主题：【原创】F-35的13大罪状 -- 晨枫

F-35“闪电II”战斗机或许是现代航空历史上最具争议的战斗机了，在系统研发和演示（简称SDD）阶段10年之后，进展最快的F-35A还没有进行过任何武器发射试验，短距起飞-垂直降落（简称STOVL）的F-35B更是“罄竹难书”，现在舰载的F-35C也开始出蹊跷了。在SDD十周年的时候，F-35阵营极力陈述成就，但新近透露的国防部报告给F-35又新增了13大罪状。这个11月29日呈交的简评报告是国防部采购主管弗兰克肯达尔要求的，作为国防部的大内总管，报告的分量不言而喻，这份题为《F-35联合打击战斗机边试飞边生产问题快速评估》的报告由三个助理副国防部长、一个性能评估副主任和一个高级技术顾问执笔。

在正式启动SDD之前，美国空军已经在波音X-32和洛克希德X-35之间进行了对比试飞，最后X-35入选，成为F-35。这样两步走的目的是降低风险，由对比试飞验证包括气动、发动机和STOVL的基本技术，SDD只需要工程研发和型号试飞，不需要涉及技术攻关。F-35不仅应该是一个低成本、高效率、守时间的五角大楼军购改革的典范，还应该是一个低风险研发计划，所以美国三军信心满满，计划在SDD中期就开始同步的低速生产，然后逐步增速，在SDD末期正好转入全速生产。这不仅加速投入使用，也降低了生产能力闲置造成的成本转嫁。这就是边试飞边生产的由来。但F-35在研发中暴露了众多严重的问题，不仅迫使全速投产大大推迟，还迫使已经由低速生产交付使用的飞机按照发现的问题返工。STOVL的F-35B问题重重早已众所周知，前国防部长盖茨判F-35B缓刑两年，如今刑期已经过半，没有人说得清楚解除刑期的条件是否满足，或者应该下马。但F-35的问题不止B型。11月29日的简评报告罗列了13个新增问题。

新增问题分为三大类。第一类为5个影响飞行或任务安全而尚未解决的重大问题，是边试飞边生产的绊脚石，其中包括头盔显示系统、燃油抛洒系统、综合动力系统、舰载型的尾钩和保密的第五项。

美国在越南战争期间就开始研制头盔显示系统，由于技术问题而最后下马。苏联在米格-29和苏-27上首先装备了简陋但实战化的头盔瞄准具，用眼角余光所见周边的一圈LED指示灯指示威胁方向，简单实用，但不能显示更多的火控和飞行信息。美国先是对苏联的这一技术突破嗤之以鼻，但德国统一后，装备头盔瞄准具和R-73近程空空导弹的前东德米格-29和西方战斗机多次对抗演习，在近距格斗中把所有西方战斗机打得满地找牙，美国和欧洲这才行动起来，加紧研制头盔显示系统。

F-35的头盔显示系统是第二代，不光提供目标提示，还可以显示火控、导航、发动机、大气数据、武器状态等图标信息，并投影显示夜视摄像机和分布孔径系统的图像。分布孔径系统是F-35的一个首创，采用6个传感器对F-35实现360度覆盖，飞行员可以实时观看360度的全景，并用于导弹来袭报警和定位、威胁指示和瞄准以及友机跟踪定位。和分布孔径系统相结合后，头盔显示系统不仅用于机载武器火控，还用于战场态势感知和主要飞行信息显示，完全取代了平视显示器，成为主要的飞行信息显示。头盔显示系统的性能对飞行安全、战场态势感知和作战效能至关重要。

头盔显示系统和头盔瞄准具的差别在于，后者只是简单的指示灯提示系统，而前者是完整的投影显示系统，可以显示图标和图像。问题在于，头盔显示系统的成像平面和眼球很近，图像的微小抖动对眼球视线来说也是可观的角位移，主观感觉上相当于大幅度抖动。如果长时间抖动频率较高的话，不仅无法正常读数，还会造成严重的头痛。更大的问题在于，头盔和头部的结合不可能做到绝对紧固，在正常机械振动、不稳定气流或者机动飞行的情况下，微小的松动都会加剧抖动问题。设计团队正在试图用微型陀螺稳定图像，但不仅没有到可以飞行试验的程度，还可能导致重量问题。头盔重量不仅是一个舒适问题，也是一个安全问题。在9g机动中，头盔重量相当于放大9倍，对飞行员的颈椎是很大的压力。弹射救生时，头盔重量也可能造成颈椎骨折，严重的时候可能致命，所以头盔显示系统对重量异常敏感。

