对抗苏-27和米格-29等高性能第四代战斗机以及苏联先进的陆基防空导弹系统,其后根据新军事变革和新技术的发展不断调整其设计思想和技术。

发展历程

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研制背景

美国先进战术战斗机(ATF)计划始于20世纪70年代早期,当时是美国战术空军司令部“1985研究”(TAC-85)计划的一部分。TAC-85研究的目标是:预测战术空军在1970—1985年必须面对的作战环境,明确这一时期在指挥与控制、侦察、特种空军、空运和战斗机领域内战术空军需要达到的能力。当时F-15还在开发中,但美军认为由组网雷达、地-空导弹组成的地面防空系统对战术飞机构成严重威胁,而ATF的目标是研究一种高生存力的战术攻击机在中高强度冲突中执行攻击任务。

1973年1月26日,首份正式的ATF需求文件IAC ROC 301-73以草案形式发布,要求研制一种可在中空作战的高亚声速性能的飞机。该需求文件分发给了美国空军内部机构征求意见,但是被反映思路存在问题,并没有成为正式文件。同时空军飞行动力实验室(AFFDL)发起了“先进战斗机技术综合计划(AFTI),制造了很多洞模型, 用于探索“未来战斗机”的新技术。尽管与ATF没有直接关系,但 AFTI的附带成果对最终的ATF构型和飞行包线还是产生了很大影响。

在接下来的十年里, 美国空军利用ATF计划开展了广泛的平台、配置、任务和能力研究。其中很大一部分是通过对原始IAC ROC 301-73文件进行修订和研究来实现的,包括:1974年的空地导弹技术融合和评估研究(ATS);1975年的近距离空中支援任务分析(CASMA);1976年的近距离空中支援/战场封锁任务分析(CASBI); 1976年的攻击性空中支援任务分析(OASMA); 1976到1977年的打击系统研究;1978年的改进型战术攻击系统研究(ITAS); 1979年的战术战斗机技术替代方案(TAFTA)和“1995年战斗机研究”(1981年中期完成)。

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1977至1979年,美国侦察卫星先后拍摄到了苏联米格-29和苏-27等新型战机,美军判断其空战格斗性能可与F-15和 F/A-18匹敌。1978年苏联还宣称开发出新的米格-31,主要拦截对象是美国SR-71超声速高空战略侦察机和低空来袭 的 “战斧”巡航导弹,理论上可实现从6000米高空击落在60米高度飞行的目标。这些新型战机对北约空中力量形成了严重威胁。建造中的F-15已经无法形成优势,因此美国空军认为需要一种能在 20世纪90年代中期服役的新型战机来对抗苏联新的威胁。到1980年,ATF任务包首次囊括了空空任务研究内容。

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苏-27等苏联新型战机出现对北约空中力量形成严重威胁

1980年7月,美国空军参谋部的一个工作组发布了两份草拟的ATF任务项目需求书(MENS),一份是执行空面任务的先进战术攻击战斗机,另一份是面向空空任务的先进制空战斗机。1981年7月6日,发布了ATF新型战斗机的任务项目需求书,提交给国防部长办公室。这份说明书中,描绘的美国未来战机的关键特性就包括:低可探测性来提高生存性、能跟踪并同时与多个目标交战、先敌摧毁、适应严酷的驻扎条件等。

1981年5月21日,美国空军航空系统部给波音、费尔柴尔德、通用动力、格鲁门、洛克希德、麦道、诺斯罗普、罗克韦尔国际和沃特等9 家公司提出了ATF项目信息征询书(RFI),要求他们提交概念设计,准备针对各种技术应用问题的意见书。1981年9月1日,空军将ATF项目的MENS递交给国防部副部长办公室批准,空军认为前期研究已经圆满完成,可以让ATF项目转向“阶段0”方案探索阶段。11月23日,ATF项目 “阶段0”计划得以批准,该项目成为正式的武器系统采办项目,这意味ATF计划正式步入“阶段0”的方案论证阶段,进入项目研制阶段。

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当时罗克韦尔国际提出的ATF项目概念战斗机

研制历程

ATF项目的研制主要分为:方案论证(阶段0)、演示验证(阶段I)、 工程制造(阶段II)3个部分,即研究、开发、试验和鉴定阶段。

方案论证

方案论证阶段主要任务是探索满足ATF任务需求的各种研制方案,从中选择最有希望的备选方案。美军在1981年11月评估后,提出了一份详细的项目进度计划,包括在1987年开始全尺寸研制 (FSD),1993年或1994年达到初始作战能力(IOC)。1982年8月24日,ATF成立两个子项目,一个是“先进战术战斗机原理和技术研制”,另一个是“发动机技术验证项目”。此外ATF还将开展航电、武器和武器综合技术基础研究。

波音、通用动力、格鲁门、洛克希德、麦道、诺斯罗普和罗克韦尔7家制造商获得了第一个项目的100万美元的开发调查(CDI)合同。7家公司总共提交了大约19个原理设计方案,另外美军空军飞行动力实验室(AFFDL)也提交了一个内部设计的亚声速低可探测战斗机方案。美军从总共20个方案中选择了4个最有代表性的方案,通过对这4个方案的研究。美军认为理想的未来战机应该把低可探测性与超声速巡航、高机动性联系起来。1983年5月26日,美军对ATF的项目又作了修订,加强了低可探测性的重要意义,这对洛克希德和诺斯罗普公司来说有利,因为他们都有相关的技术储备。

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当时洛克希德公司提出的ATF项目战斗机设计方案

在ATF最后方案确定之前,发动机就已经开始竞标。普惠公司和通用电气公司在1983年9月就被分别授予了5.5亿美元的合同,用于建造和测试发动机原型机。普惠公司的型号PW5000被空军指定为F-119,通用电气的型号GE37被指定为F-120。

1984年底,美军正式向工业界公布了ATF需求的基本框架,包括:约1288公里的作战半径、1.4-15马赫的超音速巡航能力、起飞距离610米、起飞重量22.68吨,单机现货飞走价格不超过4000万美元。1985年9月,空军终于公布了正式的ATF招标书,要求于1986年1月完成招标,单机现货飞走价格更降低到3500万美元,总的项目成本为650亿美元。而美国海军在国会的压力下也同意采购海军型的ATF战机。1986年美国空军又更改了招标书方案,不从理论方案中选择ATF的获胜者,而是让两种最有希望的设计方案制造出原型机来竞争。竞争公司要制造至少2架原型机。

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美军公布的ATF项目设想图

1986年7月28日,5家竞争公司(洛克希德、诺斯罗普、波音、通用动力和麦道公司)递交了各自的原型机设计方案以供评估分析。12周后空军评估后得出结论:洛克希德和诺斯罗普的方案成为最后两个竞争者。1986年10月31日,洛克希德和诺斯罗普公司分别被授予6.91亿美元的主合同,这标志ATF项目进入演示验证阶段。洛克希德的“1132”号方案被命名为YF-22,诺斯罗普的“N-14”号方案被命名为YF-23。

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YF-23

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YF-22

演示验证

在演示验证阶段,5家公司分成了2个团队,一个是洛克希德、波音和通用动力团队,另一个是诺斯罗普和麦道团队。每个小组获得的6.91亿美元的合同中,1亿美元用于雷达和光电传感器研制,两亿美元用于航电设备,其余的则用于机体和其他综合性任务的研制。演示验证阶段主要包含3部分工作:系统规范制定、航电地面原型机研制和飞行原型机研制。

