組圖:劃時代的戰機 資深試飛員談F16

2005-12-06 22:13 [作者：喬．比爾．佐登 ---- 資深實驗試飛員 ]當你從空氣動力學的觀點開始觀察F-16時，一個特殊的事實就會立刻呈現出來：這是第一架有意設計為負靜態余量的作戰飛機。在亞音速飛行時，F-16在俯仰方向是靜不穩定（理解為不穩定）的。我懷疑你們當中是否有人有機會飛過表現出靜不穩定的飛機。但如果有的話，你就會理解這樣一個現象，在傳統的傳動飛行控制系統上，你將至少花費百分這九十九的時間來努力保持迎風飛行。你們最可能的體驗來自帶有三個副油箱和兩個飛行夾艙的F-4，就在你丟棄一個裝滿油料的油箱之後。在這種配置下，如果你用14度仰角拉起F-4,你會發現飛機總是在繼續抬頭因此你將不得不用力前推駕駛桿以保持飛機攻角，防止抬頭變成失速。在亞音速，F-16堅持不懈地嘗試相同的努力，但是因為飛行控制系統同樣堅持不懈地監視著G值，攻角，還有俯仰速率（並且將這些值與你的操作加以比較），你永遠不會看到上述那樣的結果。

為什麼要這樣設計飛機？因為這樣可以帶給你多種的優異性能。這種負靜態余量是F-16擁有出色轉彎能力的一個原因。當你試圖評價F-16的時候第101號航空課程的內容已不再適用了（譯註：第101號航空課程是美國空軍的教學科目，課程名稱是《美國空軍基礎教學大綱》）。我曾經看到《航空發展》上的一篇文章解釋為什麼F-15的轉彎性能要比F-16好的多，因為F- 15的翼載荷要小的多。這也正是人們犯錯誤的地方，因為你已經不能夠再用翼載荷來衡量飛機是怎樣轉彎的了。

讓我解釋一下這句話。由於F-16 是靜不穩定的，為了控制攻角尾部總是向上抬起來的（當你還處在亞音速的時候）。當你進入超音速的時候飛機的氣動中心產生移動這時候F-16就處在正穩狀態，與傳統飛機相比讓飛機保持給定攻角所需要的向下力矩就要小得多。因此，作用在飛機上的總的升力就要比作用在保持指定攻角上的多得多；所以，綜合誘導阻力或者是配平阻力就降低了。任何種類阻力的減少都意味著更好的持續轉彎能力和巡航性能。此外，F-16還在設計上利用了邊條翼產生的渦流升力。這種渦流就是你在潮濕環境中急轉彎時所看到的F-16背部兩側拉出的煙霧。它們可不僅僅是為了在航展上引來「喔...哈...」那樣的驚叫聲。

作為渦流升力作用的結果，機身上的蒙皮面積至少產生佔總升力大小百分之三十的升力。如果你犯了與《航空發展》相同的錯誤用飛機的總重量除以相應的機翼面積，你會得出每平方英尺65磅的翼載荷。但是（這個但是的語氣要非常的強烈），當你加上機尾和機身升力二者所有的貢獻時，你將得到一個大約每平方英尺40磅的翼載荷。現在你可以說說二戰時飛機的翼載荷。你現在應該能夠理解為什麼在個別任務總結過程中你總是聽到「我從來沒有想過你能夠佔據那個攻擊位置！」這樣的話了麼？呵呵！也許這就是能讓他們感到憤怒的某些原因。

正是這兩種技術綜合作用的結果在我們開始飛這架多用途戰鬥機的時候為F-16帶來了值得我們稱讚的與眾不同的飛行品質。靜不穩定飛機和比例指令飛行控制系統共同促成了一架無與倫比的戰鬥機！

