[推荐]长篇连载《能量机动传奇》（12.15更新到第4篇）

pine · 发表于 2004-12-11 16:20:43

前几天看到204提到John Boyd和他的能量机动理论，突然想到《兵器》杂志上曾经连载过一篇相关文章，写得相当不错，我准备把它奉献给大家，由于篇幅较大，而且直至目前此文尚未载完，完成此帖也是一项浩大的工程，请大家保持一定的耐心，下面，Let's begin！

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序言
 茫茫碧空，硝烟弥漫，铁翼翻飞。曼弗雷得·冯·里希特霍芬、埃里希·哈特曼、理查德·邦……这些传奇人物是如何一次又一次取得空战胜利的?空战有规律可循吗?如果有，又是什么?自第一架飞机被击落以来，这些问题就一直困扰着飞行员们。百年来，少数经验丰富的飞行员先后总结出一些规律性的东西，最经典的如空战致胜4要素——高度、速度、火力、机动。但这就是空战的本质和全部了吗?没人知道。空战依然在继续，空战中的“意外”依然在不断发生……
有心人一直在关注着，研究着，直到 20世纪60年代初，破解空战规律的桂冠终于戴在一个名不见经传的美国空军少校头上。他，约翰·伯伊德，一位技术高超的战斗机飞行员，在一群志同道合的朋友帮助下研究出来的“能量机动理论”，就此改写了空战历史。这一理论的影响是如此深远，发展到后来已经不仅仅是一种空战战术理论，更直接影响到战斗机的设计思想。自F-15、F-16之后，能量机动理论在新一代飞机设计过程中得到广泛应用。

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战斗机飞行员伯伊德
 1952年4月．亚利桑那威廉姆斯空军基地。
这个昵称“威利”的空军基地是美国战斗机飞行员的培训基地。通过初级飞行训练的飞行员被送到这里接受飞行战斗机的训练．飞行训练的机种是F-80。训练结束后．如果教官认为你适合空战．就会被送去进行飞F- 86的战斗训练；否则就会被送去进行飞F-84的战斗训练。
这一天，52-F班的新飞行员们聚集在“威利”大讲堂里．举行开学典礼。一位上校站在他们前面，正在训话。上校挑衅地瞪着大家，说：“如果按我的路子来，我要杀掉你们这群小兔崽子的一半，然后另外一半可以离开这里去当战斗机飞行员。”下面的人一个个目瞪口呆。在他们回过神来之前，这个上校又缓缓说道：”当然该死的国会不允许我这么做。”
在这群被上校当头棒喝的“小兔崽子”当中，就有着我们这个故事的主人公约翰·伯伊德。
约翰·伯伊德1927年出生在宾夕法尼亚的一个湖边小镇，在那里度过了他清贫的童年。中学时，伯伊德便表现出了对飞行的爱好，经常在上课时偷偷地在下面画飞机。中学毕业后，虽然二战已经进入尾声，伯伊德仍然报名参加了陆军航空队。不过陆军航空队却以“能力不足”为由，分配他做地勤。伯伊德做了2年的地勤，其中包括战后占领日本的一段时间。退役后，伯伊德进入爱荷华大学学习经济学。在大学里，他仍然恋恋不忘飞行的梦想，加入了新成立的美国空军的军官预备团，并成为里面的活跃分子。大学毕业后，伯伊德终於如愿以偿地加入了空军，开始实现自己当飞行员的梦想。
然而上校却给了他一个下马威。虽然他说国会不允许他杀掉“这群小兔崽子的一半”，但在训练中52-F班的事故率和死亡率相当高。伯伊德经受住了考验，并且在训练中逐渐显出了出众的飞行能力。”威利”的课程结束后，伯伊德被送往内利斯空军基地接受飞行F—86的训练。
如果说“威利”的训练是残酷的话，那么内利斯简直就是炼狱了。这是一个真正的空战角斗士学校!被送到这里来的人不仅要有好的飞行技
术，而且要被教官认为具有“浸入骨髓的进攻精神”。从内利斯出去的人被直接送到朝鲜战场。如果他们没有接受足够的训练．很可能第一次空战就会被老练的米格飞行员击落。空战是残酷无情的，战斗机飞行员不是文质彬彬的绅士，他们是拿着匕首，随时准备给你背后一刀的刺客。那些以为空战是罗曼蒂克式芭蕾的人将很快结束他们的战斗生涯．只有充分发挥主动进攻精神的人才会获得胜利。
这就是内利斯的气氛。飞行员们在这里进行着各种模拟格斗的训练。训练是如此接近实战，一年大概有几十名飞行员死于事故。这一年的年底．伯伊德在这里结束了80小时的应用战术训练课程。
1953年3月，伯伊德来到了朝鲜战场。和上一次一样，他又来迟了。在他通过战场训练之后，只执行了有限次数的战斗任务，战争就结束了。伯伊德战绩的官方记录是击伤一架米格15．并没有击落记录。不过后来他告诉周围的人他曾偷偷进入中国境内击落一架米格15。当时美国不允许飞机飞过鸭绿江．但有不少飞行员偷偷越境，只是回去后不敢声张，否则会被遣送回国。
虽然时间有限，伯伊德仍然显示出他是中队里最优秀的飞行员。在基地的食堂里．他特别喜欢同飞行员们谈论空战战术的问题，还时不时地提出一些自己的想法。不少飞行员对他的想法很感兴趣，要他写下来。伯伊德就开始作笔记，画图片。这些东西成为他以后工作的基础。在战争结束时他已经被提拔为中队的助理指挥官。1954年4月伯伊德被送往内利斯的高级飞行学校学习。

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成为一名教官
 内利斯．一个处於内华达沙漠地区的偏僻小镇，但对于美国的战斗机飞行员来说，它却是一个神圣的地方。首先，飞行员要在这里的空军基地通过魔鬼训练之后才能上战场；另外．还有一个高级飞行学校，是培训战斗机飞行教官的；而最引人注目的战斗机武器学校则是专门培训讲授空战高级技巧的教官的。
伯伊德从高级飞行学校毕业后，进入战斗机武器学校学习。战斗机武器学校建立的目的就是培养出世界上顶尖的战斗机飞行员，然后再把他们送回原来所在的中队．去提高其他飞行员的空战技巧。战斗机武器学校毫无疑问是一个战斗机飞行员所能进入的最困难的学校。不但只有各个中队最优秀的飞行员才会被邀请到这里．而且并不是每个人都能从这里毕业。战斗机武器学校不仅仅是美国空军的空战最高学府，更是一个研究空战战术的圣殿。(后来美国海军模仿这里办了自己的战斗机武器学校，并称之为TOP GUN。由於电影《TOP GUN》的缘故，大多数公众只知道海军的那所学校。)
当时学校的飞行课程是6．5小时的理论学习、11小时的战术应用、20小时的空对地训练、30小时的空对空训练、12．5小时的核武器投掷训练。另外．室内课程有29小时对敌攻击、
20小时空战、27小时战斗机武器系统、24小时如何训练年轻飞行员提高空战技能。所有这些课程在3个月内完成。我们现在已经找不到当年伯伊德的成绩记录，只知道他毕业后被留在战斗机武器学校担任空战训练的教官。
在担任教官期间，伯伊德将自己的空战技巧展现得淋漓尽致。他曾经跟人打赌．任何在他尾部的飞机如果在20秒之内没有被他反咬住，他就输给那人20美元。大多数人都赢不了这 20美元，但因为20秒太短了．少数人确实可以挺过去。后来伯伊德就将条件改为40秒和40美元，结果就再也没有人能赢这个赌局了。消息传开之后，很多人都来向他挑战，包括海军和海军陆战队的飞行员，但没有一个人能赢走这40美元。其中只有一个海军陆战队的飞行员比较接近这个目标。伯伊德因此被人称为“40秒钟伯伊德”、“教皇约翰”、“成吉斯约翰”。
到1959年，伯伊德在内利斯已经待了5个半年头了，这比通常的两三年任期要长得多。伯伊德先是希望去飞当时的新型战斗机F一104，不知为什么没能成行。他就决定回到大学去学工程。因为在研究空战战术的过程中，他发现迫切需要提高数学基础。不过在走之前，他想先完成一个心愿：把自己的空战格斗战术写下来。伯伊德在内利斯的最后几个月，就一直在写被他称为“空中进攻研究”的空战格斗战术训练手册。其实严格地说这个手册不是他写的．而是由他口述、再由秘书打出来的。因为伯伊德擅长说而不擅长写。他总是一边说一边调整自己的思路，力争以最好的方式表达出来。所以整个写作过程拖得很长．不过最后总算是完成了。
这个手册可以说是第一部系统讲授空战战术的教材。在这之前，空战的一些经验通常是飞行员口耳相传．而具体战术的运用只能是飞行员自己在实践中去体会。在这个手册里，伯伊德介绍了一个飞行员首先要知道敌机的位置，其次要知道敌机的速度 (矢量)。知道了敌机的速度就会明白敌机能够做什么，然后自己又该做什么。伯伊德在手册里将每个机动动作分解开来，详细地解释了飞行员能完成什么样的机动，怎样对抗这样的机动，以及怎样对抗这样的对抗。总之．一个战斗机飞行员该知道的东西都在里面了。
这个手册立刻成了空军战斗机武器学校的标准教材。由於书中有一章专门讲述如何躲避空空导弹．美国空军将此书列为机密资料，为此限制了这本书的传播。这使得伯伊德大为光火。不过在当时这本书早已在私底下到处流传。基本上每一个到战斗机武器学校受训的学生都会想办法带一本回去。许多其他国家的飞行员也能通过在美国受训的机会或是其他渠道搞一本回去。后来美国空军不得不将那最敏感的一章去掉，作为解密版本的《空中进攻研究》。
《空中进攻研究》虽然获得了很大的成功，然而伯伊德本人却并不满意。他总觉得这本书还可以用更好的方式表达出来。也许在那些具体的战术后面，还有一些更本质的东西没有发掘出来。“总有一天我会搞明白是怎么回事。”伯伊德对他的朋友说。

