超级战斗机——F-22“猛禽”(二、系统与升级)

超级战斗机——F-22“猛禽”(二、系统与升级)

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系统和武器

  F-22在叙利亚和伊拉克的作战已经证明了其隐身设计、超音速巡航性能和机载综合航电和传感器系统对作战产生的影响。总之,这些系统使“猛禽”能在其他飞机无法生存的空域中作战。

  F-22依靠不断升级来保持态势感知和空空/空地武器能力。该机的系统发展仍在进行中,只有作战部队的F-22会被全部升级到Block 35批次,而且只有在增量3.2B升级结束后,Block 35才能发挥出全部设计潜力。

  F-22已经完成的一些升级中,有些是预先计划的,有些是紧急实施的。如F-22在2012年曾因缺氧事件而被暂时停飞,为此紧急修改了机载制氧系统,结果此后三年多的时间里没有再发生类似事件。今年,作为永久解决方案的自动氧气备份系统的改造项目也将完成。

F-22的分子筛机载制氧系统(OBOGS)是霍尼韦尔的产品
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新能力

  F-22需要不断升级才能应对变化中的威胁并利用新武器的技术优势。

  这种需求反映在了今年2月份公布的2016财年F-22现代化升级预算申请上,美国空军要求获得4.032亿美元用于F-22升级项目的研究、开发测试和评估,并且还需要2.024亿美元进行制造和安装。

  F-22机体间存在的巨大差异,在2014开始打击IS时,F-22部队拥有大约34架Block 20、63架Block 30和86架Block 35。其中Block 35具有增强的综合传感器和航电套件、以及侧视合成孔径雷达(SAR)和电子攻击能力,而且对Block 30引入的卫星通信和数据链兼容能力进行了加强。Block 35的增强型挂载管理系统(ESMS)能兼容更多弹药。
Block 35已经安装了APG-77的侧视阵列
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作战部队的F-22安装了两种版本的软件,分别是增量2.0和3.1。截至去年年底,79架F-22已经升级了增量3.1。到2018年,战斗部队的所有F-22(大约144架,排除了退役和留作训练或测试任务的飞机)都会升级增量3.1。现在,剩余的F-22都已升级了增量2.0。级后的F-22能自动共享信息,相比之下,早期飞机的飞行员必须手动向飞行计算机输入详细信息。

  不同的机身和软件配置使操作复杂化了,在维护方面,由于嵌入式软件存在差异,相同批次的F-22间可能无法做到零件互换。

雷达模式

  增量3.1为F-22的诺斯罗普·格鲁门/雷声APG-77(V)1有源电子扫描阵列(AESA)雷达提供了新的空地雷达模式和SAR地图测绘功能。该软件还增强了飞机的地理定位能力,提高飞机投掷JDAM这样的制导弹药的能力,使飞行员可以选择多个目标进行攻击。

  增量3.1可以使F-22内置多达8枚250磅(133千克)的GBU-39/B小直径炸弹I(SDB I)制导弹药,但只能同时攻击两个目标,目前已经进行了广泛的实弹测试,F-22部队计划于2017年10月开始使用小直径炸弹作战。增量3.1还使电子攻击成为可能,F-22有潜力使用AESA雷达的精确波束发射集中能量来干扰或烧穿敌人的电子设备,但短期内还无法投入使用。

F-22连续投掷4枚小直径炸弹
F22

小直径炸弹的挂载方式
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增量3.2

  直到增量3.2B升级完成后,F-22才可以发挥出Block 35构型的全部能力。增量3.2已成为一项重大的国防采办项目,分为3.2A和3.2B两部分,将分别于今年7月(预计2017年完工)和2020年(2022年完工)开始实施。

  增量3.2将为F-22提供先进电子防卫和战斗识别能力,并显著提高定位地面威胁的能力。增量3.2还会集成一些新武器,如雷声公司的AIM-120D先进中程空空导弹(AMRAAM)和AIM-9X Block II型“响尾蛇”。F-22在今年4月进行了首次AIM-9X实弹测试。

F-22首次AIM-9X实弹测试,击落了一架BQM-34靶机
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当增量3.2中对ESMS进一步升级后,“猛禽”将能在飞行中对多达8枚的SDB重新规划目标。增量3.2还会为F-22增加Link 16数据链接收能力(不能发送),以及自动地面防撞系统。

  上述升级并不会停止F-22进化的脚步。目前看来,F-22急需为隐身Link 16数据链增加发送能力,这将增强“猛禽”和其他飞机及地面部队交换战术信息的能力。

  前155架F-22安装的是32位综合计算机系统,CPU主频只有25MHz,已经远远过时,也需要更换。目前的升级建议是使用一套类似F-35的综合开放架构计算机系统取代F-22上的所有计算机系统。

仅25MHz的CPU
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正在规划中的增量3.3还纳入了自动目标跟踪能力,但尚未获得拨款。
增量3.2升级内容提要
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头盔显示器