在過去，我曾經提到過，某些很少提及的技術在建造F-16這樣的戰鬥機時取得了新的進展。預告總歸是預告，現在跟我來討論一下如何不讓戰隼嚇掉你的下巴。

我聽過一個笑話抱怨飛F-16的時候缺少桿位提示。這個抱怨說對也對說錯也錯。桿位就在那裡　----　事實上它的大小是如此的無法忽視（當你對比一下你飛過的飛機）以至於它們通常是最顯眼的直到你對這架飛機有了一些經驗。不考慮任何特殊的規則，讓我們看一看

那些常見一點的內容。

你應該已經注意到你花在F-16配平上的時間有明顯的不同。這是飛行控制系統作用的主要結果。由於我們使用飛行控制系統人為地形成一架保持穩定的飛機，在我們增速或減速時配平的變化已經自動加以考慮了。由於重新配平飛機的需要已經不存在了，我們也不再需要下意識地用桿位提示來告訴自己我們已經改變了飛行速度。

同樣，座艙蓋屏蔽了駕駛艙裡主要的氣流噪音，因此我們可以不再依賴背景噪音的大小來告訴自己我們飛得更快了。風聲的變化還是客觀存在的；只不過是原始的噪音大小更低一點（相對於犀牛那樣的飛機）因此為了像桿位一樣利用這一信號你不得不集中注意力，同樣的道理直到你適應了駕駛F-16時的新感覺之前你也會覺得有點困難。這兩種現象出現的原因是由於你發現你飛到450節的表速，而你只想要250節的表速，或者是反過來。我很抱歉我這裡沒有比使用平顯由飛機來告訴你到底你飛的有多快之外更加有效的辦法了。確信無疑的是我絕不想再回到一架靜穩定的在座艙蓋下有一根帶桿位的駕駛桿的飛機裡去了。

我確實不想那樣，但是，關於攻角還有一些重要的事情要說，因此請集中精神。你們當中的大多數從F-4改飛過來的人都很熟悉這樣一個事實即F-4會通過警報告訴你抬頭過高，如果不是非正常的情況，就是你在增大攻角。F-16上也存在桿位緩衝區，但大小上只有F-4的十分之一。事情的過程是這樣的：你在沿著1到2度的攻角進行巡航的時候開始讓飛機轉彎。你聽到或感覺到的第一件事情是背景空氣噪音增大了一點（這通常開始於6度攻角的時候）。你最有可能聽到的是由前機身邊條翼開始產生的渦流的聲音。這種噪音慢慢增大直到你達到15到16度的攻角時開始出現主翼氣流分離。邊條翼氣流衝擊F-16其它部位的結果將帶給你那種總是被描述為振動一樣的聲音。

氣流分離的原因是因為它遵循著我們已經熟知的規律，它在海平面上大約出現在15度攻角然後遞減（隨著高度的增加）直到40,000英尺的高度我們在9到10度的攻角看到振動產生的原因。對於相同的機身作用下攻角減少的原因自從伊卡洛斯開始一直沒有變化（譯註：伊卡洛斯是希臘神話傳說中的建築師和彫刻家代達羅斯之子, 他用蠟和羽毛造成翼翅逃出克里特島時, 因過分飛近太陽, 蠟翼受熱後融化, 墜海而死。這裡是引喻他為飛行先驅的意思），在這裡也並不重要。需要記住的事情是：如果F-16開始振動（不考慮發動機的原因），你就正在減速。如果你的速度不慢下來，F-16就不會失速。如果你有足夠的空速，飛行控制系統不會允許你做任何可能進一步導致失速的動作。F-16變得容易出現失速的情況僅僅出現在你的速度開始低於200到250節（取決於外挂配置）的時候。但儘管這樣，你還是有可能迫使它進入失速。這裡有一個非常重要的需要牢記的教訓：即，

注意觀察振動的程度。如果你不想讓F-16慢下來，就不要讓它出現振動。沒有振動的話F-16會飛的非常的好（記住靜不穩定飛機和機身升力），如果需要的話，也不要害怕振動。只要記住把振動當成一個重要的桿位信息，你就不會在你的上級哪裡變得出名（或者默默無聞）。