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Mutha · 发表于 2004-12-11 16:28:55

不用着急，方方那边估计再过一个月就会放出完整的pdf[em01]

pine · 发表于 2004-12-11 16:30:12

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几何空战Vs能量空战
 美国空军通常对军官有一个进修计划：空军学院技术援助(AFIT)。空军军官可以申请这个项目的奖学金，作为重返学校的学费。当时伯伊德已经有了一个本科经济学学位，通常情况下空军会把这种人送到研究生院，继续学习经济学或是MBA。但是伯伊德对这些都没有兴趣，他进修的目的就是要多学一点数学和物理，以便对空战战术作出进一步的探讨。所以他想再读一个本科．学习数学或工程。由于AFIT没有对跨学科的项目进行过资助，便拒绝了他的申请。
后来事情有了转机。AFIT突然打电话给伯伊德，说AFIT的名额还没有用完，可以同意他的申请。有多余的名额是一个原因，更重要的原因恐怕是当时苏联第一个把人送入了太空，从而给美国以巨大的压力。美国空军觉得他们需要更多的工程人才。
1960年秋，伯伊德进入了乔治亚理工学院学习工业工程。工业工程是一个交叉学科，涉及好几个不同的领域。伯伊德可以学到必要的数学，物理等知识，因此他对这个选择很满意。
然而学习并不是一帆风顺的。在学习热力学这门课程时，伯伊德对热力学第二定律和熵这个概念，始终觉得无法理解。教授在课堂上讲道，熵是一种”不可用”的能量。这对伯伊德来说，确实太悬乎了一点。你怎么可能拥有一种能量、又不能用呢?
和伯伊德一起学习热力学的有一个航空工程系的小伙子。他对伯伊德的战斗机飞行员经历十分敬仰，经常缠着伯伊德给他讲朝鲜和空军的故事。对于小伙子来说．伯伊德是一个不折不扣的战斗英雄．现在伯伊德学习上有了困难．自己当然要伸手相援了。他耐心地向伯伊德解释：“热机从热库中吸收的热量不可能全部用来做功，总要向外释放一部分热量，这一部分就是‘不可用’的能量……”
“真该死!我对飞机很明白．怎么就不能明白这些呢?”
“那好吧，我们就用飞机来思考吧。飞机也具有能量．有动能有势能．可以增加也可以减少．当你把10份能量放入飞机但飞机只能做8份能量的功时．这说明飞机的熵增加了……”
小伙子继续滔滔不绝地解释着他的热力学原理，但这时伯伊德已没有在听了。他忽然明白找到了自己一直苦思不得其解的东西．他的头发都要竖起来了。战斗机在空战中上下翻飞正像热力学中系统能量的增加和减少，在空中格斗中，不是飞机发动机的功率和飞机的速度使你战胜了敌人，是能量!可用的能量!
他草草结束了和小伙子的学习讨论，来到图书馆继续思考这个问题。他疯狂地在纸上写写画画．思路一点点清晰起来。
在他写《空中进攻研究》时．他分析的因素是飞机的位置、飞机的速度和速度方向，这些都是几何量。在该几何量的基础上建立的空战战术，可以说是用”几何空战”的观点建立的战术。一直以来飞行员们都是这么思考的。比如飞行员们说T&B(Turn and Burn)战术，指的是在水平面的转弯机动：B&Z(Boom amd Zoom)战术．指的是在垂直面的俯冲和拉起。这其中就有动能和势能的转换，但飞行员从来没有从能量的角度来思考过这个问题。怎样的机动你才拥有最多的“可用”的能量?怎样的能量转换才是最有效的?从这两个问题出发来重新审视以前所有的空战战术，并加以改进和发展。这种从能量的角度建立的空战战术就是本文的关键词——“能量空战”。
伯伊德利用“能量空战”的观点，进一步改进了《空中进攻研究》里的战术。这里举一个最好的例子“滚转剪刀”。“滚转剪刀”是这样一种机动：进攻方高速或是从高往低冲过防守方；防守方拉起，降低自己的速度以及速度向前的分量，诱使进攻方冲过头；接着防守方滚转使自己的座舱对着敌机，然后对着敌机拉机头；如果进攻方在冲过头之后也对着防守方拉机头，双方的飞行路线就会形成类似双螺旋的形状。
在”滚转剪刀”中．在高处的飞机通常具有位置优势．但随着双方高度的转换，优势也转换了。实战中进入”滚转剪刀”后．往往是由飞机的性能和飞行员的技术来决定谁胜谁负。
根据”能量空战”的观点而改进
的“滚转剪刀”．如上图所示。在这里，防守方的飞行员明白应该优化能量的使用．因此在时刻3，防守机拉起后不是对着敌机拉机头，而是垂直爬升；但是进攻方的飞行员不明白这一点，仍然对着防守方拉机头；防守方在拉起过程中缓慢滚转使得自己在飞机改平时机头指向敌机(时刻4，从上往下看)。这时防守方已经赢得了一定的角度优势和一定的转弯空间了。再经过一两次这样的“滚转剪刀”机动后就可以为自己赢得足够的角度优势和转弯空间，得到射击机会。(待续)

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知识点
 破解高性能战斗机——SEP图分析①
如何来衡量一架战斗机的能量机动性呢?那就是我们要说的SEP概念了。这题目看起采有点吓人，但事实上并不尽然。你只要记住，在能量机动理论中有一个关键参数，就是SEP，即“单位重力剩余功率”。
 [SEP的计算]
事实上我并不喜欢公式，不过在适当的时候适当地利用公式，确实有助于说明问题，就像下面这个：