系统规范制定

每种ATF设计方案在整个演示验证阶段都有两个版本:原型机和首选系统方案(PSC)。原型机就是演示验证期间实际制造的飞机, 而首选系统方案则是未来批量生产的飞机。原型机并不等于未来的量产机,而是演示验证期间降低风险和改进需求方案的前期过程。随着演示验证阶段的进行,系统规范制定就要协调需求和技术可行性,进而降低风险,例如在20世纪80年代后期,ATF就将单机现货飞走价格调整到4000万美元左右。此外在起飞重量确定超过22.68吨的指标后,又对飞机的性能做了一些调整,例如增加发动机推力指标、放宽起飞距离、取消安装雷达侧阵列、红外搜索与跟踪(IRST)系统等。

航电系统原型机研制

航电原型机研制的主要目的是验证航电设计性能是可达到的,技术是成熟的有效的,并且能够提高系统的可靠性。1988年10月,洛克希德和诺斯罗普公司开始了航空电子地面原型机(AGP)的演示工作。两个公司的原型机都显示了先进的性能,包括飞行数据的多传感器实时融合能力,用ADA语言撰写的软件代码超过60万行,系统核心处理能力比当时的空优战斗机快100倍,采用集成的先进航空电子架构,能够进行自诊断、故障隔离和系统重构。随后洛克希德和诺斯罗普分别开始在波音757和BAC-111飞机进行航电原型机的空中演示。在1990年,每个团队分别的航空电子试验完成了大约100小时。这些试验中,机载航电系统能通过多传感器探测目标,然后可以将目标的多种信息融合显示在飞行员显示器上,并对每个传感器的安装性能、集成化航空电子系统以及任务航空电子传感器管理和传感器跟踪集成功能进行了全面评估,还对商用飞机、军用飞机和通用航空飞机等多种目标进行了空中探测。

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洛克希德在改装的波音757飞机上进行航电原型机的空中演示

飞行原型机研制

1988年5月,洛克希德在延长了将近1年后,才最终确定了YF-22的设计方案,加上了通用动力公司设计的菱形机翼和尾翼形状,重新设计了机身的前、后段。洛克希德小组选择使用推力矢量技术,尽管每个喷管的重量增加了14-23公斤,可获得的俯仰力矩大大增加,增大了大迎角状态下的滚转响应和可达到的最大滚转角速度。和洛克希德公司不同,诺斯罗普公司在制造原型机之前就已确定了他们的飞机设计方案。没有做任何明显的改动。在演示验证合同阶段,洛克希德团队进行了约18000小时的风洞试验,包括1:20的稳定性和操纵性模型、1:7的自由飞模型、1:10的进气道/前机身匹配性模型等9种模型。诺斯罗普团队也花了大量时间进行风洞试验。两个团队还都制作了模型、亚尺寸和全尺寸飞机进行雷达反射面积(RCS)试验与分析,以确保工程制造阶段设计方案满足规定的隐身需求。

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YF-22借鉴了很多通用动力的设计思路

YF-22和YF-23对比

-YF-22YF-23
翼展13.10米13.28米
展弦比2.22.01
长度19.55米20.55米
高度5.40米4.24米
飞机结构材料石墨热塑性复合材料(13%)、 热固性结构材料(10%)和金属(铝33%、钛 24% 和钢5%)金属(含35%钛)与大约

25%的复合材料

机翼总面积78.04平方米87.79平方米
主翼设计前缘后掠角48° , 后缘前掠角为17° , 更接近于翼尖弦长较小的三角翼前缘、后缘后掠角均为40°的菱形
垂尾设计传统外倾式垂尾,但方向舵的面积占到了垂尾总面积的1/3外倾式全动式垂尾
平尾面积6.22平方米-
垂尾面积10.13平方米-
空重14061公斤16783公斤
最大起飞重量26308公斤29030公斤
最大平飞速度2.0马赫以上2.0马赫以上
升限15240米以上15240米以上
过载极限7.9G-
减速板
发动机矢量喷管二元矢量,可进行土20°的俯仰推力转向没有推力矢量,但尾喷管向上排气
座舱驾驶杆设计左右双杆系统中央操纵杆

原型机飞行试验

1990年6-10月,两个团队在完成4架验证原型机建造后开始飞行试验。和以前的型号竞标不同,这次演示试飞由军工企业主导,能够自由选择如何验证飞机的性能,自行制定并执行飞行试验计划,而不是像以往由空军飞行试验中心负责。军方的意义是进行安全监督,确保不出现重大事故,降低后续阶段的风险。诺斯罗普公司的YF-23飞机首先推出(1990年6月22日),并第一个实现首飞(1990年8月27日)。

YF-22

1990年9月29日,洛克希德试飞员戴夫• 弗格森驾驶装有通用电气公司YF120发动机的第一架YF-22进行了首飞。第一架YF-22原型机试验的重点集中在适航性、系统功能和验证超音速巡航上。 1990年10月25日的第九次飞行中, 进行了首次超声速飞行。10月26日的第11次飞行中,完成了空中加油评估。11月3日进行了首次不使用加力的超声速飞行,验证1.58马赫超音速巡航能力。1990年12月10-17日,该机在10次飞行中,完成了迎角高达60°的全部大迎角系列试验。首架YF-22后续完成了飞机最大速度超声速飞行包线扩展、性能、飞行品质、推进系统和载荷试验。首架YF-22总共完成了43架次的飞行,飞行时数共52.8小时。

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YF-22试飞

1990年10月30日,洛克希德试飞员汤姆• 摩根菲尔德驾驶第二架装有YF119发动机的YF- 22A进行了首飞。1990年11月28日,该机从左侧武器舱发射了1枚AIM-9M "响尾蛇”导弹 , 12月20日,该机从主武器舱发射了 1枚AIM-I20先进中程空对空导弹, 两枚导弹都发射成功。第二架YF-22的余下试验包括超声速飞行包线扩展,测试时保持的最大超音速巡航速度为1.43马赫。第二架YF-22完成了31次试飞,共飞行38.8小时。

YF-23

YF-23在亮相和首飞上都领先YF-22。第一架装备YF-119发动机的YF-23A共完成34次 飞行,总计飞行43小时,超声速巡航性能为1.43马赫。1990年10月26日,第二架装有通用电气YF120发动机的YF-23A进行了首飞。11月29日,第二架YF-23实现了1.6马赫的超声速巡航。尽管缺少推力矢量喷管,但是YF-23利用其巨大的全动尾翼面提高敏捷性并减少起飞和着陆的距离。第二架YF- 23A共飞行了16次,总计22小时。由于YF-23最后失败,其公开的测试细节有限。

1991年4月23日,美国空军部长司令D.B.赖斯宣布,洛克希德团队胜出,进入后续的F-22工程制造阶段,普·惠公司成为ATF发动机竞争的胜利者。赖斯部长的声明指出,两架飞机均符合 ATF项目的要求,但美国空军对洛克希德和普惠公司按照计划时间和成本交付武器系统更有信心。 除机动性外,YF-23在所有方面都比YF-22要好,有更大的武器容量、更轻的机翼载荷、更高的隐身性能,是一个更容易修改为适合纵深打击和遮断任务的平台。通用电气F-120是变循环发动机,比F-119也更先进。但是YF-23和F-120失败的原因是存在技术风险。但诺斯罗普一些研究人员认为洛克希德团队获胜,是因为美国官方需要新项目来养活这家军工企业。