第二个问题是显示滞后，图像显示滞后达130毫秒，图标显示滞后也有50毫秒，而设计指标分别是40毫秒和30毫秒。经常使用普及型数码相机的人对显示滞后会有体会，用相机背上的LCD取景拍摄跑动中的小孩时，图像不连贯不说，而且总是慢一拍，按快门的时候小孩已经跑出画面，拍下来的只是半个小孩。相比而言，索尼Cybershot DSC W80数码相机的快门滞后为150毫秒，顶级的尼康D3x降低到40毫秒，传奇式的莱卡M4旁轴相机采用帘布快门，只有12毫秒。对于家长来说，快门滞后只是恼火；对于飞行员来说，这就要贻误战机，或者危害飞行安全，是很要命的。

头盔显示系统的清晰度也不足，尤其是在夜视模式下，在满月的亮度下也只有相当于大约350度近视眼的水平，而传统的夜视眼镜只相当于不到100度的近视眼。随着亮度降低，夜视摄像机的清晰度降低得比夜视眼镜更快。现在正在研制的新一代也是摄像机，预计依然不能达到传统夜视眼镜的清晰度，而且离飞行试验还有一段时间。

为了不影响进度，设计团队正在两条腿走路，一方面由VSI公司继续解决现有问题，另一方面向BAe要求提供另一种头盔显示系统作为候选，BAe的设计采用常规的夜视眼镜，但无法显示分布孔径系统图像，失去分布孔径系统图像显示能力使F-35头盔显示系统的优越性大打折扣，但现在还没有更好的解决办法。

飞机着陆瞬间对起落架的冲击载荷很高，航母上降落尤其如此。飞机可以最大起飞重量安全滑跑和起飞，但不能以最大起飞重量安全着陆，抛洒过多燃油是重载飞机降落前必须要做的事。但F-35的燃油抛洒系统不能解决燃油沾上机体表面的问题，甚至在着陆后出现襟翼上积聚的燃油倾洒到地面的事情，容易起火。尤其是STOVL的B型，有很多高温表面，滴洒到的话容易起火。高温燃气吹拂下，滴洒到地上的燃油也容易被点燃。洒得到处都是的燃油对于维修、装弹和修复隐身涂层也是麻烦。由于这些问题，美国海军和空军索性规定，除非紧急情况，否则不准F-35在空中抛洒多余燃油。对于空军的F-35A还说，重载着陆的问题还比较小；对于海军的F-35C来说，就只有抛掉多余弹药，才能把着陆重量降到可以安全着舰的地步。传统飞机用一根伸出的多孔杆子，从尽量远离机体的地方抛洒多余燃油，但隐身飞机最犯愁的就是这些枝枝楞楞的东西，现在还没有一个既保证安全又不影响隐身的解决办法。

传统上，发动机启动系统、发电机和冷暖空调是各自独立的系统。F-35将三者整合进一体的综合动力系统（简称IPP），减轻了重量，简化了操作和维修。但IPP故障将导致主要航电过热故障、失去备用发电机、失去机载制氧能力和座舱加压，在空中出现的话，将导致严重的飞行安全问题。IPP应该具有无故障间隔至少2200小时，但在美国空军的试飞中，已经出现11起必须全换的故障，其中8起是在12个星期里集中出现的，使得无故障间隔降低到不可接受的13小时。

IPP的故障还不是罢工那么简单。2011年8月3日的故障中，IPP发生爆炸，飞出的部件击穿了油箱，迫使全部F-35停飞两星期。肇事部件统统更换了，但如何确保IPP一旦爆炸不至于击穿油箱还没有找到办法。IPP的更换工序也太复杂，需要48小时连续苦干。低可靠性加上高维修工作量使得IPP需要全面重新设计，对于已经交付的F-35来说，又多了一个返工项目。

