7、F-16战斗机

F-16是少见的革命性设计:翼身融合体、放宽气动静不稳定性、线控操纵(尽管早期的F-16还是模拟线控)、机腹进气道、气泡式座舱盖、倾斜式座椅、侧杆操纵。这些技术对后来的战斗机设计的影响太大了,以至于今天要找一架F-16之后问世而不受F-16任何影响的战斗机难之又难。翼身融合体既增加机身有效容积(=增加机内载油量),又平顺机翼机身结合部的气流分布(=减小阻力,增加升力),还增加翼根厚度(=改善结构连接条件,减轻重量),甚至对隐身有一定改善,实在是一举多得。早先的飞机都是气动稳定的,也就是重心在升力中心的前面,所以机头上仰,升力增加,使机头回压;机头下俯,升力下降,使机头回仰。但是速度增加,升力中心后移,导致机头下俯,需要压平尾来配平,引起配平阻力。放宽气动静不稳定性后,重心和气动升力中心可以按中速巡航条件设计,至少在巡航状态不再需要配平,大大减小巡航阻力。同时由于“正常状态”下飞机基本处于平衡状态,用较小的气动控制力也可以实现较大的机动动作,减小气动控制翼面面积和重量。但是低速飞行时气动不稳定,必须用快速自动调节平尾来控制飞行姿态。高速时,升力中心后移,又是气动稳定的了,没有问题。没有计算机控制的线控操纵,放宽气动静不稳定性不能实现,还没有飞出不稳定区就早已颠三倒四了。
F-16是第一个在量产型飞机上实现放宽气动静不稳定性的。线控操纵在F-16之前就有了,加拿大的流产的Avro Arrow就是线控操纵的。但早期的线控操纵只是把机械连杆操纵信号用电线传送,F-16首次在线控中增加了stability augmentation的功能,也就是对飞行员的控制动作加以“过滤”,将飞行动作局限在不超过飞行稳定性或机体强度极限的范围,达到“无忧虑”操纵。机腹进气道是又一个神来之笔。战斗机爬高时,先是机头上仰,但机体运动方向依然向前,像前行中昂首怒立的的眼镜蛇一样,然后才过渡到向上爬升。高速水平盘旋不是靠垂尾转舵,而是先横滚,机身基本侧倾到垂直角度,再拉大仰角(官名叫攻角angle of attack,指飞机纵轴线和前进方向的夹角),作水平“爬升”,达成盘旋。所以战斗机的高仰角性能对机动性至关重要。问题是,高仰角时,气流和进气道成一个角度,弄不好,发动机就要“断气”熄火。整个F-16就像围绕着发动机设计的一样,座舱只是在发动机前上方的延伸体,而这个延伸体在高仰角时恰好把前方气流“兜”住,理顺了,机腹进气道再一口吞进去,到发动机前端时,气流分布相对均匀,气就顺多了,发动机可以保证正常工作。机腹进气道不光起整流压缩作用,还缩短进气道长度,减小进气压力损失,减轻结构重量。座舱在前面说到的延伸体上,所以高高在上,正好改善飞行员的视界。高点座舱由F-15开始,F-16达到极致,以后成为现代战斗机的标准布置。
F-16的没有框架的整体式座舱盖是很多战斗机力图模仿的,其理想的视野是没说的,但是除了F-22,没有第二家,原因主要是成本和重量。要保证没有光学变形,耐鸟撞,耐气流冲击,在飞行员弹射逃生时破裂得干脆利落,是挺难的。倾斜式座椅的用意是减小高负载时血液下流引起飞行员黑视的影响。理论上讲,平躺最好,血液最多从前脑流到后脑,比从头脑流到脚跟要强得多。但是实验表明,角度要到60度以上才开始真正起作用,而这么斜躺着,前方视野基本没有,不实用。F-16的30度到底有多少作用,并没有公论。不过这么一躺,传统的中置操纵杆用起来就不方便了,只好改到侧置。好在用线控了,操纵杆的位移量用不着太大,侧杆不再受“拉不开”的局限。侧杆还可空出两腿之间的位置,可以布置一个显示器。不过侧杆的优越性至今仍有争论。左撇子用起来不方便;战时右手受伤了,左手无法接替操纵;如果线控坏了,用机械备份操纵,仍然受到位移量的限制;两腿中间的位置是空出来了,但右手的位置被占用了。F-18还是中置,EF2000也是(英国人说中置是where the God intends it to be),就连以色列流产的幼狮(Lavi)也是。都说歼-10和幼狮有点血缘关系,不知道歼-10是中杆还是侧杆?F-16原本是美国空军高低搭配的低端,但其卓越的性能使其在许多中等国家的空军里担当起全能的脚色,难怪F-16是F-4之后产量最大的美国战斗机。