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YF-23试飞

工程制造

工程制造阶段即“阶段II”,其主要任务是对所选择的方案进行细化并冻结设计状态,开展详细设计,确认制造与生产过程,进行作战试验与评估。

1991年8月3日,签订了总价值约为110亿美元的工程制造阶段合同。 其中95.5亿美元拨给洛克希德,13.75亿美元拨给普·惠公司。最初计划要求交付33台F119-PW-100发动机和13架F-22机体 (9架单座、两架双座、1架静力试验机体和1架疲劳试验机体)。1991年10月宣布冻结F-22外部设计, 12月6日空军确定了F-22战斗机的外形。1992年12月开始生产第一架工程制造阶段样机。1993年1月,样机研制数减少到9架 (7架单座和两架双座),F119发动机减少到27台。1998年美军宣布所有F-22都将是单座。1995年3月15日,洛克希德和马丁• 玛丽埃塔合并为洛克希德·马丁公司。

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F119-PW-100发动机

1997年4月9日,第一架工程制造阶段(EMD-Engineering and Manufacturing Developmen)F-22战机(编号4001)在美国佐治亚州玛丽埃塔首次公开亮相,并被正式命名为“猛禽”(Raptor)。1997年9月7日,4001号机成功首飞。1998年5月17日,该机开始了研制试验与评估(DT&E)阶段试飞。 1999年7月21日,4001号飞机首次进行了超声速巡航,马赫数超过1.5。在EMD阶段,洛马公司总共建造了9架样机,编号4001-4009,此外还建造了8架生产型试验飞机,编号4010-4017。2002年9月17日,美国空军将F-22的编号正式改为F/A-22,以体现飞机的多任务能力(后又在2005年改回F-22)。

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F-22进行作战试验与评估 (IOТ&Е)试飞

2004年4月29日,空军宣布F/A-22A开始进行初始作战试验与评估 (IOТ&Е-Initial Operational Test and Evaluation),评估其在各种作战任务下的杀伤力、生存力、可部署性和维修性。这一阶段相当于部队试用。也是工程制造阶段的最后一步,只有通过该阶段,F-22才会投入大批量生产。总共有4架F-22(4008、4009、4010、4011)参加了初始作战试验与评估 (IOТ&Е)试飞。F-22A在整个IOT&E阶段共进行了535架次任务飞行,总飞行时间1291.2小时。2005年2月,美空军作战试验与评价中心(AFOTEC)对该机在IOT&E阶段的表现做出了结论性鉴定:主要作战性能均已达到或超过指标要求,可靠性维护性保障性方面有些缺陷有待改善。2005年4月15日,美国国防部批准该机进入全速率生产(FRP)阶段,这标志着该机工程制造阶段的工作已经结束。

在工程制造阶段还有两个环节。第一是在初始作战试验与评估之前,2001年8月15日,美国国防采办局就同意F-22进入低速初始生产 (LRIP)阶段。第二是尽管工程制造阶段的工作已经结束,但航电系统的试飞并未结束,而是一直持续到2005年9月初左右才基本完成。

生产历程

2005年11月9日,洛克希德·马丁公司获得了第一份全速率生产合同, 总额29.9亿美元,生产24架第五批次飞机。1991年美国计划采购750架F-22,1994年降为648架,2000年又降为442架,2002年降为239架,2004年升到了278架。最终美国总共生产了187架F-22,最后一架F-22战机在2011年12月13日出厂。加上8架生产型试验飞机,总共是195架。

F-22战斗机

最后一架F-22战机在2011年12月13日出厂

F-22项目将在美国44 个州创造了95000 个工作岗位,仅在加州就创造了6500 个直接工作岗位和13000 个间接工作岗位。此外总部位于芝加哥的波音公司在其西雅图工厂组装飞机的尾部和机翼。在巴尔的摩,诺斯罗普·格鲁曼公司制造了飞机的雷达。在康涅狄格州,普·惠公司制造发动机。

装备历程

2003年1月,位于内华达州拉斯维加斯附近的美军内利斯空军基地的第 422 测试与评估中队接收了第一架F-22战斗机。该中队后续又接收了 7 架 F-22,用于测试和训练最初的教员飞行员。2003 年 9 月底,美国佛罗里达州廷德尔空军基地的第 43 战斗机中队接收了第一架 F-22,成为第一个装备F-22的中队。

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第 422 测试与评估中队是最早接受F-22战斗机的部队

2005年12月15日,美军宣布驻扎在弗吉尼亚州兰利空军基地的第一战斗机联队第27中队的F-22战机获得初始作战能力(IOC),标志F-22“猛禽”战斗机正式投入现役。截至2022年8月,美军总共装备有183架F-22战机。具体部署包括:

  • 弗吉尼亚州兰利空军基地——第1战斗机联队的第27战斗机中队和第94战斗机中队
  • 阿拉斯加州埃尔门多夫-理查森联合基地——第3联队的第90战斗机中队和第525战斗机中队
  • 夏威夷希卡姆基地——第15联队的第19战斗机中队和第154联队的第199战斗机中队
  • 弗吉尼亚州兰利空军基地——第 192 战斗机联队的第 149 战斗机中队
  • 阿拉斯加埃尔门多夫-理查森联合基地——第 477 战斗机大队的302战斗机中队
  • 佛罗里达州廷德尔空军基地——第 325 战斗机联队第 43 战斗机中队(训练部队,现在已解散)
  • 内华达州内利斯空军基地——第 57 联队的第 422 测试和评估中队
  • 加利福尼亚州爱德华兹空军基地——第412 测试联队第 411 飞行试验中队

2007年2月,12 架来自第 27 战斗机中队的F-22 猛禽战斗机在飞往日本嘉手纳空军基地,这是F-22的首次海外作战部署。

基本设计

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F-22是美国针对冷战对抗以及未来空中威胁环境设计的空中优势战斗机,与上代战斗机相比主要4个关键的技术特征:不开加力的超声速巡航能力、 优异的隐身性能、综合航电系统及推力矢量发动机。

机型结构

气动布局

机身:前机身截面呈菱形,可以避免雷达波沿入射方向反射回去,提高了隐身性能。从进气口到翼根,还有一条窄边条,在大 迎角时能保持左右旋涡的对称,对防止失控和提高大迎角飞行品质很有好处。座舱盖为整体设计,其侧面倾斜约35°。机头下视角为15° , 飞行员视野良好。F-22的机身中段宽且扁平,具有很大的内部空间,以便内埋武器和提高载油量。同时,机身本身也可作为一个升力面,提高了飞机的升阻比。为了提高隐身性,其侧面内倾约35° , 将雷达反射波导向其他方向。为了减少后机身超音速阻力,采用了发动机喷管小间距设计。

F-22战斗机

F-22前视图

主翼:F-22飞机采用了前缘后掠42°、后缘前掠17°的上单翼菱形机翼,并安装有全展向的前缘襟翼、后缘外侧副翼和内侧襟副翼。菱形机翼具有强度、刚度高,抗弯扭性能好,内部容积大的特点, 可以大幅度提高机内载油量。菱形机翼还具有机翼面积大和翼载低的 特点,使飞机具有良好的机动性、敏捷性。