舰载型F-35C的尾钩出现着陆滑跑时挂不上拦阻索的问题，在莱克赫斯特海航基地试验时，8次挂钩企图全部失败。问题出在：1、主起落架到尾钩接地点距离太短，使得主起落架的机轮滚过拦阻索后，拦阻索还没有来得及回位，还紧贴地面，尾钩难以挂上；2、尾钩形状不利于挂上；3、压住尾钩的机构阻尼不足，使得尾钩容易被地面或者甲板的表面不平而弹起。

洛克希德从来没有设计过舰载飞机，难说这是不是尾钩设计出问题的原因。和典型舰载战斗机主起落架到尾钩接地点的距离相比，F-18E为5.7米，F-14D为6.7米，教练机T-45为4.45米，就连纵长相对较短的无人机X-47B都有3.1米，但F-35C只有2.2米。F-35C的尾钩形状本来是借用F-18E的，F-18E的主起落架到尾钩接地点的距离比F-35C长150%，没有机轮把拦阻索压到地上来不及弹回的问题，所以F-18E的尾钩前缘较钝，还略带像大头皮鞋一样的倒钩，确保挂上拦阻索后不会脱落。但同样的形状用于F-35C就悲剧了，根本挂不上。现在设计团队在把尾钩修改为较尖锐的锲形挂钩，但这样的形状容易挂上，也容易脱落，特别在尾钩阻尼不足造成弹跳或者拦阻索张力不均匀的时候。尾钩阻尼则是一个典型的动态响应问题，阻尼较小，相当于弹簧较软，尾钩撞击甲板的时候，初始弹跳较小，但随后的一系列弹跳衰减较慢；阻尼较大，相当于弹簧很硬，后续弹跳衰减很快，但初始弹跳幅度很大。阻尼大小也可以用汽车悬挂来理解，阻尼较小相当于林肯，阻尼较大相当于宝马。阻尼和主起落架至尾钩接地点距离要配合设置，距离短只有用较小的阻尼，距离长容许用较大的阻尼，但F-35C的设计使得阻尼设置陷入两难。

主起落架到尾钩接地点距离和尾钩长度的关系不大。出于隐身和重量的考虑，尾钩需要完全收入机内，所以不可能太长，要增加距离，只有把尾钩的安装点向机尾移动。但尾钩要把以至少250公里/小时速度接地而几乎二十吨重的F-35C拖住，在几十米内减速到静止，承受的负荷非常之大，安装点的选取和机体的整体强度有关，不可能轻易移动。一旦移动，和机体强度、疲劳有关的全部测试将全部重来，兹事体大。

在公开的报告中，第一类重大问题中第五个缺陷是引人注目的空白，只有机密版的附件才有具体内容。一般猜测，这涉及到隐身。这不是空穴来风，报告附录罗列了所有评估项目，“信号特征测试结果”是一大类，有“制造商数据”和“测试数据”两个小类，但报告中对这一大类只字未提，而所有其他大类都提到。当然，真相只有到未来解密的时候才知道了。

第二类3个问题影响重大，但不至于直接影响日常飞行安全，具体影响还需要进一步的试飞才能确定，其中包括涡流敲击、疲劳寿命和试飞进度。

飞机在空气中飞行的时候，气流不一定平顺地流经飞机表面。强大的涡流可以对机体局部造成高频敲击，造成结构疲劳甚至损坏。F-18A在试飞中，涡流对双垂尾产生严重敲击，导致早期疲劳，最后是加强了垂尾结构，并在边条背上增加了一对扰流片，改变涡流走向，才解决了问题。F-22也曾经有过类似的问题。涡流敲击也恶化了飞机的振动，严重时不仅影响舒适，也影响飞行员对仪表的读数和精细的操作动作。头盔显示系统对振动十分敏感，涡流敲击是大大的坏消息。F-35在试飞中，发现超常的涡流敲击现象，这还是尚未开始20度以上迎角的试飞的情况，大迎角飞行时，涡流敲击更为严重。