SEP=(发动机可用推力-平飞需用推力）/飞机重量*飞行速度

很简单，是不是?这就是一架战斗机平飞时的SEP计算公式。一架战斗机要具有良好的能量机动性，就要在尽可能大的范围内增大SEP。式中，发动机的可用推力与平飞阻力的差值就是“剩余推力”，它和飞机重量的单位都是牛顿，所以SEP的单位是米／秒。另外这个公式和计算飞机最大爬升率(Vy)的公式一样，所以人们有时又把SEP叫作“能量爬升率”。
好了，看到这个公式，你应该想到提高战斗机SEP的途径了吧?
 @提高实际推重比：实际推重比是发动机可用推力和飞机重量的比值，一般发动机的可用推力总比它在试验台架上同样工作状态的推力要小，所以设计战斗机的时候除了要考虑选用理论推力大的发动机，还要注意优化进气道、尾喷管的设计和保证发动机能适应各种飞行状态，这样就能减少推力损失，提高飞机的实际推重比。
所以，一架具有高(理论)推重比的战斗机是不是能在很大的飞行包线内都有高的SEP，从实际推重比的角度还要看它的进气道、尾喷管设计和发动机的适应性能。
 @降低平飞阻力：这主要靠优化飞机的气动布局来实现。强调降低平飞阻力可能会让人觉得轻小型战斗机具有天生的优势，但计算时实际起作用的是平飞阻力和飞机重量的比值，所以实际上轻小型机并不一定能在SEP方面对重、大型机占优势。这一点在《能量机动传奇》中也有提及，伯伊德在建立能量机动理论时就考虑到要屏蔽飞机大小的影响。
提高实际推重比和降低平飞阻力在飞机设计中要综合考虑，这方面最典型的教训是英国的F-4K／M。它们换装了推力更大的罗·罗RB--168“斯贝”发动机(很眼熟吧，就是FBC--1“飞豹”战斗轰炸机的
动力)，但飞行性能却下降了。究其原因，是因为“斯贝”的尾喷管与飞机的后机身不匹配，使飞机阻力大大增加了。

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[SEP线图分析]
 @随高度分布的速度线图：
下图是一架超音速战斗机的SEP(图中的Ps)随高度分布的速度线图。
从图中我们可以看到：
 ①在任何高度—速度下，该战斗机平飞时具有的SEP：其中高度H=0千米曲线的最高点对应的SEP就是海平面最大爬升率，这是理论上衡量战斗机机动性的一个重要数据。从图上看该机海平面最大爬升率接近240米／秒，其他一些飞机的数据是：米格-21，220米／秒；F-5E，175米／秒；米格-23，230米／秒；F-4，251米／秒；“幻影”-2000，284米／秒；F／A-22， 350—360米／秒。比较战斗机同样状态下的SEP应该注意保证条件一致——飞机重量的取值应该是同一个标准，比如都是机内带一半燃油，或者都再加上2枚格斗导弹。
作为能量机动理论设计的产物和第3代战斗机的代表，F-16海平面最大爬升率约305米／秒，高H=1千米时是283米／秒，但在H=10千米时降到100米／秒，H=17千米时只有12米／秒。
②在某高度要保持一定的SEP时，该战斗机对应的速度范围：在图上画出对应一定SEP值并平行于马赫数M轴的直线，找到它和高度曲线的交点，然后确定交点对应的马赫数M，就得到了该机保持不低于这个SEP所需要的速度范围。从图中看，马赫数0.6一M1.0这段对该战斗机在中低空时保持SEP是比较有利的。
所以，在空战格斗中要保持能量，就必须注意保持合适的速度。一架具有高 SEP特性的战斗机保持一定SEP的速度范围也大，这样它在格斗中就更容易占优势。

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pine · 发表于 2004-12-11 16:33:00

<DIV class=quote>以下是引用Turkey在2004-12-11 16:28:55的发言：
不用着急，方方那边估计再过一个月就会放出完整的pdf[em01]</DIV>
不好意思，请问方方是谁？

galaxy · 发表于 2004-12-11 17:28:06

我就是要买他们，买不到，因为是几个月前的拉，谢谢拉，384。版主加精拉

[此贴子已经被作者于2004-12-11 17:53:51编辑过]

Mutha · 发表于 2004-12-11 17:37:52

<DIV class=quote>以下是引用pine在2004-12-11 16:33:00的发言：

不好意思，请问方方是谁？</DIV>
<a href="http://bbs.xilu.com/cgi-bin/bbs/index?forum=aerofield" target="_blank" >http://bbs.xilu.com/cgi-bin/bbs/index?forum=aerofield</A>
看看置顶的广告就知道了
现在一般航空杂志上质量高一点的文章基本都出自Armstrong和方方上的几个人之手

米奇 · 发表于 2004-12-11 17:41:43

好东西,我记得是在航空世界里登的...

pine · 发表于 2004-12-11 22:45:40

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能量机动理论
 1962年夏伯伊德从乔治亚理工学院毕业．之后很快就被提升为少校，并被分配到空军系统司令部的埃格林基地。如果说内利斯是空军最偏僻的基地的话，埃格林就是紧随其后的第二名。这里是美国空军用来测试武器弹药、研究炸弹投掷战术的地方。伯伊德来到这个地方后，在不长的一段时间就换了好几个工作，因为每一个老板都不喜欢他——这个讨厌的家伙总是在你面前大声谈论他的“理论”，还把胳膊在你面前挥来挥去。在这里．伯伊德不再是那个“40秒钟伯伊德”了，他被人们称为“疯子少校”。
 不管他从事什么工作，回到家后总是拿出纸笔。继续推导那个“剩余功率”理论。这时伯伊德已将“可用的能量”称为“剩余功率”。他经常花好几个星期的时间去验证他推出的一个公式，最后却发现是错的。他确实需要一台计算机，以便快速验证他的理论。
 那个时候．美国空军也刚开始使用计算机。在埃格林基地．只有极少数的人有权使用。伯伊德以他独特的风格径直来到基地计算机房，对管理员说；”我需要几百小时的机时，或许更多。”管理员问他：“伯伊德少校，你是从事什么工作的呢?“伯伊德笑道：“嗯……我在这儿干过好几个工作……但是我有一个非常重要的任务。如果空军知道我在干什么的话，他们会让我把所有的时间都用来做这个，因为我将彻底改变人们对飞行的观念……”管理员将伯伊德踢出了办公室。
伯伊德就这样一筹莫展地过了好些日子。他的理论可能还没有出生就夭折了。
一个星期五的晚上，基地的军官俱乐部。伯伊德又像往常一样，在那儿大谈他的“剩余功率”理论。这一回，他遇到了知音。一个文职军官点头说道，”有点道理。”於是伯伊德就向他详细解释自己正在推导的公式。这个公式可以把他的理论定量化，可以具体说明一架飞机在各种不同的高度、速度和过载下的性能。文职又点头说道：“我觉得你是对的。”伯伊德不禁感慨道：”所有的人都告诉我以前有人做过相同的事情或者说这个根本不重要。他们都觉得我是个疯子。”文职咂了一口啤酒，轻轻地说：“我从来没有听说过。”这回伯伊德忍不住问道：”你在这儿干什么?”文职说他叫汤姆·克里斯蒂，具体的工作是计算飞机在不同的高度和速度下投掷炸弹的弹道．这当中要加入风向和温度的修正．从而为轰炸机提供轰炸的参数。对于他来说．势能和动能的转换是很熟的。炸弹、子弹、飞机，在这一点上是一样的。而且他告诉伯伊德用计算机计算出来的飞机和武器的一些性能数据。伯伊德的眼睛睁大了：他把自己的公式写在餐巾纸上，坚持要克里斯蒂拿回去看一看。
克里斯蒂动心了：他知道他的工作以前美国陆军航空队也做过，空军只是让他作一些修正，然后就说这是一个新的轰炸表格。这背后实际上隐藏了美国空军要和陆军彻底切断历史瓜葛的动机。对于有着数学硕士学位的他来说．这个工作确实没有什么挑战性。虽然他对空战格斗毫无了解，但他知道，伯伊德的理论正是他一直寻求的有”挑战性”的工作，於是他对伯伊德说道：“我们一起试试看。”
后来克里斯蒂就去找他的老板．说自己有一些新的想法，需要提供一个尝试的机会。他故意把这个新想法说得很含混，不过他的老板也没有深究。克里斯蒂的工作一直受到战略空军司令部的将军们的关注，如果他有什么新想法要试一试，那就试吧。
伯伊德终於得到了机会。他和克里斯蒂把公式和数据一股脑地敲入计算机．然后激动地等着结果出来。当伯伊德看到那些结果时，高兴地对克里斯蒂说：“我听到．了那美妙的音乐。”
经过反复推导和计算，伯伊德终于到达了他原来可望而不可及的彼岸。他正式把他的理论称为”能量机动理论”。

