F-4鬼怪戰鬥機

F-4鬼怪戰鬥機

F-104、米格-21就是典型的範例。 F-4A為艦載機,一共生產了45架。 RF-4E偵查機型外銷版,共150架。

(圖)美國空軍(USAF)的F-4鬼怪II戰鬥機美國空軍(USAF)的F-4鬼怪II戰鬥機

F-4鬼怪II(F-4 Phantom II)是一種超音速雙發重型艦載機,由美國麥道公司研製。1958年5月首飛,1961年服役,在美國的服役期長達34年(1961-1995年)。

研發歷史

F-4最初是麥克唐納飛行器公司(後來與道格拉斯公司合併為麥道)自己的研發計畫,在與海軍商討之後,由海軍正式提出發展需求,設計一架艦載攔截機。當麥克納馬拉入主美國國防部之後,他要求美國空軍在尋求新的戰鬥機時考慮採用海軍的F-4,以降低整個生產線的成本。空軍與麥克唐納公司討論之後,稍作修改的機型也同時進入美國空軍服役。

作為美國早期只使用飛彈的戰鬥機,它起初只裝備了AIM-7“麻雀”雷達導引空對空飛彈和AIM-9“響尾蛇”紅外線導引空對空飛彈而缺乏了機炮。這種對於飛彈的過度信任,加上初期版本的AIM-7/AIM-9妥善率與命中率偏低,導致它于越戰前期的滾雷行動當中無法有效的對付北越少量的MiG-17MiG-19MiG-21。這促使美國空軍加裝M61火神機關炮於機首雷達下,這便是F-4E。美國海軍雖然曾經嘗試使用裝在機腹中線的機炮夾囊,評估之後的效果認為不是很好的情況下,美國海軍並未迅速加裝機炮,而是近一步的改良AIM-9飛彈,採用新設計,以氣體冷卻的尋標器來提升飛彈的性能。

設計思想

韓戰結束後,空戰理論與戰鬥機裝備技術水平均有了長足的發展。在越戰前,主流的戰鬥機設計思想包括如下要點:

(圖)F-4鬼怪戰鬥機F-4鬼怪戰鬥機

1. 認為飛機的大速度是決定空中優勢的主要因素。為了保證飛機具有大速度, 必須竭盡一切努力減小阻力,甚至不惜犧牲爬升率和機動性。F-104米格-21就是典型的範例。到了研製F-4的時候,飛行控制與發動機技術相比起研製前兩種戰鬥機的時候已經有了很大改善,因此比F-104、米格-21的情況要好些,但格鬥性能仍然無法與之前的F-86米格-17等輕型戰鬥機相比。
2. 主張研製多用途戰術戰鬥機, 要求飛機兼有空戰和對地攻擊能力, 即主張研製戰鬥轟炸機,而不再像以往那樣研製單純的防空截擊機或專用對地攻擊機。最終F-4的確兼備了這兩種作戰能力,但在發動機推力有限、氣動設計未盡完美的前提下,強求對地攻擊能力反倒拖累了整體飛行性能,特別是攜帶對地武器時無法有效的與敵方戰鬥機交戰。
3. 為對抗裝備大射程對空/對地制導武器的敵機,截擊機的戰術被構想為利用速度優勢追趕或快速逼近目標, 並利用先進的火控武器系統(以使用半主動雷達制導空空飛彈為突出特徵)在儘可能遠的距離上將敵機殲滅。但由於火控與武器技術水平的限制,這一構思未能在F-4上有效的實現。
4. 為實現2、3兩點指標,新研製的戰鬥機必須具有較大的航程。同時,為F-4研製的先進火控系統操作較為複雜,因此必須配備雙人機組(飛行員與武器操作員)。這意味著F-4的體積、重量會比之前的戰鬥機有很大的增長,而氣動、飛控和發動機技術卻沒有相應幅度的增長。
5. 認為截擊機同時投入戰鬥的飛機數量將減少,實施攻擊時機動動作“平直化”,力求一次攻擊來結束戰鬥。於是當時認為格鬥性能的下降是可以接受的。
6. 忽視航炮的作用。有人認為空空飛彈出現之後,航炮作為一種武器已沒有前途。當時幾乎所有新研製的戰鬥機,包括F-4,都沒有裝航炮。很快這一決策被實戰證明是極為錯誤的。
7. 不重視飛行員在空戰中的作用。有人認為飛行員不需要學會判斷空中情況,而是由地面指揮所代替他們下決心。