根据已有的试飞数据，F -35在迎角只有10-20度时，在0.65到0.9马赫范围内已经广泛出现中等程度的涡流敲击，局部条件下还有严重敲击。不过F-35大迎角飞行时飞控稳定性尚未认证，大迎角试飞要2012年底才能开始，要经过一段时间的深度试飞才能确认大迎角涡流敲击的影响，最早要2014年才能揭晓，在此之前，只能作为技术不定性处理。如果需要修改气动或者结构设计，这又是一个返工项目。

F-35的疲劳试验还刚开始。F-35机体的设计寿命是8000小时，疲劳试验要求16000小时的等效飞行时间。到目前为止，F-35A只完成了3000小时等效飞行时间，F-35B为1500小时，F-35C要到2012年才开始疲劳试验。但这些有限的试验已经暴露了一些疲劳问题。F-35B的第496号隔框已经出现疲劳裂纹，重新设计的隔框已经交付，将于2012年初重新开始疲劳试验。F-35A的机翼前缘翼肋也提前出现疲劳裂纹，B型是同样的设计，也有同样的问题；C型采用不同的机翼设计，尚不清楚是否会有类似问题。还有其他部件达不到设计寿命，尽管这些部件还没有在疲劳试验中出现裂纹，其中F-35A有24个这样的部件，F-35B有19个，F-35C有15个。

令设计团队担心的是疲劳试验还刚开始不久，由于疲劳试验的特点，越往后出现的问题越多，预计还会有更多的结构部件疲劳问题。好在部件疲劳都是局部问题，大多是相对简单的设计失误造成的，容易修改，在未来生产的飞机上不会留有隐患。问题是已经低速生产的飞机比较作难，试飞和疲劳试验全部完成时，应该已经交付了300多架F-35。第一个办法是接受降低使用寿命的现实，提前订购替换的飞机要增加全寿命成本；第二个办法是加强检查和维修，这个也要增加全寿命成本；第三个办法是返工修复，这个办法最彻底，但初始投入也最大。

很多技术验证和设计修改都取决于试飞的进展，但F-35的58300个试飞科目中只完成了19%，还基本上都是容易的项目，10260个军方验收科目中只有不到5%得到验收。舰载型F-35C的进度尤其落后，14300个试飞科目中只有2000个完成。所有三个型号都还没有进行大迎角飞行试验或者武器投放试验。80% 极限水平的载荷、颤振、涡流敲击方面的试飞科目要到2014年才能完成，100% 极限水平的相应试验至少要到2015-2016年，12200米以上的高空试飞也要到2015-2016年。美国空军的埃格林空军基地和美国海军的莱克赫斯特海航基地的试飞进度达到计划要求，但进度依然比SDD原计划落后至少8%。这主要是因为不断发现新问题，不断重新设计和返工，还有飞机的可靠性、可维修性和备件问题。比如说，F-35A的一般试飞拖了系统试飞的后腿，F-35B的升力风扇门故障拖了垂直降落试飞的后腿，燃油抛弃的问题将拖所有型号试飞的后腿。

软件问题也是试飞拖延的一个原因，F-35A六号机因为软件问题而停飞两个星期。但任务系统的软件升级在不断进行，修补和纠错也接踵而至，更加复杂的武器和传感器整合部分的软件测试还没有开始。保密使得埃格林和莱克赫斯特之间的沟通不灵，进一步增加软件问题的痛苦。软件测试和试飞计划也对不上号，Block 3F在两者的日程上竟然相差160天。

第三类是5个中等严重程度的问题，后果和成本居中，但累积起来还是会对边试飞边生产造成问题，其中包括软件、超重、过热、自动后勤信息系统和雷击防护。

现在战斗机的软件研发已经越来越成为影响成败的重头戏。软件赋予电子系统以智能，软件的易升级性也使得系统的生命力长青。不过软件之“软”也使得隐患容易滋生，软件测试和修补与其说是科学，不如说是艺术。即使是成熟的软件，在超常使用条件下也不时会有惊讶发生，视窗就是一个例子。为了控制进度和风险，F-35的软件是分批研发的，后续批次在已经成熟的先导批次基础上升级。已经交付的Block 1A软件只有导航、飞控、座舱管理等基本功能，2012年交付的Block 1B将具有简单的空空和空地模拟攻击能力，可以用于训练，2013年交付的Block 2A可以用于复杂的空空和空地模拟攻击，2014-2015年才能交付的Block 2B才具备初始的作战能力，能发射机内挂载的AMRAAM中程空空导弹和GBU-12“铺路石”或GBU-32小直径制导炸弹，具有完备作战能力的Block 3F要到2017年才能就绪。