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从最基本的观点来看．伯伊德的这个理论主要是回答这么一个问题：飞机在一个给定的高度、速度和过载下．究竟能够多快地获得能量，或者能够多快地失去能量?而且这个答案必须能够应用到所有的飞机上去．这样就能比较空战中双方的飞机，在各种条件下，到底谁能够更快地获得能量，或是能够更快地失去能量?这个能量必须和飞机的重量无关才有意义。因而伯伊德认为，这里所说的能量实际上是
单位能量．即飞机的总能量除以飞机的重量。
伯伊德和克里斯蒂通过努力，终于发现飞机增加或是减少单位能量的速率可以用这个公式来表示：
SEP=(T-D)·V／W
其中T是发动机的推力，D是飞机的阻力，W是飞机的重量，V是飞机的速率。这个公式的量纲是速率，而其物理意义表达的是能量改变的速率。能量改变的速率是功率，在空战中有意义的是”有用的”“单位”能量，因而这个公式计算的结果就被称为单位剩余功率(Specific Excess Power)，通常记为SEP，或是Ps。这就是能量机动理论的核心。
知道这个公式之后，我们可以运用“能量空战”的观点进一步将空战战术分为两大类：角度战术和能量战术。
角度战术就是用最快的速度取得对敌机位置的绝对优势(一般指机头指向敌机尾部)。为了达到这一点，通常都要损失能量。在适合采用角度战术的情况下。往往是能够更快减少自己能量的一方先获得位置优势。因此角度战术也可以称为负能量战术。利用上面的公式．我们可以设计出一些尽快减速的机动动作。
越战期间的一个战例可以生动地说明角度战术的运用。1965年上半年伯伊德去了越南，告诉F-105的飞行员：“如果你不能加速甩掉后面的米格机，那就进行左右高速横滚，用最快的速度减速。”F-105的飞行员们都将信将疑，因为他们认为F-105并不适合作这样的机动。几天后就有飞行员用这个机动救了自己的性命，大家才对伯伊德心服口服。
这背后的原因正是能量机动原理。F-105虽然速度快．但并不适合机动，也就是说高过载时SEP值低。这时候如果你采用正确的战术动作，就会使得你的能量减少得更快，从而出敌不意地取得位置优势。
而能量战术则不同。这种战术强调首先建立相对敌机的能量优势．然后再把这种能量优势转化为位置优势。上期所讲的“滚转剪刀”就是一种常用的将能量优势转化为位置优势的战术。在你拥有足够的能量优势后，强迫敌机进入“滚转剪刀”，通常一两次滚转后你就能获得射击机会。这里的关键是在进入“滚转剪刀”之前要获得相对敌机的能量优势。一种常用的做法是诱使敌人使用更高的过载．从而更快地损失能量，当然在这时你不能让敌人有太多的位置优势。可以想像的是．如果你的飞机有着比敌机更高的SEP，事情就好办得多。
究竟采用哪种战术，需要战时的随机应变及平时的良好训练。在实战中这两种战术通常是交替使用的。

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能量机动理论可以说是一种全新的飞行理论。不过在此之前．人们其实早就在用”能量”的方法研究飞行了。最简单的例子是所谓的“最速降线”。如下图所示，
飞机从从A点飞到B点最快的路线并不是连接两点的直线，而是类似图中所画的曲线。这是因为一开始用较陡的斜率下降可以使飞机更快地达到大速度，即使飞行路线长一些，也可以用更短的时间飞完。1954年爱德华兹空军基地的鲁托斯基曾用能量的方法发展了一种最优化理论，可以求出最快到达指定高度的飞行路线，该路线被称为“鲁托斯基曲线”。类似的研究最优飞行路线的数学论文还有几篇。伯伊德和克里斯蒂借鉴了这些工作，但是从一个完全不同的出发点将它们进一步发展到包括大过载机动飞行的领域．从而可以为空战战术和战斗机设计提供理论基础。
整个工作的最后一步是试飞验证。伯伊德和克里斯蒂利用埃格林空军基地的F-100，F-105和F-4作了一系列的试飞。试飞的结果完全验证了能量机动理论的正确。

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pine · 发表于 2004-12-11 22:54:03

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Trade-Off分析
 现在伯伊德可以放心地用能量机动理论分析飞机的性能了。由上所述，角度战术可以用合适的机动来完成，而SEP值高的飞机则在能量战术上明显占优。事实上，飞机的加速、爬升和稳定盘旋等性能和SEP直接相关，因而在某个给定高度、速度和过载的点，SEP越高，说明飞机在此点的机动性能越好。伯伊德一开始的动机是给每一种美国战斗机都绘出完整的SEP包线图(后来被称为E-M图)，以便完整地理解美国战斗机在整个飞行包线上的性能。不过他很快意识到还可以给苏联的战斗机做同样的工作，这样就可以详细比较美苏战斗机性能的优劣了。
要计算SEP值，需要得到飞机的重量、推力、升力系数和升力极曲线(飞机在不同迎角下由升力系数和阻力系数绘成的曲线，因而通过升力系数和升力极曲线可以求出各种迎角下的阻力系数)的准确数据。这些数据是高度机密的资料，都保存在莱特·帕特空军基地的飞行力学实验室里。这回伯伊德得到了埃格林基地一位将军的帮助。他给伯伊德取得这些机密资料出示了证明。伯伊德驾驶着一架T-33径直来到了莱特·帕特空军基地。
这个以莱特兄弟命名的空军基地有着美国空军从事基础研究的两个实验室——推进实验室和飞行力学实验室。基地里不少人都是有着各种博士、硕士头衔的科学家或是工程师。他们对一个战斗机飞行员跑来要这么学术性的资料觉得很好笑．不过还是把数据给他了。伯伊德把数据拿回埃格林后立即开始计算。很快他就发现结果有点问题。莱特·帕特那帮家伙没有把正确的数据给他!
伯伊德这回是真的愤怒了。他跑到那个帮助他的将军那儿告了一大状!将军也觉得很奇怪，毕竟莱特·帕特和埃格林属於同一个空军。他看着愤怒的伯伊德，似乎明白了什么，说：“约翰，你该注意一下外交辞令。”不过他还是安慰伯伊德．他将解决这个问题。伯伊德从来不懂外交辞令，不过他最终还是拿到了正确的数据。
令人惊讶的结果出来了。伯伊德的计算表明，当时美制战斗机在大多数区域的机动性能都比苏制战斗机差。
伯伊德看着这些E-M图．意识到可以利用能量机动理论来改进战斗机的设计，从而得到机动性能优异的战斗机。只要把设计稍微修改一下，然后比较修改前后的 SEP值。如果SEP值提高了．就保留这个修改。如果降低了．就抛弃。然后重复这个过程——永远保持提高的修改．抛弃降低的修改——直到最后再也不能提高为止。这是一个不断试错的过程，伯伊德将其称为Trade-off分析(Trade off；交换或取舍的意思，特别指放弃某种好处去获得另一种更理想的好处。)。
因此，Trade-off分析使得能量机动理论不仅可以用来优化空战战术．也可以用来优化战斗机的设计。

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(采用小展弦比大后掠三角翼的“幻影”2000是第3代战斗机当中的
另类。由于放宽静稳定度和电传操纵等先进技术的应用，使三角翼
的固有缺点得以改善。)


