F16為什麼是劃時代戰機?世界首款靜不穩定和電傳飛控戰機。美國F16和蘇聯蘇27機動性能誰更強?| #探索時分

軍事情報局-探索時分-周子定
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#探索時分 #F16 #武器供應國
F-16是一款劃時代的戰機,它的重要性超過同時代的蘇-27、F-15、F-14、F-18。為什麼?很簡單,因為F-16是世界上第一款靜不穩定,同時還有電傳飛控的戰鬥機。靜不穩定、電傳飛控,這些劃時代的設計,直接奠定了之後幾十年的飛機設計思路。
那什麼是靜不穩定,什麼又是電傳飛控呢?我們先從電傳飛控講起。
補充:
前幾天和一位美國飛行員聊天,空客的飛行控制自動化程度更高,但是飛行員更喜歡波音的飛控,因為有真正控制飛機的感覺。波音的操控桿有力反饋,如果主副機長同時拉動自己的操控桿,互相能感受到。空客就沒有這樣的設計了。
第一次嘗試比較深入的STEM的話題,盡力了,各位觀眾藏龍臥虎,歡迎大家提出建議。
最後推薦一下美國youtuber Destin的視頻,和美國藍鳥特技飛行隊體驗9G。
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F-16是一款劃時代的戰鬥機
它的重要性遠遠超過同時代的蘇-27、F-15、F-14等等
為什麼呢 很簡單
因為F-16是世界上第一款進步穩定
同時還有電船飛控的戰鬥機
進步穩定 電船飛控
這些劃時代的設計
直接奠定了之後幾十年的飛機設計思路
那麼什麼是進步穩定
什麼又是電船飛控呢
我們先從電船飛控講起
所謂電船飛控
英文叫做Flight By Wire
Flight Control System
翻譯過來就是用電信號進行飛行控制系統
聽起來很繞口啊
它主要分為兩部分
一個叫電船
一個叫飛行控制系統
我們要先講一下什麼是飛行控制系統
我們拿開車舉例子
您在路上開著車
右轉彎方向盤打20度
這個車也跟著轉20度
一切都很順利
但是假如你在下雪天開車
冰天雪地
這地上結了冰特別的滑
這個時候您打方向盤轉20度
這車90%不會轉20度
它一定會打滑
這個時候您怎麼辦呢
您調整方向盤的角度
打的再大一點或者再小一點
使得雖然我的輪子轉向可能是30度或者10度
但是車行走的大致方向依然是20度
這就是一個簡單的控制系統
只不過控制車的是你而不是計算機
控制系統一定要有一個反饋
您在開車的時候打滑
這偏移的角度就是反饋
你接收到這個反饋之後
你就對你的車進行調整和控制
使得車達到你想要的方向
它不就形成了一個閉環的循環了嗎
調整了不行繼續調整
直到車走到你想要的方向為止
如果各位朋友學過控制理論課就知道
這就叫做閉環系統
飛行中也是一樣的
只不過沒有方向盤了
是通過你的操縱桿控制飛機的各個惰面
最終目的是達到控制飛機的飛行姿態
而所謂的飛行控制系統
就是說從你接收到反饋
到對系統進行調整這樣一個過程
它不是由飛行員駕駛員來做了
而是交給計算機自動的去做
我們還是拿汽車舉例子
在冰天雪地裡開車
方向盤打了20度
這個時候車打滑了
不需要你手動去調整
計算機自己感受到車打滑的方向
自動調整車輪有可能是15度
也有可能是30度
但是一直保證在你想要的方向上前行
這樣的話 駕駛員不就輕鬆多了嗎
飛機上也是一樣的
飛機在飛行的過程中
遇到的環境比汽車在冰天雪地的環境更加惡劣
在不同的高度 空氣密度不一樣
聲速也是在變化的
你會碰到各種各樣的穩留
擾亂飛機的飛行姿態
而通過飛行控制系統
你就不需要計算反饋
手動進行調整飛行姿態了
計算機就可以做這個事情
所以說 電船飛控的出現
對於戰鬥機來說是非常大的性能提升