飛機設計師們就是按照以上這些想法研製了包括F-4在內的第二代噴氣式戰鬥機。這代飛機的最大速度達M2左右、有的甚至達M3, 機載電子設備和武器系統的性能均有較大的提高, 重視對地攻擊能力, “重型化”傾向明顯。從其航空技術水平和飛機的性能來看, 確實比第一代戰鬥機有了明顯的提高和發展。但在60年代後期開始進行的越南戰爭和其他局部戰爭中, 第二代噴氣式戰鬥機的使用效果( 尤其是空戰使用),並不理想。從某種意義上來講, 它在發展方向上走了一段“彎路”。這主要是因為實戰中的空戰作戰方式與原先構想的有很大的差別。

空戰的高度範圍不是擴大了, 而是縮小了。這一情況引起了研究局部戰爭經驗的專家們的特別注意。韓戰中, 戰鬥機的空戰曾發展到平流層。而越南戰爭中, 戰鬥機的使用高度不超過9000米。這一方面是由於戰術航空兵遂行的任務性質決定的。轟炸機為避免進入防空飛彈的毀傷區, 多半在低空活動, 擔任掩護的戰鬥機也必須降低高度。另一方面,空戰實踐說明, 飛行員能目視觀察到3600米以內距離的機動目標, 因而轉彎半徑不大於1800米較有利。在9000米以上的高度, 第二代飛機想以這樣的盤旋半徑實施不損失高度的速度機動是不可能的, 所以高度也受到限制。越南戰爭中空戰格鬥一般發生在1500~4500米高度範圍內。

在局部戰爭中, 空戰的速度範圍也並不大, 儘管雙方都具有速度超過M2的戰鬥機,但經常進行空戰的速度範圍是M0.5~-0.9。這一方面是由於空戰開始的高度低, 飛機的速度受到結構強度的限制。另一方面是由於當時戰鬥機的超音速機動性能甚差, 想在速度超過音速時獲取機動性的優勢是很困難的, 因而也只能進入亞跨音速範圍。局部戰爭的經驗也證明。大部分空戰仍是在雙方目視能見度的近距離範圍內進行的, 摧毀目標還須從後半球攻擊來實現。空戰中被擊落的飛機中約有三分之二是被空空飛彈擊毀的, 三分之一是被炮彈擊毀的。在中東戰爭中, 空戰格鬥的比例更大, 飛行員經常能有效地使用航炮。局部戰爭還證明, 協同仍是至關重要的, 戰鬥機的絕大多數空戰都是編隊空戰。飛行員的素質對空戰的結果仍有決定性影響。

F-4服役後參與幾次局部戰爭的實戰經驗說明, 儘管該機取得了相當不錯的戰果,但由於設計時脫離實際,過度追求高空大速度飛行性能,以及遠距離作戰能力,令其在戰鬥中多次受挫。正是由於第二代戰鬥機研製時對作戰環境的樣式與實際情況有很大差別, 所以在實戰中不可能取得預期的戰果。

代號F3H-G的概念模型,注意外形上有許多和F-4不同的地方,且沒有配備武器操作員。

結構特點

(圖)F-4鬼怪戰鬥機F-4鬼怪戰鬥機

為滿足對前所未有的高指標,F-4在設計上有著許多出眾之處。

該機機翼為懸臂式下單翼。翼根翼型為NACA 0006.4-64(修形)、機翼折線處為NACA 0004-64、翼尖為NACA 0003-64(修形)。前緣後掠角45°,平均相對厚度5.1%,翼尖相對厚度3%,安裝角1°,外翼上反角12°。前緣有鋸齒。機翼為全金屬結構,外翼可折起(海軍型)。中翼和內翼為一貫穿機身的雙梁抗扭盒式整體結構,抗扭盒又是整體油箱,容積達2380升。前、後梁位於15%和40%弦長處,由大鍛件機械加工製成。蒙皮為帶肋整體壁板,由6.35厘米厚板機加工製成。後梁之後還有一根由鍛件加工的輔助梁,用以分擔部分主起落架和減速板載荷。外翼也是雙梁結構,梁位於15%和40%弦長處,並與內翼連線。外翼蒙皮厚7毫米,翼尖2.5毫米。蒙皮材料多用7178鋁合金,鍛件用7079鋁合金。機翼後緣為整體鋁合金蜂窩結構,後緣襟翼和副翼為帶鋁合金蜂窩結構後緣的金屬結構,後緣襟翼和副翼為帶鋁合金蜂窩結構後緣的金屬結構。副翼只能向下偏轉30°。上翼面的擾流板可向上偏轉45°,橫側操縱時兩者協調動作,由兩套獨立的液壓系統操縱。後緣襟翼和外側前緣襟翼都有附面層吹除裝置。後期的E、F型改用前緣縫翼,取消吹氣裝置。機翼下側起落架艙後方有一塊液壓驅動的減速板。