现用“翼载荷”为例来简单说明这一点。翼载荷指的是飞机的重量除以机翼的面积．是飞机设计时的一个重要参数。由基本升力公式和物理知识可知．在其他条件一致的前提下．进行相同过载机动时翼载荷和升力系数成正比，即：翼载荷越低，达到相同过载的升力系数也越低．而低的升力系数意味着低的诱导阻力系数，这也意味着更高的SEP值。从这个角度来讲，翼载荷越低，SEP值越高。但是，为了达到低翼载我们不得不加大机翼面积，这又会增加飞机的摩擦阻力和飞机的重量，因此翼载荷越低，SEP值又越低。
这时就要应用Trade-off的分析方法，为飞机选取合适的翼载荷参数。
一般来说空战格斗发生在亚音速区域，因而追求高机动的战斗机就要寻求低的翼载荷。但这并不是故事的全部，我们将又一次看到Trade-off方法的运用。
达到低翼载最有效的办法是使用三角翼，因为可以用较低的结构重量得到较大的翼面积。但是三角翼的展弦比[注1]普遍较小，因而诱导阻力[注2]较大，在升力系数很大时尤其严重．结果造成采用三角翼的飞机在高过载机动飞行时SEP值过低。如果为了降低诱导阻力而采用展弦比较大的其他形状．那么机翼不仅会增大翼载荷，还会增大超音速时的波阻，使得超音速性能下降。
通过又一次运用Trade-off的方法，我们可以找到一种相对最优的机翼平面形状，以尽量平衡各方面的性能要求。事实上，一种简单的作法就是保留三角翼的基本架构．但是将三角翼前缘的后掠角适当减小以增大展弦比，同时切掉容易引起翼端气流分离的尖尖的角，这就是所谓的切尖三角翼。后来的F-1 5和F-16的机翼基本平面形状都是切尖三角翼，正是能量机动理论Trade-off分析的结果。当然，在伯伊德发展Trade-off方法的时候，F-15和 F-16连影子都还没有。
现在伯伊德已经有了一个比较完善的能量机动理论了。他开始在各个基地对各种军衔的人作报告。听众们的反应由惊讶、怀疑或是不屑，到最后都不得不信服。伯伊德的福音终於传开了。他和克里斯蒂一起获得了美国空军1964年的科学成就奖。1966年秋美国空军将他召进五角大楼，让他重新审查麻烦不断的F-X计划。伯伊德推翻了当时所有的F-X方案，定下了后来F-15的基调。由於这项工作，伯伊德甚至被某些人称为“F-15之父”。
然而，好戏还在后头呢。(待续)
 名词解释
 [注1]展弦比：展弦比即飞机机翼的翼展和机翼平均弦长的比值。所谓“弦长”是指在机翼平行于机身纵向对称平面(它把飞机分成对称的左右两半)的剖面上，前缘最凸点到后缘最凸点的直线距离。展弦比等于飞机翼展的平方除以机翼面积，比如我国J-8II战斗机翼展9.342米，机翼面积42.2平方米，所以它的展弦比就是： 9.342*9.342／42.2≈2.1。
展弦比的大小对飞机飞行性能有明显的影响。展弦比增大时，机翼的诱导阻力会降低，从而可以提高飞机的机动性和增加亚音速航程，但波阻就会增加，以致会影响飞机的超音速飞行性能，所以亚音速飞机一般选用大展弦比机翼；而超音速战斗机展弦比一般选择2.0～4.0。
展弦比还影响机翼产生的升力，如果机翼面积相同，那么只要飞机没有接近失速状态，在相同条件下展弦比大的机翼产生的升力也大，因而能减小飞机的起飞和降落滑跑距离和提高机动性。
强调提高亚、跨音速机动性的第3代战斗机展弦比一般都选得比较大，但法国“幻影”2000只有2.03，因为它的主要作战任务是防空截击(其次才是争夺制空权)，要求飞机在爬升到预定的拦截高度后能高速接近敌机。不过通过采用高新技术进行良好的综合设计，“幻影”2000在具有优异高空高速性能的同时较好地兼顾了亚、跨音速机动性。这是我国在20世纪 80年代的评估中认为它比F-16更好的最重要原因之一。
随着空气动力学、新概念操纵技术 (创新的控制舵面、推力矢量技术等)和飞机飞行控制系统技术的进一步发展，小展弦比机翼很可能会成为新型的有人或无人战斗机首选的设计。
 [注2]诱导阻力：机翼的升力就是它上下表面的压力差。有升力时，机翼下表面受到的空气压力比上表面要大，所以下表面的气流会绕过冀尖流向上表面，这样就形成了翼尖旋涡，并发展成翼尖涡流。
翼尖涡流在向后流动时受到机翼向下的压力，会向下偏转，即所谓的“下洗”。由于升力的方向是跟气流的流动方向垂直的，所以下洗涡流产生的升力指向机翼的后上方，对机翼会有一个向后“拉”的作用，这样就形成了诱导阻力。由此可见，诱导阻力是由于升力“诱导”产生的，如果没有升力，诱导阻力也等于零(实际上是正比关系)。
在进行机动或低速飞行时，诱导阻力通常是阻力的主要组成部分。所以减小诱导阻力可以提高飞机的机动性和亚音速飞行时的航程，但减小诱导阻力的设计有可能导致零升阻力增大。如果遇见这样的技术矛盾时，如何解决要看飞机的主要设计要求是什么。通常注重空战机动性和亚音速航程的战斗机主要考虑减小诱导阻力，比如F-16；而注重拦截能力和高速飞行的战斗机更注重减小零升阻力(主要是激波阻力)，比如米格-21。

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知识点
 破解高性能战机--SEP图分析(续一)
过载决定的高度-速度包线图
@1g过载线图
飞机的机动过载包括纵向过载、侧向过载和法向过载，其中法向过载(ny)近似等于飞机升力和重量的比值。由于在使飞机改变航迹所有的力中升力最大，所以 ny是衡量飞机机动性最重要的指标之一。 ny越大，说明飞机可以更大程度地弯曲航迹，机动性也就越好。
上期提到的SEP线图对应的平飞状态相当于法向过载1g(ny=1)的情况。我们可以把它转化成对应的SEP，高度-速度包线图。比如要确定在什么样的高度-速度范围内具有100米／秒的SEP，可以首先在原线图中做SEP(Ps)＝100米／秒、平行于M数轴的直线。在右图中这条线与H=O、 2、5、8、11千米这些高度曲线有交点。我们找出每条高度曲线上交点对应的速度范围，然后以M数为横轴、高度为纵轴，就可以画出该战斗机对应ny=1、SEP＝100米／秒的高度-速度包线。
　　从附图中我们可以看到：
　　①战斗机的平飞包线：图中Ps=O米／秒曲线的左侧部分对应该机在各个高度由发动机最小推力限制的最小平飞速度，最高点对应该机的理论静升限和这个升限上的平飞速度。右上方高空最大速度的竖直限制线是由气动加热限制的最大飞行速度，如果超过这个速度，飞机的铝合金蒙皮就会因为不能承受空气摩擦产生的高温发生永久变形，甚至熔化；中低空最大速度曲线由飞机结构能承受的空气动压力大小决定，这是因为中低空空气密度大，如果速度太快，单位时间内飞机受到的冲击力非常大，飞机结构可能会因此产生永久变形甚至破坏。
　　②战斗机可以保持某个SEP的高度-速度包线：图中每条SEP曲线的内部就是至少能保持该SEP的高度-速度范围。图中H<＝2千米时该战斗机能在一个较小的速度范围内保持不小于200米／秒的SEP；在H<5千米时的亚、跨音速范围内能保持不小于150米／秒；H>10千米时，在超音速条件下不小于100米／砂。
　　对比不同战斗机在ny=1时的SEP高度-速度包线图，就可以看出这时它们各自占有能量优势的飞行包线。比如反前面F-16的数据和上图对比，可以判断出该战斗机在中、低空时SEP特性不如F-16，但在高空有优势，所以它比F一16更容易胜任高空拦截任务。
　图中右侧的最大速度限制也是一些 SEP高度-速度包线的右边界。比如SEP=50米／秒，它的最右端与受气动加热限制的高空最大速度线相交，说明在该交点对应的高度-速度下飞机还能用这个速度爬升；而SEP=100米／秒曲线(右侧)则脱离了中低空最大速度曲线而向左凸出，这表明在此高度范围，该机在中低空最大速度时的SEP小于100米／秒。