但分批交付软件也有特有的问题，当前在试飞机队中，有8个主要软件版本，其中4个属于任务系统，4个属于飞行控制。不同批次的软件同时存在，每个批次内部不同功能有不同的成熟程度，有的能用，有的不能用，造成软件使用、维护、纠错和升级的极大困扰。电子和机载系统电子控制的设计返工和气动、发动机、结构重新设计带来的新的功能和自检要求进一步增加了软件研发的混乱。软件功能增加使得硬件速度不够用，硬件升级则带来新的软硬件相容性问题，或者需要软件驱动器和界面的更新。另外，软件测试也落后于进度。在10月底，Block 1B应该测试完成，但只完成了25%，任务系统整合拖了2.5个月；Block 2A的任务系统整合应该完成67%，实际完成35%。但眼下F-35设计团队最大的担心是软件团队力量不足，无法应付多重版本和日新月异的要求。

飞机最怕超重，但F-35的超重问题如影随形。2004年曾大动干戈搞了一次减重运动，同时制定了严格的重量管理制度，规定F-35B到服役时增重不得超过3%，F-35A和C不得超过2.5%，也就是说，平均每年增重分别不得超过0.33%和0.28%。2010年F-35计划再次整顿时，已经大大超过规定的逐年增重空间，预期2015年就将吃掉全部容许的增重空间，而那时试飞和设计修改尚未结束。

典型战斗机在首飞到服役之间，平均增重3.5%，F-18E/F大量采用成熟技术，只增重了2.5%；F-22就没有那么幸运，增重5%。F-35的增重容限是比较苛刻的，但F-35特别需要控制增重。STOVL的F-35B在垂直降落时，完全靠发动机提供升力。F-135采用F-22的F119发动机的基本技术，但F135的推力比F119增加近25%，不仅把增推空间吃光，还使发动机的极限工作状态成为正常工作状态，降低可靠性和寿命。驱动升力风扇的额外要求进一步加重了低压压气机的负担。因此，F-35B对增重特别敏感。F-35B还容许增加23.6公斤的重量，但已经有63.5公斤的增重要求在等着了，不过也有113公斤的减重可能性。算入预计的0.44千牛的推力增加，增重空间增加到64.4公斤，还是不宽裕。另一个问题是重量分布，重量前移将超过升力风扇的扭力极限，但现在重心已经略微超过极限，实际上压缩了可用的增重空间。

由于推重比不足，F-35A和C也对增重敏感，不仅影响空战性能，也影响航程。F-35C的重量还影响着舰重量、着舰速度和剩余油量。F-35A有31.3公斤的增重空间，F-35C有11.8公斤增重空间，不过着舰重量比较宽裕，还有200公斤的增重空间。F-35C的试飞开始最晚，也已经有29.5公斤的增重要求在排队，不过也有14.5公斤的减重可能性。F-35重量问题现在勉强得到控制，但进一步试飞和设计修改很容易就会吃点这一点点可怜的增重空间。

F-35飞行员和地勤报告，座舱和电子设备舱空调不足，宽幅俯视显示器会由于过热而当机。F-35B在STOVL状态更加空调不足，如果飞行员需要身穿寒冷水域救生装具，会热的不堪忍受。空调系统使用燃油作为热交换介质，但燃油温度超标，导致热交换不力。如果空调不足导致发动机全权数控过热，可能导致发动机停车。

F-35B还有其他特有的过热问题。刹车盘容易过热，用F-35A的刹车盘可以解决问题，但要增重41公斤。升力风扇离合器在正常飞行时冷却不足，需要加装辅助冷却系统。横滚控制臂的喷嘴作动机构会因为高温压缩空气泄漏而过热，现在采用防热毯先对付着，等待重新设计。F-35A长时间使用加力推力的话，会出现结构过热。F-35A第一次达到M1.6时，加力开了几分钟，导致平尾涂层起泡、剥落，部分发动机防热板也有所损坏。在问题没有解决之前，所有F-35试飞不得超过M1.0，加力使用不得超过1-2分钟。好在现有的过热问题都不是太严重的问题，适当的重新设计就可以解决。

