三十年霸業再回首

比較兩型戰斗機的優劣總是會引起極大的爭議，但“戰果最輝煌的第三代戰斗機”這一頭銜卻由F-15牢牢占據。這款外觀保守，以致幾乎見不到所謂“三代機典型特征”的戰機，憑借什么成就了長達三十年的空中霸業呢？本文將從技術角度詳細解讀。

飛行性能

普遍認為第三代戰斗機的典型特征是大邊條、翼身融合、放寬靜安定性、機翼自動變彎度等等，代表則是F-16和蘇-27。與此形成鮮明對比的是，F-15并未采用大邊條和放寬靜安定性技術，甚至放棄了在F-4上應用過的前緣機動增升裝置，僅僅使用了簡單的前緣錐形扭轉。毫無疑問，從所采用氣動技術的先進性而言，F-15不如F-16和蘇-27，但我們不妨從近年來最吸引眼球的大迎角飛行能力開始，重新認識一番F-15的能力。

很多人都認為“大邊條布局或者鴨式布局才能有優秀的大迎角性能”，然而恰恰相反，沒采用這些技術的F-15擁有良好的大迎角飛行特性。F-15在1974~1975年間完成失速特性研究，之前出版的飛行手冊多少限制了飛機對稱構型的使用迎角和故意進行失速、過失速飛行的行為，但之后關于F-15的飛行手冊對此都不再限制，僅對載油和外掛不對稱條件下使用迎角作出規定，禁止故意進入尾旋。

根據試飛結論，F-15的低速最大穩定迎角為40°，隨飛行馬赫數提高而降低，在高亞音速到跨音速區域范圍使用迎角則受抖振強度的限制。F-15大約在8°迎角附近會發生輕度抖振，到11°左右發展為中度抖振，此后抖振強度基本穩定。而21°迎角是F-15穩定性的Hopf分叉點（在此點，動態系統喪失穩定性），在該點附近F-15發生機翼搖擺和偏航振蕩，最終在拉滿桿后，穩定在大約40°迎角。隨著速度降低，飛機會發生失速。在臨近失速時，使用方向舵進行滾轉控制，比依靠副翼有更高的效率。達到失速迎角后，方向舵和副翼效率均降低。F-15在不對稱載荷小于5000磅·英尺的構型下是抗偏離的，尤其是無中央副油箱的構型極度抗尾旋，在巡航飛行狀態即滿拉桿，并進行全行程的交叉輸入，使得飛機不至于進入尾旋。

到目前為止還沒有戰例支持大迎角飛行能力可以在格斗中發揮重要作用。然而大迎角飛行能力可能限制到飛機的可用升力系數，從而影響飛機盤旋能力的發揮。F-15在升力特性方面的表現則是低速下在40°迎角可以獲得升力系數1.6，比風洞試驗的預測高了0.28，與F-16在25°迎角可以獲得的升力系數相近。但是F-15使用高升力時需要比較大的迎角，此時會發生比較大范圍的分離，也增加了阻力。

依靠緊湊的總體布局、相對較大的機翼面積和很高的重量控制水平，F-15的空重在重型機里輕到當時難以置信的地步。F-15A型機使用空重僅為12474千克，到F-15C的生產后期，空重也只有12928千克，即使是MSIP（多階段改進項目）之后的F-15C使用空重也僅有13707千克。這個重量不僅大大低于蘇-27和F-14，也低于F/A-18E/F。本文以12928千克使用空重作為F-15C的重量計算基準，這樣在掛載4枚AIM-7中距空空導彈，機內半油（6.5磅/加侖的JP-4燃料）時，其作戰重量不會超過17112千克。