[此贴子已经被作者于2004-12-11 23:08:51编辑过]

Eagle566 · 发表于 2004-12-12 03:24:14

辛苦了,要不要我帮你转成PDF,供DX们下载.[em02]

pine · 发表于 2004-12-12 10:49:03

<DIV class=quote>以下是引用Eagle566在2004-12-12 3:24:14的发言：
辛苦了,要不要我帮你转成PDF,供DX们下载.[em02]</DIV>
那样最好了！听204说可能有正式的PDF出来，观望一下。

pine · 发表于 2004-12-13 16:43:22

<img src="attachments/dvbbs/2004-12/20041213163445246.jpg" border="0" onload="if(this.width>screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.alt=\'Click here to open new window\nCTRL+Mouse wheel to zoom in/out\';}" onmouseover="if(this.width>screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.style.cursor=\'hand\'; this.alt=\'Click here to open new window\nCTRL+Mouse wheel to zoom in/out\';}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open(\'attachments/dvbbs/2004-12/20041213163445246.jpg\');}" onmousewheel="return imgzoom(this);" alt="" />

 “战机黑手党”
 伯伊德来到五角大楼几个月后忽然被赋予了一项特殊任务：去说服一个叫皮埃尔·斯普雷的文职闭上嘴巴。不要在那儿再散布一些对空军不利的言论。
皮埃尔·斯普雷，一个少白头的年轻人，在美国国防部的系统分析办公室工作。这个办公室直接向国防部长办公室汇报。斯普雷的工作就是分析美国空军应该有怎样的结构和预算才能应付在欧洲发生的战争。空军当时的作战条例基于二战的经验，强调战略轰炸和纵深遮断。而斯普雷认为战略轰炸和纵深遮断并不能阻止苏联的钢铁洪流进入欧洲，只有近距离空中支援以及为了不受干扰执行近距空中支援所必需的空中优势才是真正的关键。空军的将军们对这种离经叛道的理论都要气疯了。对于美国空军来说，战略轰炸是神圣不可侵犯的条例，这是美国空军1947年从陆军中独立出来的基础。强调近距支援将使得空军又成为陆军的附庸，这对空军来说是不可忍受的。斯普雷?他不过是个白痴文职。他懂什么！
斯普雷可不是个白痴。他15岁就进入耶鲁大学学习，同时拿了法国文学和机械工程两个学位，之后又进入康奈尔学习数学统计，22岁时就负责格鲁门公司的统计咨询部门。由于对飞机设计和军事有兴趣，他来到了国防部，成为国防部长麦可纳马拉的”神奇小子”智囊团的一员。这是个极聪明的家伙，可不好对付。
空军想到了伯伊德。或许只有伯伊德才能拔掉这个眼中钉。于是两人见面了。斯普雷对二战和朝鲜战争有极深的研究。他开始滔滔不绝地谈论其中各种空地和空空的战斗。伯伊德很快发现自己和斯普雷有着共同的兴趣。两个人开始热烈地讨论起来，其间还发生了争论，只不过不是关于空军战略轰炸的条例。斯普雷赞叹美国二战时的头号王牌理查德·邦的飞行技艺，伯伊德说邦只不过是个一招鲜的家伙；斯普雷说空军需要空中优势战斗机去保护近距支援的攻击机，伯伊德表示同意，但强调空优任务必须是不可预测的……两人热烈地讨论了好几个小时。伯伊德对斯普雷的数学和统计知识十分敬仰，觉得斯普雷可以帮他进一步改进能量机动理论；而斯普雷则对伯伊德关于空战和战斗机的各种设想兴奋不已……
这次会面使两人成了知己。两人经常在一起讨论能量机动、E-M图和各种战斗机的设想。他们俩组成了以后几年对美国空军造成巨大冲击的小组--“战机黑手党”的核心。
虽然一些人把伯伊德誉为”F-15之父”，伯伊德本人却不喜欢这个称号。他心目中的F-15是一个更小更轻更灵活的版本，尽管他的版本从未被空军接受过。他一直在用能量机动理论研究更轻更小的设计。空军对他的研究相当恼火，命令他停止。伯伊德不得不在表面上服从这个命令。
斯普雷站了出来。官僚的命令吓不倒他。在伯伊德的帮助下，斯普雷继续轻型战斗机方案的研究。他们将能量机动trade-off理论应用到F-X上，发现如果降低最大马赫数2．5的指标．减小雷达天线尺寸，去掉一些不必要的结构强度要求，就可以得到一架飞行性能除最大速度外全面超过F-15的飞机，而且价格要低得多。当时诺斯罗普公司有自己的P-530轻型战斗机计划，而通用动力公司提交的F-X方案重量较轻，斯普雷就让这两家公司验证他们的trade-off数据。两家公司很快就验证了他们的结果。
斯普雷将他们的分析研究在1969年6月写成了一份报告——“F-XX和 VF-XX高性能低成本战斗机可行性方案”。在这份报告里斯普雷通过分析越南战争和1967年阿以6日战争,强调了导弹时代机动性的重要性，反对最大马赫数超过2；指出好的全向视界是十分必要的，质疑雷达探测的可靠性和空空导弹的价值。斯普雷明确提出F-XX是一种轻型的高推重比的战斗机，可以通过减少机内燃油、结构重量、航电、最大速度指标和发动机数目来达到。
斯普雷和伯伊德利用通用动力的 FX-404方案和诺斯罗普的N-700方案 (P-530的发展型)具体去实现这些想法。斯普雷还在1970年美国航空航宇学会 (AIAA)主办的一次研讨会上公开宣读了他的报告。他把F-XX读作“FX平方”，锋芒直指空军的F-X计划。
其实，早在伯伊德进入国防部工作之前，五角大楼里已经有一帮人在研究空中优势战斗机了。其中的代表人物是查克·迈尔斯。他认为空军需要一种专门的空优战斗机，而不是所谓的多用途战斗机。和伯伊德、斯普雷两人从能量机动理论研究空优的角度略有不同，迈尔斯强调数量优势。他明确提出数量优势是取得空中优势的前提条件之一，因而主张发展一种轻型的低成本的专用空优战斗机。迈尔斯在朋友的帮助下到处报告他的战斗机概念。在那个强调打核大战的年代，没有多少人听得进去他的报告。不过确实有一个关键人物听进去了，他就是计划和业务办公室的助理主任阿甘少将。迈尔斯说服阿甘少将召集二战和朝鲜战争的王牌组成一个专门小组研究空中优势的定义以及如何获得空优。这个专门小组在1964年成功地发表了关于空优的论文。
迈尔斯的论文毫无疑问为伯伊德和斯普雷提供了弹药。但是美国空军始终把他们的努力看作是对F-15的一种威胁，因此决不会容忍“F-XX”从纸面上的研究转化为一种实际行动。“F-XX”看来就要胎死腹中了。