  为了充分利用增量3.2提升后的武器能力,美国空军希望F-22能装备一种技术成熟的头盔显示器系统来为传感器和武器指示目标。头盔显示器将在2017财年获得投资,在2021年投入使用。泰利斯公司的“蝎子”头盔显示器已经在“猛禽”上进行了演示,今年晚些时候,美国空军应该会挑选出满足要求的头盔系统。

“蝎子”头盔显示器
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另一项拟议中的升级是“五代向四代”联网项目,旨在促进F-22、F-35和F-15C“鹰”之间的网络连接,尤其是在空战时。项目计划于2017财年启动,被认为能在21世纪40年代实现美国空军网络中心空中作战目标。

武器

  F-22的所有武器都被融入隐身设计,其内置通用动力20毫米M61A2“火神”机炮(480发炮弹)的炮口隐藏在一片与机身齐平的舱门后方,只有在舱门打开后才能射击,这样能降低对隐身性能的破坏。

F-22的机炮舱门设计
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F-22的主要空空武器都内置在三个武器舱中。机身两侧弹舱可各容纳一枚AIM-9M“响尾蛇”导弹,挂在在LAU-141/A滑轨上。主弹舱最多可容纳6枚雷声AIM-120C-7 AMRAAM,挂在LAU-142/A垂直弹射挂架上。
侧弹舱全貌
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F-22主弹舱全貌,上方弹舱安装了一个LAU-142/A导弹挂架和一个LAU-147炸弹挂架
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至于空地任务,F-22的主弹舱可挂2枚1000磅(454千克)GBU-32联合直接攻击弹药或8枚GBU-39/B SDB,以及两枚AMRAAM。在不需要隐身时,4个翼下挂架可以挂副油箱,每个挂架最大承重5000磅(2268千克)。
F-22可以同时挂4个副油箱
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F-22的主要传感器和系统

诺斯罗普·格鲁门/雷声公司的AN/APG-77(V)1有源电子扫描阵列(AESA)雷达

  F-22 Block 30/35安装了改进型多模AESA雷达,在得到增量3.1升级前,这种雷达就能通过交错使用空空搜索、多目标跟踪、气象测绘、空地模式以及侧视阵列来提供态势感知了,其高度定向的雷达波束降低了被截获的概率。据报道,这种雷达能在大约109海里(200公里)的距离外探测到雷达截面为1平方米的目标,可在125-150海里(231-277公里)外发现战斗机大小的目标,探测距离是F-15C原APG-63雷达的两倍以上。
APG-77的天线阵列
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TRW AN/ASQ-220

  TRW公司的AN/ASQ-220集成通信/导航/识别(CNI)系统使F-22能在保持隐身的同时在飞机间分享信息,而且在作战时无需飞行员干预。CNI系统包含了内置飞行数据链、一套兼容Link 16的联合战术信息数据系统(JTIDS)(只能作为接收终端,增量3.1升级后开始启用)、一个MK12敌我识别器(增量3.2B升级后具有Mode 5识别能力)以及UHF/VHF无线电(升级到能加密通信)。

休斯通用集成处理器(CIP)

  F-22的航电架构用一套中央处理系统来连接传感器和航电设备,任务计算机的双CIP提供了冗余能力。增量3.1升级CIP软件后,能用可调整的任务规划数据进行传感器发射管理和多传感器融合,能对选定威胁辐射进行精确地理定位,为F-22的机载武器提供瞄准数据。
F-22的CIP模块
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BAE系统公司的AN/ALR-94综合电子战系统

  所有Block 30和35的F-22在制造时就安装了综合电子战系统(IEWS),该系统提供了雷达告警、实施反制措施、导弹发射探测功能。其中的AN/ALE-52布撒器能发射箔条、红外干扰弹、诱饵弹和消耗性主动干扰载荷。

  IEWS的主要设计目标是:F-22在对抗多个目标时,能通过目标探测、分类、跟踪和攻击,在保持隐身的状态下实现先敌发现和先敌猎杀。该系统代表着战斗机首次装备宽带电子战数字接收机,使用来自被动传感器的数据,通过F-22机身和机翼的光电孔径实现了360度全覆盖。IEWS的最近升级对F-22达到目前的高精度地理定位能力做出了贡献。
F-22机身侧面的光电孔径
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自动地面防撞系统

  洛克希德·马丁的臭鼬工厂、空军研究实验室和NASA已经为F-22研制出了自动地面防撞系统(Auto GCAS),他们在研发中使用了为F-16 GCAS系统开发的技术。Auto GCAS能在飞机撞地前警告飞行员,如果飞行方向没有变化,系统就操纵飞机进行自动改出。F-22会快速横滚至机翼水平姿态,然后做5g拉起直到能安全规避地形。该系统会不断更新飞行路径前方的障碍物,与机载数字地形标高数据库进行对比后检查飞机是否处于即将发生的危险中。Auto GCAS可以被越控,如飞行员启动的改出系统(PARS)功能时(PARS是飞行员在迷失方向或缺氧时可启动的自动改出操作)。
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