F-22战斗机

F-22采用上单翼菱形机翼、外倾式双垂尾和全动五边形平尾

尾翼F-22采用了外倾式双垂尾和全动五边形平尾的设计。梯形双垂尾外倾28° , 安装有等弦长的常规方向舵,可同时外偏30°起减速板作用。双垂尾布局可在垂尾高度较小的条件下,保证飞机超音速飞行安定性。外倾垂尾的设计隐身性不如内倾式,但具有更好的方向安定性和操纵效率。近距耦合的全动平尾安装于尾撑上,减小了飞机的重量和外形尺寸。

进气道:F-22采用两侧进气方式,进气道为形状固定的S形超音速进气道。进气口上唇与前机身脊线处于同一平面,外壁与前机身下表面平行,进气口呈平行四边形,唇口尖锐。俯视下唇口后掠与机翼相同,侧面唇口后掠与垂尾后缘平行,这些设计都有利于提高隐身性能。为避免吸入机身边界层气流,进气道与机身之间有分气夹缝。进气道壁上还设有可控的边界层吸除装置,以改善进气道内的流场品质。为满足飞机高速飞行的需要,进气道上还装有进气流量控制门。高速飞行时打开流量控制门放气,能形成斜向气流控制机翼上表面的涡流,使飞机在高速飞行时仍可使用较大的迎角。

F-22战斗机

F-22的进气道

结构和材料

F-22的机身采用传统的半硬壳式结构,机翼采用三梁式结构,平尾和垂尾采用铝蜂窝夹芯与复合材料蒙皮的胶接结构。F-22各材料使用百分比为:钛6-4材料约占36%,钛 6-22-22--占3%,钢约占6%,热固性复合材料 约占24%,热塑性复合材料小于1%,铝合金约占16%,其他材料约占15%。

前机身:F-22前机身基本结构为铝合金和复合材料结构,包括雷达舱隔框、座舱区、前起落架舱和F-1油箱。 有 3000多个零件,包括线束、管路、航电设备安装架、座舱仪表及舱盖安装结构。前机身长约5.18米,宽约4.57米,高约1.73米,重约771公斤。座舱盖材质厚19毫米,长约3.56米, 宽约1.14米,高约0.69米,重约158.8公斤。最前方的雷达天线罩是全复合材料结构。

F-22战斗机

F-22的座舱盖

中机身:这是F-22机身最大的部分,长约5.18米,宽约4.57米,高约1.83米,重约 3855.6公斤。F-22飞机的所有机载系统管路都经过该部分。中机身段有3个油箱、两个侧武器舱和腹部弹舱。中机身为单元体结构,分为3个结构单元,3个单元再总装成中机身段。中机身材料中约 35%是铝合金,23.5%是 复合材料,35%是钛合金。中机身段4个主承力隔框都是整体式钛合金闭模锻件,减少了材料用量,减轻了结构重量,简化了装配过程,提高了隔框的强度、刚度和可靠性。中机身段的主起落架舱门和武器舱门都采用了热塑性复合材料结构。

后机身:这部分长约5.79米,宽约3.66米, 重约2268公斤。后机身段包括两个发动机舱,还包括环控系统及燃油、电气、液压等子系统。由于后机身要承受长时间的超声速巡航及大过载机动带来的高温和载荷,所以主要为钛合金结构,大约67%为钛合金,22%为铝合金,11%为复合材料。后机身的前梁和后梁即占到其结构重量的大约25%,均为钛合金铸造、电子束焊接结构。

F-22战斗机

F-22的后机身和机翼

机翼F-22机翼每个重约909.2公斤,为三梁式结构。前梁为机加钛合金锻件,中间梁和后梁为复合材料和钛合金混合结构。蒙皮为树脂复合材料整体壁板结构,作动筒整流罩是钛合金热等静压铸件。尾翼梁采用石墨环氧复合材料RTM结构能承受大机动载荷并且具有足够的战斗损伤余量。平尾枢轴为全复合材料结构,方向舵作动筒支座采用的是钛合金热等静压铸造结构。平尾和垂尾蒙皮为铝蜂窝夹芯与双马来酰亚胺复合材料胶接结构。

隐身设计

F-22确切的雷达反射面积并没有公布,但是在2009年美国洛马公司公布信息称,F-22在某些角度的雷达反射面积为0.0001平方米,或−40 dBsm,相当于“钢球”的雷达反射。2024年3月,F-22进行了重大升级,挂载了新型红外搜索和跟踪(IRST)系统吊舱及隐形油箱。F-22的内部燃料储备不足以完成远距离飞行,大部分情况下都需要携带外部油箱,而隐形油箱几乎不会破坏F-22的隐形效果,且必要时可从机体上脱落,使战机恢复完整的作战能力。此外,这类隐形外挂吊舱也可用于携带其他载荷,包括大型传感器或通信系统。IRST系统可以远距离探测红外信号,能在不使用雷达的情况下寻找对方的空中目标。

外形隐身

机身:F-22前机身上表面与机翼及平尾上表面融合过渡,整体外形光滑圆顺,不易反射雷达波。驾驶舱呈圆弧状,照射到这里的雷达波不会被反射回去。F-22的外形,在雷达侧向照射下可将入射能量的绝大部分反射到雷达接收不到的方向上。

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F-22采取了各种外形隐身的手段

进气道:F-22使用S形进气道,管道的回波需经过多次反射,再配合使用雷达吸波材料,能多次吸收衰减风扇(或压气机)的入射波及回波,使进气道的腔体雷达散射回波得到抑制。

垂尾平尾:F-22采用外倾式双垂尾,设计合理的倾斜角,能将侧向入射雷达波的绝大部分反射到雷达接收不到的方向上。平尾的前缘伸到了机翼后缘之前一段距离,与机翼后缘的缺口重合,这种设计有效降低了飞机侧向的RCS,因为机翼及平尾重叠后,基本遮挡了后机身的强散射源部位。

线条平行化:F-22的进气口的上下唇边、平尾的前缘以及内侧后缘、锯齿形喷口的上下唇边和尾撑后缘,均平行于同侧或对侧机翼的前缘,平尾外侧后缘平行于机翼后缘。这样的设计能将这些边缘在不同方位角上分散产生的众多回波波峰与机翼前后缘产生的回波波峰合并,从而降低被雷达发现的概率。

锯齿缝隙化:F-22的雷达罩与机身蒙皮的对缝、座舱盖与舱口间的前后对缝、起落架舱门的前后对缝、 武器舱门的前后对缝以及边界层控制板的前后对缝,这些飞机纵轴垂直的缝隙均设计成锯齿形或斜置,而且每一锯齿的两个边及斜置的缝隙均平行于同侧或对侧机翼的前缘。这样可在降 低机身回波的同时,将缝隙产生的主要波峰与机翼前缘波峰合并。

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F-22的弹舱

武器内置:取消了外挂物及外露挂架,而将全部可投放或可发射武器及其挂架均安置在专门的武器舱内,否则F-22使用外挂武器将极大破坏隐身设计。

材料隐身

吸波材料:在外形隐身设计的基础上,F-22只在翼面前后缘及翼尖、进气道管壁及唇边、机身棱边等关键部位使用吸波材料来进一步降低雷达反射面积,也是降低成本、 改善维修性的措施。