我們剛才講的飛控就是飛行控制
那麼什麼是電船呢
我們還是回到汽車這個例子
傳統的船動是你的方向盤
通過機械結構直接連著你的輪子
你想打20度 馬上車輪就給轉了20度
但是如果這個時候
你加上這樣一個控制系統就面臨一個問題
你的方向盤打了20度
但是你的車輪是由計算機來控制
它可能需要調整隻打15度
那這個時候怎麼辦呢
你的方向盤和你的輪子之間
它就不能直接通過機械結構連接了
中間加入計算機
你方向盤轉了20度
計算機感受到這個輸入
然後計算機直接去控制輪胎的方向
使得輪胎可以在19度 20度 21度間調整
這就必須要通過電信號進行傳輸
方向盤的轉向轉化成電信號
輸入給計算機
計算機經過計算驅動機械結構
使得輪胎轉向
這就是電傳
飛機上的例子依然是相似的
飛行員操控各種操控桿
操控桿並不是直接通過機械結構
和飛行舵面以及翼面相連的
而是信號轉化為電信號
使得計算機知道你想要什麼樣的飛行姿態
然後計算機再通過電信號
去控制飛行舵面的變化
我們給大家舉個例子
各位如果有開過空客的飛機
空客主副駕駛員各有一套操作系統
這兩套操作系統之間的關係是什麼呢
是疊架
比如說機長讓這個飛機拉起來一個角度
這個時候副機長也拉起來一個角度
這兩個角度最後就會自動計算進行疊架
它怎麼實現的呢
就是通過電傳飛控
計算機接收到兩套操作系統的信號
經過計算 疊架出來一個新的信號
用這個新的信號去驅動飛行舵面
控制飛行姿態
這就是電傳飛控
電傳是手段
達到飛行控制纔是你的目的
不僅有電傳飛控 還有機械飛控
在最早的蘇-27驗證機上使用的就是機械飛控
後來發生了多起事故之後
改用的是電傳飛控
關於蘇-27 我們下一集帶給大家
F-16是世界上第一款使用電傳飛控的飛機
為什麼要採用電傳飛控呢
因為它是世界上第一款進步穩定的飛機
它必須要用電傳飛控
那什麼又是進步穩定呢
舉個簡單的例子
一架飛機在平直飛行的過程中
容易受到氣流擾動
當它的機頭受空氣擾動
向上抬的時候
這個時候 如果你有一個低頭的力矩
飛機不就自動恢復到平直的位置上了嗎
這就叫進穩定
它自己能夠恢復到一個平穩的狀態
那什麼是進步穩定呢
就是這個飛機在受到擾動的時候
飛機抬頭 但是受到另外一個抬頭力矩
使它離平衡位置越來越遠
它不就進步穩定了嗎
這就是進步穩定
那麼進穩定和進步穩定是由什麼決定的呢
簡單來說 飛機有一個氣動中心
也有一個重心
當氣動中心在重心之前的時候
飛機受到氣流擾動
因為飛機仰角增大
這個時候你升力增強
升力作用到氣動中心
所以如果氣動中心在重心之前
它自然而然就形成了一個抬頭力矩
它就像一個翹翹板一樣
它就會增大飛機的不穩定性
飛機本來是要抬頭的
你再給它抬一個頭
飛機不就不受控制了嗎
這就是進步穩定
而如果氣動中心跑到重心的後面
當飛機抬頭的時候
正好就形成一個低頭力矩
因為它的升力作用在後面的氣動中心上
它就使得飛機更加的穩定
這就變成了進穩定
進穩定好不好 當然有好處
因為你的飛機更好控制了
有沒有不好處 當然也有
就是你的升阻比變大 不靈活
你在平直飛行的時候
當你抬頭 你希望它是一個低頭力矩
使得飛機保持平穩
但是當你要做出飛行動作
當你要想把飛機拉昇的時候
你這不就要額外克服一個低頭力矩嗎
花費更大的生力來提升你的飛機
所以進穩定的飛機更容易操控
但是更加不靈活
還有一個問題
當飛機從亞音速跨越到超音速的時候
氣動中心會自動後移
這就意味著一個原本靜穩定的飛機
氣動中心後移之後
使得平衡的力矩變得更大
飛機就更不容易拉昇或者變向了
而在F16設計的時候
美國軍方對F16的要求是
你是一個輕型飛機
你要在亞音速和跨音速有極強的機動能力
所以當時的設計方通用動力