對于瞬時盤旋機動，在跨音速時，又存在一個限制機動的氣動現象——“加速旋轉”，隨著飛機在跨音速機動中減速，會突然上仰，產生附加過載。針對這一問題，很多飛機的解決方法是在進入跨音速范圍后，將過載限制下降1.5～2g，可保證安全，但限制了飛機的機動能力。F-15為了充分發揮機動能力，根據飛機的馬赫數和飛行高度，制定了一套非線性變化的函數來限制使用過載，并隨時通過過載告警系統，用平顯字符和聲音向飛行員提示，在較大的范圍內允許飛機以17010千克重量進行9g的飛行，最低過載限制是9080米高度，速度1.03馬赫時為7.33g，故當過載告警系統被關閉時，F-15被要求不能進行超過7.33g的機動。

F-15C在3050米高度攜帶4枚AIM-7和4枚AIM-9導彈，重量為18186千克時，關閉過載告警系統，過載限制為7.33g，可計算F-15在最大瞬時盤旋時升力系數約為1.44，符合“使用迎角隨速度增加有所下降，配平旋轉阻力矩使升力略有損失”的規律。那么考慮在海平面，飛機開啟過載告警系統的狀態，可用迎角提高約2°，升力系數達到1.5，可以計算出F-15C在海平面攜帶50%燃油和4枚AIM-7中距空空導彈的最大瞬時盤旋角速度為29.7°/秒。如果不是攜帶AIM-7，而是翼下掛載2枚AIM-9，重量將會減輕365千克（掛載AIM-9時增加了翼下掛架的重量），最大瞬時盤旋角速度則達到了30°/秒。這一數字可能讓人感到驚訝，30°/秒普遍被理解為“幻影”2000這類極低翼載戰斗機的專長。

在穩定盤旋方面也許更出人意料，盡管傳統上一般認為F-15由于輕得多的翼載荷和較大的推重比而具有優勢，但考慮到飛機升阻特性、發動機性能和重量，可以認為F-15并不優于F-16。造成這一現象的原因主要是F-15的亞音速升阻比不高，歸結到氣動方面，應該是沒有采用前緣增升裝置和自動變彎度技術，僅依靠前緣固定扭轉無法照顧到機動飛行包線。但是回顧美國空軍第三代戰斗機的穩定盤旋性能要求，可以發現設計重點是中空跨音速區域，“空戰在這一區域內頻繁發生”是美國空軍根據越南戰爭（導彈時代的首次大規模空中作戰）得出的認識。這一區域內，F-15在低空可以達到9g的結構限制，在中空則可以不受限制地發揮飛機的性能，直到6000米以上的高度，F-15都可以享有過載優勢。

爬升

在爬升方面首先要明確的是，蘇-27改裝了專用于創紀錄的飛機П-42，起飛重量明顯小于生產型蘇-27飛機。同時，П-42所用發動機為推力達到133.25千牛的Р-32，根本沒批量生產。因此，П-42的爬升紀錄無法代表蘇-27的爬升性能。

80年代中期的F-15C可以從比它略輕的TF-15A（后來改稱F-15B）數據來推算，考慮到F-15B零升阻力較F-15C略大，單位重量剩余功率的下降，忽略僅有數十磅力量級的誘導阻力變化。攜帶4枚AIM-7F導彈時，16900千克的F-15B海平面最大爬升率達到330米/秒；重量增加到17111千克的F-15C，海平面最大爬升率約為326米/秒。

發動機

F100系列發動機存在一個在平時被禁止使用的Vmax開關，位于左側座艙蓋下，由一個線扎的護蓋擋住。此開關啟動時，加力燃油流量增加。Vmax狀態連續使用時間不得超過6分鐘，每次使用須報告并有地勤檢測，一個翻修期的總使用時間不得超過60分鐘。在截擊作戰中，如果F-15的飛行員使用了Vmax狀態，還可以獲得一些額外的優勢。