格栅屏蔽:飞机表面的各通气口均用钛合金经精密加工而成的格栅加以屏蔽。这些用金属材料制成的网状格栅,可将入射电磁波的绝大部分能量反射到雷达接收不到的方向上。F-22根据所对抗的雷达波长,合理设计格栅网眼参数,既可获得可观的屏蔽效果,又可减少进气压力损失。

红外隐身

F-22红外隐身关键,在于抑制发动机暴露的金属热部件和排出的尾焰所产生的红外辐射。F-119发动机的二元喷管管壁面积大于轴对称喷管管壁面积,因而可将燃气中更多的热量散去,达到减少尾焰红外辐射的目的。同时,喷口处的吸热材料与喷焰的接触面积增大,还有吸热效果增强。另外垂尾、平尾与尾撑向后延伸,能进一步遮挡尾喷管的红外辐射。

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F-119发动机的二元喷管能减少尾焰红外辐射

动力系统

F-22最终使用的发动机为普·惠公司研制的F119-PW-100,这是一种小涵道比加力式涡扇发动机,分为风扇、核心机、低压涡轮、 加力燃烧室、尾喷管、附件传动机匣等6个单元体。整台发动机由3级风扇、 6级高压压气机、带气动喷嘴和浮壁式火焰筒的环形燃烧室、单级高压涡轮、单级低压涡轮、加力燃烧室和二元矢量喷管等组成。该发动机的控制系统为第三代双余度全权数字式电子控制系统。

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F119-PW-100发动机

从下表可见外界搜集到的F-119发动机的主要性能参数并不完全一致,但都至少体现出该发动机推力大、推重比高的两大性能优势。普惠公司只透露F-119发动机为35000磅(15875.733 公斤)推力级别的发动机。

参数陈磊:F119发动机的设计特点 与关键技术.张仁:F119发动机最新进展[梁春华.第4代战斗机发动机技术特点和性能参数分析陈金国.军用航空发动机的发展 趋势陈光.F119发动机的设计特点叶大荣.任光明 第四代战斗机的 强劲“心脏”——F-22战斗机的F119涡 扇发动机林左鸣.战斗机发动机的研 制现状和发展趋势
空气流量-110-----
总增压比26262535352635
风扇压比-4---4-
涡轮进口温度(K)1977197319501850-1950-1977-
涵道比0,30,2-0.30.20,30.30.30.3
中间推力(KN)97.8597.86111.1910510597.86113
最大推力(KN)158.68158.68158.7158.7158.7158.68168
推重比1011.710>1010>10-

推重比:F-119发动机是从设计和材料上来提高发动机的推重比。在设计上与普·惠主要是有两个特点,一个是改变了高压转子支撑方式,另外一个是采用了单级高压涡轮。改变了高压转子支撑方式可减少一个承力框架。另外采用了单级高压涡轮使得发动机结构简单。这两个设计都是在尽可能减轻F-119发动机的重量。例如F-119发动机第一级钛合金风扇叶片是宽弦无凸肩、空心设计,采用了超塑成形扩散连接工艺,增大了叶片的强度和损伤容限。压气机采用先进的纤维增强钛合金及新法铸造的叶片,外涵机匣采用金属间化合物材料。涡轮采用单晶工作叶片,涡轮盘采用新型镍钛金属间化合物、快速凝固等离子沉积零件技术。燃烧室采用浮壁加层板的冷却结构,加力燃烧室和尾喷管采用石墨聚合物或碳复合材料。这些技术都提高了F-119发动机的涡轮前温度、寿命、可靠性等指标。同时有分析指出,F-119实际的推重比并没有达到10,这是因为使用了沉重的二元矢量喷口,同时平衡可靠性、维护性、经济性、研发进度、项目管理等各方面因素,美方并没有将推重比10作为唯一衡量的标准。

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F-119发动机

喷管F-119发动机的尾喷管为二元收敛-扩张矢量喷管。喷管上下的调节片可控制喉道与出口面积。当上下调节片同时向上或向下摆动时,可改变排气流的方向,从而改变推力的方向,调节方向为俯仰正负20度,最大40度的摆动行程只需要1秒。推力和矢量由双余度全权数字式电子控制系统控制,用由煤油作为介质的作动筒来操纵。调节片还有减少F-22尾部雷达反射面积和发动机红外辐射的作用。

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F-119发动机的二元收敛-扩张矢量喷管

发动机控制系统:F-119采用第四代双余度全权数字式电子控制系统(FADEC)。F-119使用了二元推力矢量喷管,因此其FADEC的控制功能增加到16-20种,除了控制一般的燃油泵系统,主燃油、加力燃油计量装置,放气阀门,还要控制二元推力矢量喷管的位置和动作。而双余度的意义是有两个独立的互不同步的通道,每个通道都有自己的传感器、作动器、一个输入/输出控制器和两个控制处理机。两个通道相对独立,因此可以把它们放在发动机的不同部位,从而降低控制系统在战斗中的易损性。

武器系统

武器舱

从结构上来看,F-22有4个武器舱,两个主弹舱位于机腹中心线的两侧。左右被隔框分开,分别长约4.2米,宽约1.22米,弹舱采用液压系统驱动的复合材料对折舱门。两个侧弹舱位于发动机左右进气道外侧与主起落架舱前壁之间,分别长约3.35米,宽0.51米。

主弹舱:主弹舱使用LAU-142/A垂直弹射器(AVEL)挂架。这种挂架可以缩小武器舱从而节省重量,并且在所有的飞行条件下都能发射导弹。由于武器舱中没有多余的空间,在弹射期间不能产生摆动和扭转。在超声速条件下弹射器必须能够使导弹穿透边界空气层。LAU-142/A挂架具有228毫米的行程,使用气压-液压作动装置在1秒以内发射导弹。 由飞机液压系统驱动的空气活塞使发射器的防扭臂机构伸出,液压阀在弹射周期快结束时释放导弹,而弹射器缩回。即使弹射器不缩回,武器舱门仍会关闭。F-22主弹舱悬挂6枚A1M-120C导弹时,弹体前后错开排列,以避开相邻的弹翼、舵面互相干扰,保证使用间隙。 发射时,先发射两边靠下的两枚,最后发射中 间靠上的1枚。

侧弹舱:侧弹舱使用LAU-141/A摇臂式挂架。这种发射器能迅速伸缩,但不能弹射导弹,而是从侧武器舱的前端射出“响尾蛇”导弹。为了保护武器舱中的电子设备,这种导弹按向外和向下偏离几度发射离轨,并装有尾焰导流板。

外部挂架

F-22有4个外挂点(每个机翼下面两个),能挂载辅助油箱、JDAM炸弹和空空导弹。外部挂架在F-22转场时使用,每个挂架能挂载2270公斤的载荷。翼下挂点能挂载2700升副油箱。在转场状态下,在每个挂架上能与副油箱并排挂两枚AIM-120导弹。另一种方案是只使用外部挂架发射导弹,每个挂架可挂载两枚AIM-120或AIM-9导弹。

挂载方案

构型主武器舱
16 枚 AIM-120C中距空空弹
22枚JDAM或2枚GBU-22或2枚“风修正布撒器”+2枚AIM-120C
38枚“小直径炸弹”(SDB)+2枚AIM-120C
42枚AGM-88反辐射导弹+2枚AIM-120C
侧弹舱均为AIM-9近距空空导弹