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在经过了F-86的辉煌之后，F-100、F- 104战斗机一直无法令空军满意，最后不得不选择“被盐水浸泡的飞机”——专为海军研制的“鬼怪”。从此空军对下一代战机的研制极为关注，而伯伊德等人的观点并不为其所接受。为避免前功尽弃，“战机黑手党”们只好小心行事，“曲线”前进，另寻突破口，瑞奇奥尼上校就是他们的选择之一。
 半地下活动
 这时候，最后一位火枪手出场了。
他是一位上校、前战斗机飞行员和试飞员，拥有航空工程的学士学位和应用数学的硕士学位，在麻省理工学院航空工程系完成了除论文之外的博士课程，后来在空军大学讲授宇航(这恐怕是空军大学最难的一门课程)。1969年他来到五角大楼，负责发展规划办公室的工作。
他叫埃弗雷斯特·瑞奇奥尼，朋友们都叫他瑞奇。他是一个典型的意大利后裔，敏感而又天真，喜怒哀乐总是写在脸上。
瑞奇奥尼来到五角大楼不久，伯伊德、斯普雷、迈尔斯等人都给他作过报告。他们惊讶地发现得到了一位非常赞同自己观点的听众。事实上，瑞奇奥尼一直以来就主张一种轻型、高推重比的战斗机，在很多方面跟伯伊德和斯普雷的观点一致。
当时，伯伊德对F-15的前景相当担心。他几乎可以肯定F-15的性能不会像预计的那么好，那些高科技玩艺儿的可靠性也不让人放心。伯伊德认为空军需要一个备份的计划，以免F-15项目失败后空军落得个无机可用的下场．但是空军的将军们并不会认为需要一个备份的飞机，国会也不会同意空军同时采购两种空优战斗机。所以他们如果对轻型战斗机有什么计划的话，就必须保密。
伯伊德敏锐地感觉到如果空军F— 15的那些高科技设备遇到麻烦，那么海军F-14也极有可能。那么海军是不是也在考虑F-14的备份机种呢?
这个想法启发了瑞奇奥尼。他知道该怎么说服他的老板同意他进行一种轻
型战斗机的研究。1970年3月他拟定了一份备忘录，言之有据地论述了海军正在研究一种高性能轻型战斗机的可能性 (多年以后海军否认他们当时正在作这项研究)，指出如果F-14项目失败，海军将用这种轻型战斗机替代F-14，但这将严重威胁F-15计划，最后还煞有介事地说他和伯伊德中校正在密切追踪更准确的信息。
没有什么比知道海军正在他的6点钟方向更能刺激一个空军将军了。如果你跟他说俄国人正在研制一种轻型战斗机，他可能无动于衷。但是你跟他说海军正在干这件事，他马上就坐不住了。空军不能再要一种被盐水浸泡的飞机了！将军在瑞奇奥尼的备忘录上批了几句话：”继续，我早就想要这种飞机了，我们可以抢先一步做做看。”
瑞奇奥尼认为这几句含混的话是给他们的轻型战斗机计划开了绿灯。但是伯伊德仍然十分谨慎。他不能让空军觉得他们的计划会威胁F-15。由于瑞奇奥尼所在的办公室有权与企业签订研究合同，于是他就和伯伊德、斯普雷一起提交了一份研究计划申请书。他们给申请书取了一个十分玄乎的名字：“高级能量机动理论trade-off的整合验证研究”。这个名字听起来深奥神秘而又学术味十足，让人不会对已在进行中的F-15计划造成任何影响。后来，空军批了14．9万美元作为经费。
该计划的真实目的是继续伯伊德和斯普雷之前的研究。瑞奇奥尼将10万美元分给诺斯罗普，4．9万美元分给通用动力，让他们具体分析3种轻型战斗机设计--基于高推力的F100发动机的单引擎方案、基于中推力的GE1发动机的单引擎方案、基于GE1的双引擎方案。
此后，通用动力和诺斯罗普工程师们一个星期至少飞到华盛顿一次，和他们讨论各种设计方案。因为这项工作还处于半地下状态，他们都是在下班后来到工程师们所在的旅馆进行通宵讨论。由于通用动力和诺斯罗普之间有竞争，所以两家公司之间还有一定的保密。

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当年YF-16的竞争对于——诺斯罗普研制的YF-17。该机虽然在空军LWF计划中败北，却在海军VFAX计划中以F／A-18的名称复活，并击败F-16，一雪前耻。

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瑞奇奥尼对伯伊德和斯普雷说：“我们应该把我们看作一个团队。”由于他的意大利裔背景，他把这个团队叫作“战机黑手党”。当时瑞奇奥尼是上校，伯伊德是中校，而斯普雷是文职，瑞奇奥尼就自命为“战机黑手党”的教父。伯伊德并不在乎这个，他只关心轻型战斗机的研究，虽然这个研究的核心正是他的能量机动理论。
瑞奇奥尼天真和爱出风头的性格使他不能一直保持沉默。他总是把“战机黑手党”的一些想法写成备忘录。后来他根据这些写了一份报告，具体讨论了简单战斗机和复杂战斗机的优劣，估算了简单战斗机和复杂战斗机的成本、完好率和每天实际可用的飞机数量，指出在相同的花费下，简单战斗机实际上有更高的总战斗力。在这份报告里，瑞奇奥尼将轻型战斗机叫作”隼”，因此后来人们又把这份报告称为“隼报告”。
瑞奇奥尼和“战机黑手党”受到了越来越多的注意，瑞奇奥尼甚至还时不时暗示“战机黑手党”研究的真实目的。这让伯伊德觉得十分危险。终于有一天，在一个圣诞节聚会上，当时的空军副参谋长责问瑞奇奥尼对F-15的看法。这位“教父”滔滔不绝地谈论了一通轻型战斗机的优点。副参谋长当时脸色就变了。
几天后，瑞奇奥尼就接到通知，他将被调到韩国。
瑞奇奥尼可以说是”战机黑手党”中牺牲最惨重的一位。不过在那时，五角大楼里的政治气氛也慢慢出现了有利于“战机黑手党”的转变。在20世纪60年代麦可纳马拉担任国防部长期间，美军的采购是整体采购体系。在这种体系下，一种作战飞机甚至在尚未完成样机首飞并且没有其他竞争对手的情况下就进入到生产阶段。这导致了后来出现了很多备受争议的飞机，比如C-5运输机和F-111战斗机(两者都遇到了成本高昂、进度拖延等问题)。

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[此贴子已经被作者于2004-12-13 16:45:00编辑过]

pine · 发表于 2004-12-13 16:56:16

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轻型战机
 新总统尼克松的国防部长赖德当政后，决定采用新的采购政策——武器装备必须经过原型验证之后再决定是否进行生产，原型装备不一定投入批量生产，副部长派克尔德具体负责原型装备的规划。他决定在三军中挑选一些项目试验原型验证这种新方法。空军中他选中了“轻型战斗机”。
1971年1月16日，一份需求建议书被发往相关厂商，波音、诺斯罗普、通用动力、LTV和洛克希德都作出了回应。由于通用动力和诺斯罗普与”战机黑手党”进行过大量先期工作，他们的方案具有明显优势，最后被选中进行原型机开发，并分别被命名为YF-16和YF-17。
空军的将军们对此颇紧张了一阵子，不过当他们看了轻型战斗机的载油量后就放心了，这只不过是个短腿的飞机!空军的任务是在敌人的天空作战，短腿的飞机是没有资格加入我们行列的。既然不会对“远航程”的F-15构成威胁，空军将军们自然对轻型战斗机计划不再阻挠了。到时候只要以航程太短为理由拒绝接受就可以了。
伯伊德对此胸有成竹。事实上，决定航程的是载油系数而不是绝对的载油量。小小的蜂鸟可以连续飞行几百千米，而形体比蜂鸟大很多倍的鸟可能飞个几千米就得停下来，正是因为蜂鸟有着高得多的“载油系数”。
伯伊德对斯普雷说：“他们说航程太短就让他们去说吧，让他们把注意力集中在这上面，等最后发现不是这样他们就没什么话可说了。”

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经过一年多的发展和几个月的对比试飞后，YF-16被宣布获得胜利。当时的国防部长宣布美国空军和北约几个国家的空军都将采购YF-16的正式生产型。空军的将军们终于祭出”短腿”这个法宝，作为击落轻型战斗机的最后努力。这时候，伯伊德宣布了YF-16的载油系数和真实航程。让将军们惊讶万分的是YF-16的航程甚至大于F-15的航程。如果说YF-16是一种“短腿”飞机，那么F-15只能是一种“更短腿”的飞机。 YF-16终于变成F-16，进入了生产线，并最终生产了4000多架。
如果说F-15是第一种在设计中用到了能量机动理论的战斗机，那么F-16就是第一种利用能量机动理论设计的战斗机。这里简单分析一下能量机动理论在F-16的设计中的应用。