航程

F-15C攜帶4枚AIM-7時的載油系數約為30.3%，每臺發動機啟動則耗油14.5千克，轉速上升時耗油37千克，滑行耗油10.4千克/分鐘。假設約滑行5分鐘左右，起飛前總計耗油227千克，則起飛前總重約18840千克，余油約5882千克。以此初始重量加速至爬升速度，再耗油136千克，按要求在海平面使用最大連續推力5分鐘，耗油約681千克，前進距離約82千米；爬升至13725米，耗油約454千克，前進距離約111千米。F-15C巡航初始重量約18023千克，余油4610千克，在最優巡航高度13420米，每千克燃油支持的巡航距離約1.23千米。航線余油要求為20分鐘。海平面最大航時巡航，油耗約545千克，并攜帶5%初始油量著陸。下滑不計油耗和距離。巡航段可用燃油約3760千克，該段航程約1994千米。可知F-15的機內油總航程約為2200千米。

火控

F-15的火控傳感器僅有AN/APG-63雷達，是最早裝備部隊的具有高中低脈沖重復頻率（PRF）的全波形數字化雷達，具有作用距離遠，下視能力強，重量輕的特點，探測距離約為144千米。這個數據是85%累積檢測概率下探測2平方米目標。并且AN/APG-63下視探測距離沒有明顯下降，是全波形雷達的優勢。

蘇-27的火控系統要比F-15多出由光學雷達和頭盔目標指示系統構成的光電瞄準系統。而且蘇-27的雷達天線直徑達到975毫米，重達550千克，而光學雷達ОЛС-27的重量也高達120千克。這使蘇-27在火控系統的探測部分重量就達到了F-15的約3倍。然而在50%檢測概率時，РЛПК-27雷達對3平方米目標的迎頭探測距離為100千米。也就是說，F-15在高得多的檢測概率下，對較小的目標探測距離還要高于蘇-27。

蘇-27的火控系統中另一項引人注目的構成是頭盔目標指示系統НСЦ，可使P-73導彈導引頭隨動于飛行員視線，令蘇-27可以在機頭指向敵機之前便能鎖定目標，取得格斗優勢。但НСЦ因傳感器安裝于平視顯示器兩側，只能測量±60°錐角，只能測量20°/秒以內的視線角速度，且頭部附加質量為350克。另外，НСЦ性能并未明顯超過美國1969年應用于海軍F-4J戰斗機的AN/AVG-8頭盔瞄準具，只不過蘇-27裝備可大離軸發射的Р-73導彈，且本身具有優異的機動性，在格斗中依靠НСЦ進行大離軸攻擊是一項優勢。

武器

F-15使用延續數十年的AIM-7和AIM-9系列，直到冷戰之后才添加了新的主動雷達制導中距彈AIM-120系列。美國在空空導彈方面一直堅持逐步改進既有型號，形成系列發展，與蘇聯為每一代甚至部分型號飛機研制新導彈大相徑庭。

F-15A主要使用1976年交付的AIM-7F，主要特點是制導系統引入了脈沖多普勒技術，可以濾除地雜波的干擾，攻擊約合15米高度的目標。同時它通過換裝發動機并提高導引頭檢測能力，大大提高了導彈的射程，由AIM-7E的50千米陡增為98千米，導引頭在連續波照射下對雷達表面反射面積（RCS）為2平米的目標作用距離達到41千米，對RCS為5平米的目標作用距離更達60千米。

蘇聯在Р-27Р導彈開始研制時就已經判定其導引頭РГС-27（9Б-1101К）的作用距離無法達到AIM-7F的水平。為了突破導引頭距離對導彈射程的限制，蘇聯在導引的中段引入了指令制導方式，在導引頭能夠截獲目標之前，通過載機發出指令，引導導彈飛向目標。這種方式使Р-27Р的發射距離達到了與AIM-7F接近的水平，但付出了導彈設備復雜，重量增加的代價，直到80年代中期才完成研制工作。

