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超音速机动性能是F-22的设计重点之一,也是该机与第三代战斗机的“代差”标志之一。除了前述超巡、超音速加速/爬升性能外,超音速状态下的盘旋能力也有明显提高。有资料称,该机在M1.7时稳定盘旋过载可达6.5G。考虑到F-15在同等条件下盘旋能力远逊于此,而苏-27在M0.9、中空才达到这个水平,不能不说这是一个相当惊人的进步。
能够达到如此之大的超音速盘旋过载,发动机是一个重要原因,而同样重要的还有飞机的超音速升阻比和配平能力。
关于升阻比,不难理解。要拉出足够的过载,机翼就必须产生相应的升力,伴随而来的就是诱导阻力的急剧增大(诱阻系数与机翼迎角平方成正比,与机翼展弦比成反比)。如果诱阻系数太大,诱阻增长极快,那么很快就会抵消发动机的剩余推力,飞机虽仍可能拉出较大过载,但发动机推力已不足以维持稳定飞行,当年的幻影III瞬时盘旋性能好而稳定盘旋性能差,正是为此。以现代航空技术水平而言,要设计出具有高升阻比的机翼或者具有良好超音速性能的机翼均非特别困难,但要将两者合而为一却非一日之功。这也是F-22足以自傲的一点。
而配平能力则往往容易被人忽略。机翼的高升力是拉出大过载的基础,但升力越大,产生的俯仰力矩也越大。如果飞机自身不能提供足够的俯仰配平力矩,那么要么进入上仰发散状态而失控,要么被机翼升力产生的低头力矩压回去,无法拉到需要的迎角。特别是在超音速条件下,飞机焦点大幅度后移,机翼升力产生的低头力矩相当大,进行超音速机动需要更强的配平能力。以超音速性能著称的米格-25,就是由于配平原因而无法进行较大过载的超音速机动——该机超音速平飞时,平尾偏转就已接近极限,能用于超音速机动的余量相当小,所以虽然机体可以承受更大的载荷,但M2时的最大盘旋过载仅有3G。
要解决配平问题,一是大幅放宽静稳定度,将飞机焦点前移。这样超音速飞行时飞机焦点虽然仍会后移,但距离重心近,产生的低头力矩相对较小。不过,这样一来飞机在亚音速大迎角机动时同样会面临配平问题——这次是配平机翼产生的抬头力矩。被媒体过分渲染的近耦鸭式布局,由于鸭翼距离重心较近,配平能力不足,F-16的总师哈瑞·希尔莱克就曾说过:“鸭翼最好的位置是在别人的飞机上。”广为人知的LAVI战斗机就始终未能解决大迎角配平问题。因此,在当年ATF方案论证时虽然出现过不少鸭式布局方案,但F-22最终还是选择了具有较强配平能力的正常式布局,纵向静稳定度也大幅放宽。解决配平的另一个途径是采用推力矢量控制(TVC)技术。采用TVC,其主要优点有:在气动操纵面基础上又增加了一个配平手段,配平能力自然大幅增强;高速飞行时气动操纵面偏转将产生极大阻力,而采用TVC可以起到同样的操纵效果却无需偏转操纵面;TVC并不仅仅是偏转推力矢量而产生法向分力,强大的发动机喷流将在后机身形成引射作用,产生新的“升力”增量,同时参与配平。F-22的超音速机动性大幅提高,TVC技术功不可没。
就超音速盘旋本身的特点而言,其最大优势体现在日趋重要的超视距空战中。前面已经提到,在超视距空战中无论是攻击还是防御态势,超巡能力都非常有用,而超音速盘旋能力则是保证攻防转换顺利衔接的关键一环。当AIM-120进入自导段时,F-22为了避免进入对方武器有效射程或者冲得太快进入风险极大的近距格斗,需要转向高速脱离。可以想象,对于F-15这类飞机而言,为了尽快转向,转弯前的速度需要保持在其角点速度附近,完成转向之后再加速脱离,这必然限制其发射AIM-120时的速度,减小了有效射程;或者为了提高有效射程增速到超音速,发射后再次减速,但牺牲了时间。对F-22来说,完全没有这些麻烦。良好的超音速盘旋能力使之可以在超视距作战阶段始终维持较高的能量状态,以应付各种突发事件。