F-35装备有自动后勤信息系统（简称ALIS），用于综合自检和维修信息管理，不仅自动报告需要检修的部件，预报剩余寿命，也自动保持维修记录。但ALIS要到2011年12月才开始交付，在此之前还是用旧的半自动系统，现有试飞机队的15架飞机要到2012年12月才可能完成升级。在此期间，人工和自动的记录并存，增加了信息冲突和遗漏。ALIS也管理机组人员的训练记录，记录谁受过什么训练，可以在哪一部分系统上做什么样的操作和维修。但试飞机队的人员很杂，ALIS无法按照作战中队的要求管理，这部分功能无法测试和使用。不过和其他问题相比，ALIS的问题不大，只是不大方便而已。

飞机在空中要是遭到雷击，那是很不幸的事情。F-35采用复合材料制造，遭到雷击更不容易及时泄放电荷。避免结构损伤。F-35采用主动防雷击系统，具体原理没有透露，但问题是这个系统不大好测试有效性。现在只有命令F-35禁止进入雷区周围46.3公里半径的空域，到2014-2016年系统测试完成后才能解禁。由于埃格林空军基地所在的佛罗里达多雷雨天气，有可能多到25-50%的试飞会受到影响。

更大的问题在于油箱的惰性气体保护。油箱半满的时候，气相空间里充满燃油的挥发性气体，如果和空气混合，容易发生自燃自爆，需要用惰性气体填充空间，通常是用氮气。另外，油箱的壁面积很大，油箱内的压力应该比环境压力高，防止空气渗入，但压力差不能太大，否则油箱壁需要大大加强。问题是空气密度随高度变化，所以油箱压力要随之改变，以保持设计的压力差。油箱和环境压力有单通的平衡阀，油箱压力过高的时候，放掉一点氮气；油箱压力过低的时候，由机上氮气源补足。空气中大约20%是氧气，另外80%中绝大部分是氮气，现在采用机载制氧系统在制氧的同时，也制取氮气，取代了过去的氮气瓶。不过F-35的制氮能力不足，全速俯冲时会导致空气泄漏进油箱，可能造成危险。设计团队一方面增加机载制氮的能力，另一方面重新设计单通平衡阀，阻止回漏。

由于诸多严重和中等严重的问题，《F-35联合打击战斗机边试飞边生产问题快速评估》报告认为F-35的设计还没有达到足够稳定，建议不再由固定的时间表决定全速生产的开始时间，而由研发和试飞完成程度决定。另外，对于已经投入低速生产和已经交付的F-35，美国空军和洛克希德刚完成艰苦的谈判，双方各自负担一半返工开支，在这之前所有返工开支都是军方负担的。

日本决定订购F-35A的当口，正好是报告透露的时候。日本还为此推迟了几天才宣布订购F-35A，以研究报告内容后再做决定，当然最后还是不出所料地决定订购F-35。有意思的是，日本对F-X的评估标准是50%性能，22.5%价格，22.5%技术转让，5%售后服务，唯独对技术风险不做任何考虑。这是不可思议的，尤其在F-35的问题人尽皆知的情况下。美日之间到底达成了什么交易，只有天知地知他知她知了。

洛克希德P-38“闪电”是二战名机之一，不仅在布干维尔岛的天空击落了山本五十六的座机，还是二战期间美国唯一从开战到结束一直生产的战斗机。F-35重拾“闪电”的名号，本意当然是要重现P-38的辉煌。但F-35无止境的问题使得加速生产迟迟不至，洛克希德的生产能力闲置，上游供应商已经有因为无法继续等待下去而转产甚至破产的，洛克希德的资金周转也受到影响，无力投入灸手可热的无人战斗飞机和下一代轰炸机研制中。“闪电II”可能不至于会击落洛克希德，但最具争议的战斗机的王座可能要坐一阵子了。