經過巧妙的構思
就提出了進步穩定的設計方案
我的飛機會更加靈活
但是不容易操控
這怎麼辦呢
只能通過電傳飛控
怎麼控制呢
比如當飛機平直飛行的時候
你受到氣流擾動 抬頭
因為你進步穩定
你受到額外的一個抬頭力矩
這個時候飛機通過傳感器
感知到飛機的偏移角度
自動計算出所需要的低頭力矩
通過電信號控制飛行的惰面
提供所需要的力矩
使得飛機直接恢復到平直飛行的平穩狀態
這樣設計的話
F16就能夠保持平穩的飛行
又可以保持極大的可操作性和靈活度
所以F16的各項指標
像順盤 穩盤 爬升率
都要遠遠超過同一時期的戰機
同時在超音速階段
F16就一下從進步穩定變成了靜穩定飛機
這也是非常巧妙的構思
F16的這個設計是里程碑式的
它直接奠定了後世飛機設計的基礎
後世的很多飛機
無論是美國的 蘇聯的 還是歐洲的
都走了F16這樣一個電傳飛控加進步穩定的設計結構
F16是1974年首飛
世界上第二款進步穩定飛機
蘇27三年之後才首飛
雖然蘇27有後發優勢
但是我們後來通過蘇聯和美國解密的資料進行對比
就會發現 F16的機動性能
竟然遠遠在重型戰機
裝備兩個發動機的蘇27之上
這不僅大大超過了蘇聯專家的想像
也超過了很多軍迷朋友之前的設想
當時以F15和F16為代表的西方戰鬥機
在八十年代的幾場衝突中
取得了壓倒性的優勢
直接震驚了蘇聯
蘇聯當時就委託蘇聯中央流體研究院
用經典的工程方法估計了幾種西方飛機的性能
然後和蘇27的飛行測試結果進行對比
而在美國本來就有F16的AGARD242試飛報告
在中美蜜月期 中國就獲得了這份報告
將它譯成中文
我們就以這些解密的資料為基礎進行分析
在跨音速最大過載方面
F16的實測值達到了9G以上
蘇27的實測值只有7.5G
這個F16的9G是因為人體承受的極限
並不是飛機本身的極限
在美國著名YouTuberDustin的一集節目中
他就和美國空軍雷鳥飛行表演隊一起飛行F16
F16飛行員告訴他
這款飛機最大的極限是飛行員自己
並不是飛機本身
而在海平面最大速度方面
F16的實測值達到了1.2馬赫
而蘇27的實測值只有1.14馬赫
在持續轉彎過載方面
當飛機在5000米以0.9馬赫飛行時
F16A的實測值是7G
而蘇27的實測值是6.7G
而改進後的F16C同條件可以達到7.45G
而爬升率也就是所說的SEP
F16A實測值達到每秒343米
蘇27的實測值只有每秒310米
F16遠遠超過蘇27
我們可以看出來
在飛機的飛行性能各個方面
F16作為一款單發動機的輕型戰機
竟然在每一個數據上全面碾壓蘇聯的雙發戰鬥機蘇27
可以說採用了靜步穩定和電船飛控設計的F16
是四代戰機中空戰機動性能最好的戰鬥機
不僅遠遠超過蘇27
而且和美國自己的F15 FA-18比也毫不遜色
F16到目前生產了接近5000架飛機
是最受歡迎的第四代戰機
各國空軍不是傻瓜
都是專業飛行員出身
飛過那麼多飛機了
他們選擇F16是有道理的
我們知道 臺灣現在裝備的F16V
就是在F16A的基礎上發展來的
氣動佈局基本沒有什麼變化
而中共的殲11殲16等主力重型戰機
都是在蘇聯的蘇27的基礎上發展來的
氣動佈局也沒有太大的變化
如果我們單單討論飛機的機動性
可以說目前臺灣的F16V
面對殲11殲16能取得絕對的優勢
當然戰機的比較往往是多方面的
我們今天限於篇幅限制
以分析F16的設計思路為主
最後對比蘇27的測試數據得出結論
在機動性能方面
F16將勝過蘇27側位加速
蘇27是世界上第二款進步穩定戰機
那麼蘇27作為蘇聯最後的榮光
又有著什麼樣的故事呢
我們將在接下來的系列節目中
先後為大家帶來蘇27殲11殲16的分析
敬請期待
我是子定 我們下集再會