只要G值足夠小，你可以讓F-16飛出 20到25度的攻角。但請不要忘記，要飛這樣的攻角，你的速度會變慢。飛行控制系統在這樣的空速下會沒有足夠的能力擺平這架靜不穩定飛機的負面影響。如果我們在低速時做出快速的俯仰或滾轉動作，飛行控制系統會嘗試尊重我們的要求。但它也會很快意識到控製麵上的空氣氣流沒有足夠的能量阻止它剛剛做出的動作的慣性。這時候靜不穩定飛機的優勢就體現出來了，F-16還可以保持正常飛行。如果你已經注意到了並且知道你正在減速，你還是不會有任何的麻煩。把這個知識點好好運用起來並且小心翼翼地應對飛行控制系統所具有的極限。如果你可以在激烈的戰鬥中做到這樣，這一飛行控制系統可以應對出現的大量問題並且永遠不會讓你遇到麻煩。（絕不要害怕。這些問題處理起來的速度甚至要比和你交戰的對手意識到的速度更快。）

除了將振動程度當作空速線索之外，還有一個方面值得關注　-- --　飛機的垂直飛行，或者近似於垂直的飛行。當你看到相關飛機材料估算出具有大於1比1的推重比時不要只想著享受垂直飛行的樂趣。寫材料的人通常不會完全理解真實環境下相關的物理規律。舉個例子，不考慮你曾經聽過看過的故事，F-16並不能進行長時間的直接加速。對於這種情況，任何其它飛機也不可以。儘管F100發動機具有25,000磅級別的推力，但在它的有生之年絕不會看到25,000磅的推力。當你（1）扣除裝配過程的損失，（2）認識到發動機可能沒有調整到最佳狀態，以及（3）按使用時間折舊計算常規推力級別，你會明白你並不具有所謂的F-16的推重比大於1：1的空間。因此，當你在剩下的推力上再加上每1000英尺微不足道的百分之三的氣溫遞減率，你會發現，當你飛到10,000英尺時，你只剩下材料上百分之七十的推力了。

現在要記住的是，在垂直爬升過程中，推力需要克服重力和阻力。你會明白也好，不明白也罷，你是不是需要在手裡留下一點的推力？這不是只針對F-16。你正在閱讀的內容適用於當今世界上飛行的任何一種飛機。在某種意義上說，F-16還是一種在未來幾年中遠遠超出你們可能接觸到的其它任何一種競爭者的飛機。任何一種。強調一下，不可動搖的一點就是不要慢下來。儘管在未來幾年裡F-16都可以保持比你們所能接觸到的任何競爭者都要大的臨界狀態，當F-16繼續保持這種狀態時你的飛行速度還是會越來越慢。無論你是通過高G或者是垂直爬升讓飛機慢下來，如果你堅持繼續做下去的話你將容易進入失速狀態。集中精力讓你在任何時候都能瞭解處在怎樣一種的能量狀態。如果你處於一種低能量的狀態（低速），只要你平穩地接近極限你不會惹出什麼亂子。

手冊上給出的最小空速極限值是可以開始做最大限度機動的要求值。在這個最小空速極限值以下，我們不得不使用一些技術和小伎倆。如果你在不經意中發現你飛的比一號飛行手冊中指出的極限值還要慢，事實上什麼事也不會發生。只要好好地保持清醒的頭腦。通過平穩地控制你的動作，你完全可以飛回去。

我知道曾經發生過這樣的事（這樣事還會發生），有些人沒有能夠像他們本應該做的那樣在低速情況下平穩地控制飛機，於是發生了失速的現象。讓我們來談談失速是怎麼樣一種情況這樣你們就能夠（1）在它發生時意識到它並且（2）假設在失速發展為嚴重螺旋時可以順利改出。

究竟失速是怎樣的一種情況？首先，它與你們飛過的飛機完全不同（這個詞還記憶猶新吧？）。如果還在尋找你曾經飛過的F-4或A-7飛機裡的桿位暗示的話那對你來說就太不幸了。如果你正在通過觀察機首擺動告訴自己快要失速了的話，那也太遲了。為什麼？