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@前机身和进气道
由于不追求马赫数2以上的高速，在典型空优任务区域中最简单的正激波进气道已经可以满足需求，不过在设计中仍然比较了3种进气道——正激波、固定斜激波和可调斜激波进气道。结果发现为满足F100发动机的进气要求，斜激波进气道的截获面积过大，带来的重量和阻力代价使SEP值明显降低。虽然可调斜激波进气道在马赫数1．6以上的 SEP值高于正激波进气道，但考虑典型作战空域的要求，简单的正激波进气道是最佳选择。
斯普雷曾建议采用机腹进气方式。后来在和机身两侧进气、翼下进气的对比研究中发现，机腹进气的总压恢复和湍流影响均优于两侧进气和翼下进气，而且随着迎角和侧滑角的增大优势越来越明显。事实上，F-16的进气道在30度迎角内总压恢复系数几乎没有什么变化，侧滑角的影响也很小。F-16因此成了第一种采用机腹进气的战斗机。
机腹进气的另一个好处是当地的附面层较薄，这一点在大迎角下尤其明显。因而F-16的附面层隔离板的高度较低，所带来的阻力也较小。
最后，F-16的前机身可以为进气道进行预压缩，这在一定程度上改善了超音速时的总压恢复，提高了超音速性能。

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@边条翼和翼身融合
F-16的机身和机翼、边条之间过渡平滑，巧妙地将机身、机翼和边条融为一体。
在飞行中，机翼和机身都产生一定的阻力，如果采用传统的机翼和机身的连接方式，产生的阻力大于机翼和机身单独产生的阻力之和，多出来的一部分阻力称为干扰阻力，这是由于流经机翼和机身的气流互相干扰产生的。合适地连接机翼和机身可以尽量消除干扰阻力的影响，在一定条件下甚至可以改善流场，使得总阻力小于机翼和机身单独产生的阻力之和。
边条翼不仅使得翼身融合设计更加容易，而且也更容易满足面积律的要
求。但重要的是边条翼可以产生涡升力，加上翼身融合设计中机身也可产生部分升力，这等于大大降低了飞机的翼载荷。在某些飞行条件下，F-16的实际等效“翼载荷”相当于1.9千帕。这个数字大大低于按通常方法计算的3.1千帕，已接近二战时期战斗机的水平了。

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@单发和后机身
“战机黑手党”认为单发战斗机的 SEP值将优于总推力相同的双发战斗机。这主要是由于单发战斗机的后机身流场相对来说更简洁、阻力更小的缘故。事实上，飞机的后机身流场十分复杂，有时产生的阻力甚至占总阻力的40％。为了尽量避开后机身复杂流场的不利影响，减少干扰阻力，F-16的垂尾被一个基座垫得很高。
另外，F-16还采用了放宽静稳定度和电传操纵等新技术，进一步提高了升力，减少了阻力，也是符合能量机动原理的，这里就不一一分析了。

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尴尬的尾声
 尘埃还未落定。F-16刚刚被决定投入大批量生产，空军立即就往上面添加了许多伯伊德极力反对的东西(电子设备和挂架等)，结果F-16相对YF-16重量大大增加了。为维持YF-16的机动性能，伯伊德建议将翼面积由280平方英尺增加到320平方英尺，但是空军只同意增加到300平方英尺。伯伊德愤怒地据理力争，但这回他终于败下阵来了。
YF-16优异的机动性能对F-15是一种威胁，而任何威胁F-15的东西都是空军的敌人。空军必须保证F-16的性能不能超过F-15。在这一点上．当年威风八面的“40秒钟伯伊德”是无能为力的，除非他自己也是一位将军。然而，在美国空军这个巨大的官僚体系中，像伯伊德这样一个真正的战士，是永远没有机会升到将军职位的。
1975年，48岁的伯伊德以上校军衔从空军退役。(待续)

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知识点：破解高性能战机
——SEP图分析(续2)

@5g过载线图：
图的作法没什么两样，但由于诱导阻力的存在，使得飞机机动飞行的SEP表现各异。下面是同一战斗机在ny=5时SEP的高度-速度包线图。
从图中我们可以看到：
①该战斗机受发动机推力限制的、能进行ny≥5的持续机动(如稳定盘旋)包线，即图中Ps=O米／秒曲线包括的范围。曲线本身表示恰好可以保持5g的稳定盘旋 (不减速，不掉高度)，而在曲线内部，该战斗机能在进行5g盘旋时加速或爬升，或者能用更大的过载进行稳定盘旋。
从图中可以看到，该机在H<8000米的亚、跨音速范围能进行不小于5g的稳定盘旋，在5000米以下一定的亚音速范围内还能同时保持SEP≥100米／秒。把这张图和其他战斗机同样的图对比，就能知道它们各自机动占优势的区域。
这里的机动包线只考虑了发动机的推力限制，实际上它还要综合考虑翼载荷、相应高度-速度下的最大可用升力系数 (越大越好)和结构强度的限制。不过通常发动机推力限制的机动包线范围越大，战斗机的实际机动包线也越大，也就越容易在空战格斗中占据优势。
②该机在中低空速度太低、或高空时不能进行5g持续机动。
该战斗机5g、1g过载线图最大的区别是5g线图在中低空低速和高空时出现了 SEP<O的情况，原因是在这种状态下做5g机动动作时，阻力已远远大于发动机的可用推力。也就是说，在这种状态下进行5g机动时必然会减速(减速到一定程度后还会掉高度)。
所以在图中SEP<0米／秒的区域，5g盘旋不能持续，只能是减速盘旋(瞬时盘旋)，但从图中我们只能看到在一定高度-速度下，该机要做5g持续盘旋所欠缺的 SEP，并不能确定在这个高度—速度该机能不能进行ny=5的减速盘旋。这要由它的翼载荷、相应高度-速度下的最大可用升力系数和结构强度共同决定。因此，SEP线图不能用来分析战斗机的瞬时盘旋性能，这是它的一个局限。
③减小诱导阻力能有效提高战斗机的能量特性。
诱导阻力在总阻力中所占的比例和飞行速度有关。如果飞机平飞，那么速度比较小时诱导阻力是主要的，但这个比例随着速度的增大而减小，在跨、超音速范围比例可能下降到5％以下。
但是在机动飞行时情况就不一样了。因为诱导阻力和ny的平方成正比，也就是说，在同样的高度-速度下，当ny=5时，诱导阻力将增加到1g时的25倍!所以在大过载机动时诱导阻力是最主要的。如果能尽量减小它，就能很有效地改善战斗机的SEP特性。通常要完成同样的机动动作，如果能把诱导阻力降低7％，就能把对发动机可用推力的要求降低约5％。
诱导阻力对能量的影响在一定程度上可以用来分析F-14和F-15模拟格斗对抗的结果：F-14的推重比明显不如F-15，但它采用了能根据飞行状态自动连续调节的变后掠翼布局，在格斗机动时能明显减小诱导阻力，所以它与F-15在SEP上差距不会有想像的那么大(尤其是在低速和格斗机动时)。这样，空战格斗中其他影响因素就更加容易体现出来了。模拟的结果是F- 14胜20次，负1次，双方平手4次。
除了以上两种线图，根据能量机动理论还可以绘制出纵向过载(nx)的能量机动图(反映飞机在各高度-速度下的加速性能)、能量机动效率图(反映飞机在各高度-速度下消耗单位燃油量可以获得的能量增量)等，把这些图综合起来，就能在很大的程度上准确评判一架战斗机各个方面的机动性能。
SEP图的解读大致就是这么一回事，并不复杂，是不是?希望能对诸位理解能量机动理论有所帮助。

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firefox_st · 发表于 2004-12-13 21:26:41

好文啊，继续期待！！！

silverliu · 发表于 2004-12-13 21:27:30

经典好问快做PDF 要大图片做两个版本豪华精装大图片版800*600 顶没得说搂主看留言！

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