机炮

F-22战斗机目前装备的是1门改进的M61A2型“火神”机炮,炮管加长483毫米,射速从1050米/秒提高到1100米/秒。航炮安装在机身内。靠近右侧机翼根部,在右进气口的上方。平时炮口用专门的口盖遮住,射击时炮舱的前部舱门必须向后打开,以便进行射击和排除废气。炮舱内布置有无弹链的供弹系统弹箱和480发炮弹。供弹系统被安装在主武器舱后飞机重心处。为了保证飞机重心变化最小,并防止抛出的弹壳破坏飞机蒙皮和结构,射击时的弹壳不抛弃而是返回到弹箱中。

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航炮舱门空中测试

航电系统

F-22的航电系统是以“宝石柱”计划设计思想为基础的高度综合的航电系统,系统结构上采用功能区设计,采用高速数据总线、标准通用电子模块及Ada语言编程,使 F-22航电系统实现了高度综合化、共用化和模块化。F-22战斗机航电系统的主要设备包括AN/APG-77AESA雷达,电子战(EW)和电子支援措施(ESM)、通信、导航与识别系统,通用综合处理机和飞机管理系统等。

宝石柱航电设计特色

功能区概念:按系统功能将系统划分为传感器管理区、任务管理区、飞机管理区3个功能区,大大提高了系统的综合化程度。传感器管理区包括公用数据处理区、 400M点到点高速光纤链路和各种传感器等,用于对雷达,电子战以及通信、 导航与识别等传感器进行综合管理和数据的综合处理;任务管理区负责对飞行任务和系统进行管理;飞机管理区实现基本飞控和飞机机身有关的控制功能。

高速数据总线:这是四代机航电系统的重要特征,可实现系统高 速大容量数据传输、容错、重构和资源共享。F-22采用的高速数据总线是50Mb/秒的光纤网络,是过去1553B总线的传输速度的50倍。

模块化结构:系统由许多通用模块和外场可更换模块(LRM)组成,在物理结构上实现了高度的模块化。当某个模块发生故障时,可使用其他正常模块来承担 这一阶段最重要的功能。通用模块由高速集成电路芯片组成,包括完成接口控制和故障诊断等功能的数字处理电路。利用通用模块可组合构成任一功能的航电功能子系统,具有低故障率、高故障检测和隔离能力,可提高系统的可靠性,降低系统的维护费用。

大型航电系统软件:F-22的航电系统实际是一种实时操作系统,软件90%以上采用Ada语言编写,由 170万行源代码编写而成。操作系统由系统执行、核心执行和分布执行程序组成。

AN/APG-77有源相控阵雷达

组成:AN/APG-77有源相控阵雷达由诺斯罗普• 格鲁门/得克萨斯仪器公司研制。雷达硬件包括:电子扫描天线、相控阵/波束控制器、含24个电路模块的雷达支持电子组件、含5个电路模块的射频接收机、含3个电路模块的相控阵电源和安装支架。电子扫描天线为椭圆形,直径约为1米,由约2000个嵌在固定天线阵中的发射和接收模块组成,模块每块仅重15克,输出功率10瓦。该雷达是 F-22最重要的目标探测传感器。由F-22航电系统传感器管理层通过高速数据总线来控制,传感器管理层发出指令,如选择雷达波形、确定扫描范围、确定要求的跟踪精度以及时间优先顺序等。

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AN/APG-77有源相控阵雷达天线阵面模型

特点:雷达在各种工作模式和雷达波形都严格满足低截获概率(LPI)的要求,保证了 F-22的隐身效果。通过扩频,雷达在很宽的频段上辐射低能脉冲,由于每个脉冲能量很低且调制特殊,常规的雷达告警接收机很难探测到该雷达辐射的信号,增强了F-22在超视距先敌发现、先敌攻击的能力。有源相控阵使波束或波束群实际上可以瞬时转换,雷达能以多个波束快速扫描空间,扫描120°的空间只需要数毫秒,能同时以几种模式有效地工作。例如在在目标识别时,可采用瞄准模式或启用超高分辨率功能,还能在跟踪几个目标的同时扫描其他目标,在扫描时能同时跟踪的目标达100 多个。由于AESA阵面约有2000个有源T/R模块,所以F-22具有很强的电子康抗干扰和反对抗能力。

电子战和电子支援措施

F-22的电子战系统包括由BAE系统公司研制的AN/ALR-94无源接收 机和AN/ALE-52对抗投放器,以及洛克希德• 马丁公司的AN/AAR-56导弹发射探测器等系统组成。F-22在飞机表面的机首、座舱后部、前缘襟翼、机背等部位,以保形天线的形式,至少安装了24个被动告警或态势感知天线以及14个有源电子对抗天线。F-22的电子战的优势在于尽可能保证隐身的条件下进行电子对抗。

通信、导航与识别系统

F-22通信、导航与识别(CNI)系统由TRW公司提供,在单一机箱内实现通信、 导航与识别功能。CNI系统主要功能包括:HF通信、VHFAM/FM通信、UHFAM通信、单信道地面和机载无线电系统、空-地-空抗干扰VHF通信、抗干扰保密语 音通信、空军卫星通信(AFSATCOM)、联合战术信息分配系统(JTIDS)、 UHF舰队卫星通信(FLTSATCOM)、LRG-100惯性参考装置/全球 定位系统(GPS)、 Link11、Link4、敌我识别(IFF)以及内部飞行数据链(IFDL)。内部飞行数据链(IFDL)采用高频射频,使一次飞行中的所有F-22都能自动共享关于飞机状态和交战目标的数据。

通用综合处理机

通用综合处理机(CIP) 由美国休斯公司研制,能够对所有机载传感器和任务航电设备的各种信号和数据进行处理,然后显示在多功能显示器上。总的数据处理能力大于每秒7亿条指令和每秒200亿次运算。CIP模块的软件与个人计算机(PC) 一样包括操作系统和应用程序。操 作系统执行计算机系统管理等基本功能,而作战飞行程序等应用程序需要模 块加载具有优化高速算法的信号处理软件或快速傅立叶变换软件。应用程序一般是传感器综合软件,完成多维卡尔曼滤波功能。传感器连续搜索指定空间并向任务软件报告结果,任务软件的对动态数据进行关联处理,建立跟踪文件。随后任务软件一方面评估目标位置和威胁等级,确定跟踪优先级、精度和数据刷新速率,另一方面命令所有传感器在跟踪的同时更新跟踪与识别数据。这一过程是自动不间断地进行,飞行员无须介入但可改变跟踪优先级。

飞机管理系统

飞机管理系统(VMS)提供飞行和推进控制,包括驾驶杆、油门控制杆、方向舵脚蹬和作动器、加速计、前缘襟翼作动器和飞控作动器等硬件。飞机管理系统将飞控、发动机控制和飞机通用控制综合到一个主要的子系统中。飞机管理系统还包括综合飞行器子系统控制器(IVSC),囊括环控系统、防火系统、辅助发电系统、起落架、燃油系统、电气系统、液压系统等。