因為F-16的失速通常不是在水平方向上（機首擺動）而是縱向方向上（俯仰方向）。當你看到機首向左或是向右運動時，你已經進入了失速。這種情況發生在你讓F-16做劇烈的轉彎使其減速或是垂直爬升以努力擺脫其它人的追擊。無論是怎麼樣的原因，總之你的速度慢下來了。

現在假設你堅持向後拉桿繼續讓F-16做急轉彎或者是在快速滾轉的同時加上了最大限度的俯仰運動。你所做的一切就將引發我曾經說過的靜不穩定飛機的負面影響。你已經將F-16飛到了或是會引發攻角持續增大的耦合效應的地步。在這種時候，

空速的降低意味著姿態穩定器沒有足夠的力量能夠控制住攻角。所以F-16開始失速。這不是一種嚴重的失速。記住，我告訴過你F-16不會失速除非你降低速度。如果你能夠及時地給予飛機足夠的能量就可以防止一次嚴重的失速發生，接下來你就也可以及時地給控制系統足夠的力量阻止這次失速 ---- 事情如何發展取決於你的決定。（因此這對於F-16的飛行控制系統與飛行相結合來說也可能是一個有效的理由）總而言之，飛機的失速性能良好。某些情況下，你甚至都不會意識到你已經失速了。

再說說前面提到過的特例。大多數外挂配置只有在你讓F-16的飛行速度足夠慢時才會失速。機首擺動通常不會出現在F-16身上。但是，就如同生活當中的某些時候發生的那樣，沒有絕對的事情。機首擺動會出現在攜帶300加侖機身中軸油箱，設定一號外挂配置，在35,000英尺高度的特定環境下，或者是25,000英尺高度帶有機翼外挂武器或設置的時候。這些機首擺動只會在高亞音速範圍內（換句話說，也就是0.88到0.9馬赫的中等表速----比300節的表速低那麼一丁點）當你在攻角極限值附近做滾轉動作時才會出現。如果你是機首擺動這方面的專家之一，你的第一個反應應該是鬆開駕駛桿讓飛機自己恢復正常。如果保持原有的駕駛指令，機首擺動將轉變成更經常提到的垂直方向上的俯仰失速。這種俯仰失速與低速情況下相比會更為激烈。但是，高速形成的剩餘能量很快就會消耗掉，而後兩種失速現象就會變得極為相似。

再回到關於俯仰失速的討論上來。我前面描述的現象是一種攻角超出25度之外的題外話。飛行控制系統會試圖保持1個G的條件下最大值為25度攻角和9個G條件下最大值為15度的攻角，但在這裡並不重要。儘管每時每刻飛行控制系統都在盡職盡責，通過在達到攻角上限時加上滾轉動作並在低速時突然拉起或者是通過加劇機首擺動，你還是可以強行要求F-16超出這一指定的攻角限制。這個過程中會發生什麼事情呢？一般說來你是不會知道的。一旦控制系統發現攻角大於25度，它將不理會你通過駕駛桿發出的動作指令並試圖將攻角降下來。但如果你不知是由於什麼原因非要讓攻角超過29度，於是系統會在試圖降低攻角到允許範圍的同時，抵消任何的偏航現象。從大的方面說，在黑匣子降低攻角然後將控制權交還給你的若干秒鐘的時間裏你被排除在了飛行控制體系之外。

你很可能從來都不知道這件事情。

為什麼變得如此激動？因為，有些時候，F-16的自我調整功能會把自己調整到被稱之為嚴重螺旋的境地。如果你讓自己陷入這種境地，你確實是有些麻煩了。不幸的是，

如果你真的計畫讓自己經歷一次這樣的經歷，你只能坐在那裡在接下來的驚心動魄過程中去探索究竟什麼是嚴重螺旋以及如何讓你的飛機重新飛起來。（Code One雜誌1986年4月號文章 翻譯：無定河邊骨）