为什么F-18超级大黄蜂的g值限制为7.5,而F-16的g值限制为9?

擒龙书局 2024-09-05 08:58:25

问:为什么 F-18 超级大黄蜂的 g 值限制为 7.5,而 F-16 的 g 值限制为 9?

答:我的答案主要基于“大黄蜂”而非“超级大黄蜂”,因为关于“大黄蜂”的文献资料很多,而且最终,我对“大黄蜂”的评价与对超级大黄蜂的评价相同,反之亦然。

要回答这个问题,就要考虑超级大黄蜂的航母布局(额外重量)、使用寿命以及超级大黄蜂的作战方式。

A.)使用寿命:   

军用飞机的使用寿命通常为一定数量的等效飞行小时。在西方,大多数喷气式飞机出厂时的使用寿命通常为 6000 个等效飞行小时。

如果你总是直线飞行,没有炸弹或外部油箱,也没有在航母上降落,那么你的飞机在 6000 小时后就会像新的一样,如果你在航空母舰上滥用它或像后面提到的 F-16N 那样飞到报废,6000 小时是一个非常乐观的目标。

此外,超级大黄蜂号还能够在非常严酷和苛刻的航母环境中作战,弹射器发射时喷气机的横向 G 值最高可达 2-3,而拦阻装置再次以 4 个横向 G 值停下来。

试想一下,弹射器在发射时瞬间以 60 多吨的力拉动前起落架,在着陆时以类似的力拉动尾钩。将大黄蜂号挂在尾钩上完全没有问题!这些飞机的着陆速度通常也高达每秒 24 英尺(约 1600 fps),这就像以 25 kp/h 的速度开车撞墙!大黄蜂号在它的一生中会这样做数千次,你的车能做多少次撞墙技巧?

舰载 F/A-18 A/B 大黄蜂战机比提议的重 7700 到 10,000 磅,而且从未建造陆基 F-18L,只是为了承受航母作战的日常折磨‼️

空军喷气式飞机和陆基“大黄蜂”战斗机不需要应对这样的力量,因此每天允许 9 G 的过载要容易得多(我们仍然不要忘记,F-15A/B 也只被评为 7.5G,而 F-4 幻影战机在没有存储的情况下在对称亚音速拉力下的极限为 8.5G(F-4E 可以在最少存储的情况下拉动 8.5 G,而 RF-4B 在最佳条件下的一般极限为 6.5G)。

·9G 成为了 F-16 的标准,而在 F-16 之前,(持续)9G 转弯是闻所未闻的‼️

如果将这 6000 小时称为“等效飞行小时”,那么它自然会在一定程度上考虑到高 G 载荷下的某些常规机动以及在航母上着陆等情况,但如果机身承受的压力超过计算/预期,那么它甚至达不到 6000 小时。

许多 F-16 和 F/A-18 都进行了中期升级,包括结构修复和增强,以恢复喷气式飞机的完整性并提供高达 10,000 小时的等效飞行小时,许多喷气式飞机现在甚至超过了延长使用寿命的目标,并且仍然安全。   

超级大黄蜂的使用寿命延长计划将从原来的 6,000 飞行小时增加到 7,500 飞行小时并最终达到 10,000 飞行小时:

·等效飞行小时数是计算机身疲劳的一个指标‼️

我想说的是,你对飞机的滥用程度越高,它就会越快损坏,而且有精确的数学计算可以确定你的飞机在每次飞行中必须承受多大的压力。一些 1 小时的飞行可能非常艰难,以至于会占用机身 1.5 小时的寿命,而一次跨国渡轮飞行可能只占 0.7 个等效飞行小时,即使飞机飞行了 1 小时。

一架满载货物的 F-4(K)“鬼怪”战机每飞行一小时,大概需要消耗 2 个等效飞行小时:   

如果你的喷气式飞机在高 G 负载下飞行,携带武器,并且处于乱流中,而且在航母上操作的速度要快得多,那么你的机身将在 6000 小时后耗尽,如果它能飞行那么长时间的话。

美国海军 F-16N 战隼战斗机每天都在 Top Gun 演习中作为侵略者飞行,承受着极端的空战压力,每天多次超过 9 G,甚至定期以 2 马赫的速度飞行。

这些饱受摧残的喷气式飞机在服役几年、飞行数千小时后必须退役,因为这些喷气式飞机已经飞到报废,而美国空军常规机队的 F-16 经过 30 或 40 年的服役和 7000 小时的飞行后机身仍然完好无损。   

像“大黄蜂”和“超级大黄蜂”这样的美国海军舰载喷气式飞机已经建造完毕,并可以在海上连续飞行数月,适应弹射、航母着陆和恶劣的潮湿和咸水环境等高压力环境下飞行。   

让我们坚持前面提到的 6000 小时等效使用寿命,并考虑这些恶劣条件。减少机身压力的一个非常简单的方法是减少最大允许 G 力,减少航母操作不是一种选择,但仍然有一种方法可以减轻压力……等待它。

例如:

F/A-18 A 至 D大黄蜂战机的测试速度为 11.25G,但在正常运行下仍被限制在 7.5G,紧急时为 9G 限制,可以通过按下操纵杆上的按钮来超越该限制,以允许 FBW 系统在紧急情况下拉动 9G,例如即将发生碰撞或通过转弯来躲避来袭的导弹。