座舱设计

座舱显示系统

F-22采用“一平六下”高度综合的座舱显示系统,使用多功能显示器(MFD)取代传统座舱内飞行仪表。主要显示部件包括:1个平显,6个彩色液晶显示器(4个多功能下显、两个小型前上方显示器(UFD))、综合控制板(ICP)上的数码显示窗。

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F-22的座舱显示系统

  • 广角全息平显:属于主飞行仪表,显示基本飞行、导航和战术信息,可提供水平30° x垂直20°的视场。
  • 综合控制板:供飞行员输入航电系统数据,如通信、导航和自动驾驶数据。
  • 两个小型前上方显示器(UFD):左侧显示器主要显示 CNI状态和综合告警信息,右侧显示器则显示关键飞行信息,如航向、姿态、高度。两个显示器内容互相备份且能互换。
  • 中央主多功能显示器:尺寸为203.2毫米X 203.2毫米。主多功能显示器用于显示战场态势,包括本机的导航信息、机载 传感器的作用范围、僚机和友机的相对位置及航向等数据,还可显示航路点、辐射状态、距离和其他信息。
  • 攻击显示器:在中央主多功能显示器右侧,尺寸为152.4mm x 152.4mm。显示攻击清单所列目标的跟踪与攻击信息,以及僚机攻击清单上的目标信息,以文本方式列出本机的武器状态,还显示有导弹发射控制标 尺和敌我导弹的投放距离包线。
  • 防御显示器:在中央主多功能显示器左侧,大小和攻击显示器相同,通常显示可能会对本机产生威胁的敌机防御信息,包括空中和地面威胁源的 跟踪、瞄准与发射信息。还显示与跟踪空中和地面发射的导弹。
  • 子系统信息显示器:在中央主多功能显示器下方,提供飞机管 理数据,如检查顺序单、子系统状态、发动机推力、外挂管理、测试报告等。

手不离油门驾驶杆控制器

F-22的手不离油门驾驶杆(HOTAS-hands on throttle-and-stick)控制器,包括侧杆控制器和两个油门杆,通过手不离油门驾驶杆可以控制最多60种功能。侧杆装置和其他驾驶装置相比,首先观察仪表盘和显示器更加方便,原本被复杂杆系占据的位置可以加装其他设备,飞行员进出座位区域更加方便。其次人机功效方面,侧杆的驾驶姿势更加舒适,左右上肢运动更加对称协调,飞行员操纵力更小,行程更短,搭配扶手,驾驶疲劳程度更低。

系统升级

F-22战机的Block 20版本为36 架,主要用于训练和试验,后续生产的149架为Block 30/35版本,可以用于作战。2003年,美国空军开始与洛克希德·马丁公司商讨F-22的升级问题。2009年,已经交付的135架F-22已经完成了“增量-2”升级,主要是具备了超音速条件下投放联合直接攻击弹药 (JDAM)的能力、增加数据链‚使其在飞行中能够同其它F-22战斗机进行通讯。另外从2006年开始,F-22还开始了“增量-3.1”升级,主要是机载雷达增加合成孔径(SAR)功能并进一步提高性能,提高空对地攻击和电子攻击的能力,能使用小直径炸弹(SDB)。2011年美国空军才接收首批两架“增量-3.1”升级的F-22,另外在2011年左右生产的最后一些F-22也达到了“增量-3.1”的水平。在2011年和2013年,F-22还开始了“增量-3.2A”和“增量-3.2B”升级。“增量-3.2A”增加对 Link 16 数据链的兼容能力,提高电子防护和战斗识别能力。“增量-3.2B”是能够使用AIM-9X 和 AIM-120D 导弹,升级地理定位和电子战防护子系统。目前外界判断“增量-3.2B”在2020年8月完成。此外美军还在讨论“增量-3.2C”的升级,但还没有确定方案。

性能指标

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长度18.92米
主翼翼展13.56米
平尾翼展8.84米
垂尾翼展5.97米
展弦比2.36
翼上反角3°15'
翼面积78平方米
前缘襟翼面积4.76平方米
襟副翼面积5.10平方米
副翼面积1.98平方米
垂尾面积16.54平方米
垂尾方向舵面积5.09平方米
平尾面积12.63平方米
高度5.08米
弹舱距地面高度0.94米
前后轮距6.04米
空重14365公斤
机内载油量9979公斤(8200公斤)
加上2个外挂油箱的载油量11900公斤
翼载每平方米348.7公斤
最大起飞重量30125公斤(38000公斤)
最大超巡速度1.82马赫
高空加力最大速度2.25马赫
低空加力最大速度1.4马赫
滚转率每秒100度
实用升限19812米
不加油作战半径724.2公里
航程3218公里(携带两个外挂油箱,转场航程超过2977公里)
发动机两台带有加力燃烧器和二维推力矢量喷嘴的普·惠F119-PW-100 涡轮风扇发动机(每台推力为15875公斤级别)
武器装备一门 M61A2 20 毫米加农炮,480 发炮弹,内侧武器舱搭载两枚 AIM-9 红外空对空导弹和内部主武器舱搭载六枚 AIM-120雷达制导空对空导弹(空对空挂载)或两枚 1,000 磅重GBU-32 JDAM制导炸弹和两枚 AIM-120雷达制导空对空导弹(空对地挂载)
核载人数1人
过载+9G/-3G
1.8马赫下过载6G
单位成本1.43亿美元

服役情况

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实战运用

2014年9月23日,F-22进行了服役以来的首次实战,在叙利亚空袭了“伊斯兰国”组织的训练营地、军营、总部和车辆。

F-22战斗机

2014年9月23日,F-22执行首次实战任务

2017年11月,美军派遣F-22、B-52轰炸机和阿富汗空军的A-29 超级巨嘴鸟对阿富汗塔利班的毒品生产设施进行了轰。F-22是单独行动,投掷的是113公斤重的SDB小直径炸弹。一些人批评美军使用F-22战机执行这类任务,但当时地面指挥官和空军对F-22的参战表示赞赏。

2018年11月,美军宣布F-22在叙利亚完成了首次“战斗激增”行动。来自兰利-尤斯蒂斯联合基地第 94 战斗机中队的F-22完成了 590次单独飞行,总计 4,600 飞行小时,投掷了1927公斤弹药,拦截了来自叙利亚、伊朗和俄罗斯飞行器的587架次飞行。此外,F-22和为海军 F/A-18 护航,能够穿透叙利亚的战斗机和防空导弹系统深入其境内作战。

坠毁记录

1992年4月25日,YF-22的第二架原型机在爱德华兹空军基地坠毁。当时试飞员汤姆·摩根菲尔德得知飞机向地面发送性能数据的遥测链路,无法进行超音速飞行特性测试。由于飞机加满了油,摩根菲尔德为了安全着陆在空中释放多余燃油。在第二次飞跃跑道时,飞机突然失控。飞行员收起起落架并开加力试图拉起飞机,飞机机头立即开始失去控制,最后坠毁、起火并滑出2400米才停下。摩根菲尔德受轻伤。坠机原因是因为飞行员缩回起落架和开加力,引发电传飞行控制系统逻辑故障,无法跟上飞行员的指令。

2004年12月20日,一架F-22战机在美国内华达州内利斯空军基地起飞后不久坠毁。执行训练任务的飞行员在事故中安全弹射,没有受伤。这是F-22服役后的首次坠毁。事故原因是电源中断导致飞控系统失效,飞机在起飞后不久就发生了剧烈的偏航,滚动,和俯仰,最终飞行员无法控制飞机。电源失效的原因是飞行员没有执行內建系统自测程序,本质原因是对F-22是技术操作顺序存在误解和模糊。