與Р-27的高技術低性能不同，蘇聯Р-73確實有值得驕傲的資本——在世界上首次實現了多元非成像紅外導引頭和推力矢量控制。Р-73的導引頭為獨特的L形布置二元非成像敏感器件，當它旋轉時，目標輻射依次在兩個探測臂上形成信號，進行鑒相處理后，得到目標方位信息，大大增加了進光量，能夠有效提高對目標能量的利用，同時使噪聲大幅降低。Р-73的另一特征為兩副擾流片構成的推力矢量，用于在發射初段使導彈能在較低速度下實現大離軸快速轉向。盡管要付出擾流片偏轉時的推力損失，擠占了彈尾空間，但推力矢量對于近距離纏斗具有重要意義。與AIM-9L相比，Р-73離軸攻擊能力是AIM-9L無法相比的，而且Р-73最大過載高達50g，在對付高機動性目標方面具有很大優勢。

應該說，Р-73在設計理念上很接近美國70年代研制的AIM-95導彈方案，但美國從成本和復雜性出發，將這一進行到試射階段的項目下馬，選擇了相對保守的AIM-9L導彈。AIM-9L通過新的銻化銦敏感器件和改進氣動布局，獲得滿足當時要求的導引頭探測能力和機動性（馬島戰爭已經證明）。盡管AIM-9L導彈很輕，但低阻力彈體設計和高效發動機，可以使它對約3000米高度以0.9馬赫飛行并作5g逃逸機動的開加力目標，達到約8.5千米的最大射程。

電子戰

F-15配備了戰術電子戰系統，包括AN/ALR-56雷達告警接收機、AN/ALQ-135內裝式雙模干擾機、AN/ALE-45干擾物投放設備和AN/ALQ-128組成。

ALR-56采用了掃描超外差體制，優點是可以允許選取高靈敏度，有很高的頻率分辨力，分選信號的能力非常好。但它的瞬時帶寬小，需要時間進行頻域掃描，因此對猝發信號的檢測概率不理想。但這在當時不算缺陷，并且ALR-56包含了獨立的低頻段接收機和高頻段接收機，可以共同工作。ALR-56由可重編程的計算機控制，可以根據威脅條件的變化更新威脅數據庫，通過對抗顯示器向飛行員顯示威脅的方位。檢測到威脅之后，可以直接控制ALQ-135雙模干擾機針對施放有源干擾，或控制ALE-45投放干擾物。

ALQ-128只見于美國自己使用的F-15，位于左垂尾的頂部，關于它的信息比較模糊，有“針對敵我識別進行告警和干擾”的說法，也有“多普勒導彈逼近告警雷達”的說法。從它的保密程度看，前一說的可能性比較大。

F-15的電子對抗系統在70年代居于領先地位，在80年代足以對付已知威脅，遠優于蘇聯同期水平。

可靠性

F-15有過一個流傳甚廣的綽號——“機庫皇后”，給人留下了“高故障、難維護”的印象。然而事實上這僅是F-15A剛剛開始服役的幾年，航電設備處于完善階段，故障較多，發動機飽受懸掛失速問題和耐久性問題的困擾。

通過努力，在服役4年后的1979年，F-15完全任務完好率達到與當時空軍的主力F-4E相當，在1981年超過了F-4E，成為空軍可靠性最高的戰斗機。在這一過程中，F-15機隊的平均故障間隔飛行小時數由0.68增長到1.68，其中F-15C/D機隊達到1.85，而較新生產的F-15C/D Block24~26和27~29分別達到了2.49和3.31。F-15A/B機隊的每飛行小時維護工時穩定在22個，F-15C/D則是17.4個，達到了以高可靠性著稱的F/A-18的水平。

結語

隨著時間推移，我們對一型飛機所能獲得的信息越來越全面，對其進行全面評價的可能性逐漸提高，所得到的結論很可能與初期零星信息的推測差異不小。對于仍在役的成熟型號，研究分析不應因循過去的既有信息，而應根據目前已有的信息加以更新，不斷深化認識。F-15從“機庫皇后”和“不浪費一磅重量到對地”，發展到現在的“全能多面手”，外界對它的認識過程變化，可以對我們研究軍事提供直觀啟示。