因此,我们有一架飞机可以承受 11.25 G,但为了持久,它只能承受 7.5 G,但如果真的有必要,它可以承受 9G,但紧急承受 9G 会消耗等效飞行小时,并且可能会减少 2 小时的使用寿命,只是因为你承受了 5 秒钟的 9G。

请注意,我不知道使用寿命损失,我只是取了圆顶数字,让你了解它是如何工作的。一般来说,这意味着,定期飞行到 9 G 的标准大黄蜂/超级大黄蜂可能很快就会变成垃圾,并且可能无法达到工厂保证的 6000 个等效飞行小时。

并非所有大黄蜂都限制在 7.5G。可能有 100 架 F/A-18 C 和 D 大黄蜂,在正常操作中实际额定为 9 G。瑞士🇨🇭F/A-18C 和 D 是第一款采用钛增强背脊的工厂大黄蜂,每次飞行都可以飞到 9G,而不必处理同等的飞行小时惩罚。在瑞士首次实施钛脊柱升级后,所有芬兰🇫🇮大黄蜂也在 1990 年代由当地公司 PATRIA 改装了钛增强脊柱!

瑞士拥有第一个9G:   

还要注意的是,喷气式飞机的最大 G 值仅适用于特定重量和对称拉力。在滚转过程中拉动 G 值对机身来说非常困难,并且会耗费大量等效飞行小时(使用寿命)。这也意味着,如果装载了 5 个满载外部油箱或 9000 磅炸弹,额定 G 值为 7.5 的(超级)大黄蜂只能拉动 4.5 G(4.5 G 是猜测,但可能是现实的。抱歉,我没有大黄蜂的所有手册)。

延长飞机寿命的其他示例和方法:   

1.) F-14 雄猫战机的额定过载能力为 7.5G,但在和平时期的行动中很快就降至仅 6.5G,以延长这款昂贵喷气式飞机的使用寿命。

2.) B-1 轰炸机的最大低空速度从 0.95 马赫降低到 0.85 马赫,以减少空气摩擦,更重要的是减少湍流低空穿透飞行期间脆弱的机身脊柱受到的 G 力应变。   

3.) 德国也做了类似的事情,将西科斯基 CH-53 种马直升机的最大速度从 165 节 IAS 降低到 130 节 IAS。

高速对直升机的旋翼和机身非常不利,就像 G 对喷气式飞机机身一样,而且由于 165 节的飞行速度本来就不常见,因此降低最大速度是延长直升机寿命的好方法,每架直升机的使用寿命可延长数千小时。

如果需要,CH-53 仍然可以全速飞行,因为直升机本身没有变化,他们只是减少了绿色弧线,并将空速指示器上的红色 Vne 标记从 165 节 IAS 调回 130 节 IAS。这真是一个节省数百万美元的巧妙方法,只需更改空速指示器的颜色编码即可。

我希望我能阐明降低最大 G 力的重要性,这样可以让一架喷气式飞机服役几十年,而不是像 F-16N 那样在几年内就报废。

B.) 既然我们讨论了由于极其恶劣的航母环境寿命而保持服务和高重量,让我们来讨论一下为什么 7.5 G 限制对(超级)大黄蜂来说不是问题,因为(超级)大黄蜂的设计目的是以一种非常特殊的方式作战:   

基本上有两种类型的战斗机。一种是像 F-16 和欧洲战斗机这样的高速战斗机,它们试图以高速和最大转弯速率在有限的迎角 (AOA) 下作战。这些喷气式飞机的推重比非常高。只要有燃料,台风战斗机就可以在外部挂载的情况下以 9G 的速度盘旋。

超级大黄蜂战机无法做到这一点,因为它相比之下非常重,因此推重比较低,因为它是作为舰载战斗机设计的……还记得陆基 F-18L 的重量减轻了 7,700 磅到 10,000 磅吗?由于超级大黄蜂战机重量较大,无法像台风战机一样整天转弯,因此它被设计用于极低速度下作战。

超级大黄蜂战机总是试图将对手拖入低速环境。您也可以谷歌搜索单环和双环战斗(机)。

了解 F/A-18 本身并不是动力不足,而是由于其舰载能力而导致的重量过重,这一点非常重要。与 F-16 同类产品相比,所有版本的“大黄蜂”都具有更大的推力,舰载“轻型”战斗机比陆基战斗机重得多。例如,陆基 F-17 原型机可以进行超级巡航,F-18L 也可以做到这一点。   

·F/A-18 传统大黄蜂 (C 型) 有 35,000 磅推力,而 F-16A/B 只有 24,000 磅推力。

·超级大黄蜂的推力为 44,000 磅,而 F-16C/D/V 和 Block 70/72 的推力只有 29,500 磅。

F-17 眼镜蛇原型机用于向加拿大和西班牙等外国客户推销非常相似的轻型 F-18L:   

超级大黄蜂喜欢以低至 60 节的速度作战,并且在迎角超过 90° 时仍可控制。在这样的速度下,两架飞机都会像石头一样坠落,但超级大黄蜂仍处于完全控制之下,而 F-16 则会在 100 节之前失去控制。

所提到的数字是“超级”大黄蜂战机的最大飞行速度,除非别无选择,否则没人会这样战斗,但是,“超级”大黄蜂战机仍然是一种低速、大迎角战斗机,不需要能够承受 9G 的力。

我认为这个总结应该能让你清楚地了解为什么(超级)大黄蜂被限制在 7.5G,以及为什么这实际上根本不是一个障碍👍🏻   

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