2009年3月25日,一架F-22战斗机在加利福尼亚州爱德华兹空军基地附近坠毁,洛克希德马丁公司试飞员大卫·库利当场死亡。事故原因是飞行员在进行大过载测试飞行时引发意识丧失。

2010年11月16日,1架F-22在返回阿拉斯加埃尔门多夫-理查森联合基地时,与雷达联系中断,最后发现飞机坠毁,飞行员哈尼死亡。飞行员没有进行弹射,搜索小组在现场发现了哈尼弹射座椅的一部分残骸以及飞行员佩戴的几件物品。2011年12月美军公布报告称,事故责任在于哈尼操作失误。哈尼正确的反应是通过拉动位于他左大腿座位下方的绿色环或直接摘下面罩来启动“紧急供氧系统”。但是哈尼的做法是减速并开始下降以试图让自己呼吸空气,最后哈尼因为缺氧迷失方向,战机加速俯冲,飞行员无法拉出而坠毁。但从2008年以来就有F-22飞行员不断反映飞机的供氧装置存在问题。飞行员的妻子安娜·哈尼于2012年3月5日在伊利诺伊州库克县的一家法院起诉,指控洛马公司设计和制造的F-22战机的生命支持系统存在缺陷,最后双方达成庭外和解。此外洛马公司还重新设计了F-22 紧急氧气手柄,能让飞行员更容易接触到。

2012年11月15日,1架F-22战机在佛罗里达州廷德尔空军基地附近坠毁,飞行员安全弹射出飞机生还。事故原因是一根磨损的正极发电机馈线出现电弧火花,刺穿了相邻的液压管路,并在飞机的左机身安装附件驱动器中引发了火灾。当发电机馈线出现电弧时,系统故障保护感应到并关闭左侧发电机。但是当飞行员试图按照标准程序重新启动发电机时,电弧点燃了雾化的液压油,引发了机体着火。飞行员在控制飞机时遇到了困难,同时出现了严重的级联飞行控制异常,最后不得不跳伞。

F-22战斗机

2012年F-22坠毁现场

2020年5月15日,美国佛罗里达州埃格林空军基地的一架F-22战斗机在基地附近坠毁,飞行员成功弹射跳伞生还。事故原因是一系列错误的结果,包括维护人员、飞行员和技术故障。2018 年飓风迫使 F-22 战斗机从佛罗里达州廷德尔空军基地转移到附近的埃格林空军基地,导致飞机维护标准降低。维护人员需要在开始清洗之前遮盖飞机外部可能被水损坏的电子设备,但是遮盖不完全导致空中数据系统端口受损。当战机在跑道上起飞,弹出警报告诉飞行员飞行控制系统出现问题,但是飞行员没有理会仍然强行起飞,违反操作程序。

延伸型号

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F-22A:F-22的单座版本。2002年9月17日,美国空军将F-22的编号正式改为F/A-22,以体现飞机的多任务能力(后又在2005年改回F-22)。

F-22B:F-22A的双座教练战斗机版本。原本洛马公司也研发了双座版本,但是1996年7月10日,美国空军正式通知洛马公司,终止双座型F-22B飞机的设计和开发,原因是为了降低不断上升的F-22开发成本。

F-22海军型(或F-22C):1986年,在ATF项目的初期,美国海军开始寻求将海军版的ATF纳入其航空母舰队。这催生了海军先进战术战斗机(NATF)项目,并一度提出投资85亿美元进行研发。一些报道还将其命名为F-22C。根据洛马公司公布的想象图和相关信息显示,与空军的F-22相比,NATF有相当大的差异。尽管使用了许多F-22的主要组件,但是采用了类似F-14的可变后掠翼和全新设计的垂直尾翼和平翼。另外根据航母舰载机作战的特点,NATF将采用更坚固的起落架,一个显著不同的武器系统和相关的配套传感器配套,特别可能是在机首下部安装目标指示吊舱。NATF的初期生产计划需要制造多达546架飞机,但是整个项目在1991年取消,尽管洛马公司称他们将有能力每个月生产多达四架海军版F-22。

F/B-22:2002年美国洛马公司开始基于F-22研制一种F/B-22多用途远程隐身攻击机,以弥补美军在2015年后出现的远程打击平台上的缺口。当时美国空军向军工界寻求各种设计,接到了23个提案,其中洛马公司就有6个。在这些设计中,F/B-22的设计具有优势,因为其设计指标很高而且能与F-22战机兼容。设计中的F/B-22采用半截式三角翼、双垂尾、拉长的机身和串列式双座舱。F/B-22配备先进的激光武器,干扰设备,能在飞行中改变颜色的蒙皮和被动传感器。半截式三角翼翼面积是F-22的3倍,能搭载更多燃油,拉长的机身增大了内置武器舱,能携带多达35枚小直径炸弹,而F-22只能携带8枚。增加的飞行员将满足长达15小时飞行任务的需要。F/B-22最大起飞重量将达到54.4吨,不空中加油航程将达到3700公里,能携带4.5吨-13.6吨武器。巡航速度将约为1.5马赫,最大速度将为1.92马赫,最大过载将下降到5个G。但是该项目在2006后被取消,美军寻求开发航程更远的隐身轰炸机。

X-44X-44是美国空军和NASA为多轴无尾飞行控制示范机(MANTA, Multi-Axis No-Tail Aircraft)预留的编号。该计划是将F-22改装为大三角翼(类似于F/B-22的翼型)并配备先进的推力矢量流体喷嘴。这种推力矢量流体喷嘴是通过发动机的矢量喷嘴,产生类似于襟翼、舵和稳定舵等气动表面的作用力,目的是制造结构简单、轻质的机体,增加燃料体积,并具有更好的"隐形"特性。研究团队包括美国空军研究实验室(AFRL)、NASA、洛克希德·马丁公司和普·惠公司,但是该机没有实现生产。

F-22战斗机

X-44多轴无尾飞行控制示范机

参考资料

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词条目录
  1. 发展历程
  2. 研制背景
  3. 研制历程
  4. 方案论证
  5. 演示验证
  6. 系统规范制定
  7. 航电系统原型机研制
  8. 飞行原型机研制
  9. 原型机飞行试验
  10. YF-22
  11. YF-23
  12. 工程制造
  13. 生产历程
  14. 装备历程
  15. 基本设计
  16. 机型结构
  17. 气动布局
  18. 结构和材料
  19. 隐身设计
  20. 外形隐身
  21. 材料隐身
  22. 红外隐身
  23. 动力系统
  24. 武器系统
  25. 武器舱
  26. 外部挂架
  27. 挂载方案
  28. 机炮
  29. 航电系统
  30. 宝石柱航电设计特色
  31. AN/APG-77有源相控阵雷达
  32. 电子战和电子支援措施
  33. 通信、导航与识别系统
  34. 通用综合处理机
  35. 飞机管理系统
  36. 座舱设计
  37. 座舱显示系统
  38. 手不离油门驾驶杆控制器
  39. 系统升级
  40. 性能指标
  41. 服役情况
  42. 实战运用
  43. 坠毁记录
  44. 延伸型号
  45. 参考资料

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