(圖)F-4鬼怪戰鬥機F-4鬼怪戰鬥機

全金屬半硬殼式機身結構,分為前、中、後三段。機身前段主要包括座艙、前起落架艙和電子設備艙,構件多為鈑金件、承力部位採用鍛鑄件。為防止變形,進氣道採用很多橫向隔框,進氣口前緣為鍛件,經化學銑切製成。中段有發動機艙和油箱艙。與機翼連線的承力框為整體件,由鋁鍛件機加工製成。油箱艙在發動機艙上方,採用雙壁結構導入空氣進行冷卻。靠近發動機的結構大量採用鈦合金。後段廣泛採用鈦和鋼,下側為雙壁結構,用空氣冷卻。由於當時還沒有在戰鬥機機體上採用較多份額的複合材料,F-4的重量居高不下,對飛行性能有著負面影響。

火控系統

機載設備包括CPK.92A/A24G-34中央大氣數據計算機,AN/ASQ-19(B)通信-導航-識別系統,MS25447/MS25448計數器式

(圖)F-4鬼怪戰鬥機F-4鬼怪戰鬥機

加速表,AN/APQ雷達高度表,AN/AJB-7全高度轟炸系統,AN/ASN-64A導航計算機,AN/AJB-63慣導系統,AN/ASQ-91武器投放系統,AN/ASG-26前置角計算光學瞄準具,AN/APR-36、-37雷達尋的和警戒系統,AN/FSA-32自動火力控制系統,AN/APQ-120火控雷達,AN/arw-77 AGM-12控制系統,TD-709/AJB-7程式計時裝置,ID-1755/A備用姿態參考系統,KB-25A瞄準照相槍。

F-4B/C使用的AN/APQ-72機載截擊雷達屬Aero-1A火力控制系統的一部分。主要特點為圓錐掃描、脈衝加連續波。圓錐掃描方式的缺點是測角精度較差、抗干擾能力不好,因此使用脈衝方式完成對目標的跟蹤。除雷達外,Aero-1A系統還包括AN/APA-157飛彈制導雷達,AN/AAA-4紅外搜尋與跟蹤設備,Aero-1A飛彈發射裝置和大氣數據計算機。紅外裝置裝在機頭下方,作用距離為30千米。雷達天線為拋物面型,液壓驅動。該雷達具有較好的抗干擾能力。但由於大部分採用電子管電路,故體積、重量和維護性能較差。
AN/APQ-120雷達是西屋電氣(Westinghouse)為F-4各型飛機研製的雷達序列中的最後一個型號,採用脈衝連續波體制。1967年至1980年已生產2000部,現在的APQ-120已用新的數字計算機改進。從AN/APQ-72到AN/APQ-120的每一代都著重在改進性能和增加功能,特別是想把空對空工作狀態與空對地工作狀態結合起來。AN/APQ-120是一部多功能雷達,大量採用了電晶體電路和固體電路,在相參接收和都卜勒技術套用上也取得一些進展。天線口徑為70×62.3平方厘米,重量290千克。帶數字計算機的新型APQ-120屬AWG-10A火控系統。

(圖)F-4鬼怪戰鬥機F-4鬼怪戰鬥機

武器包括一門M61A1六管加特林機炮(部分早期型號沒有裝機炮,後來根據實戰經驗,外掛或者加裝了機炮),6枚“麻雀”III或4枚“麻雀”III和4枚“響尾蛇”空-空飛彈。F-4戰鬥機共有9個外部掛架:機身下前後成對排列4個半埋式“麻雀”空對空飛彈掛架,每個可掛1枚“麻雀”飛彈,後一對掛架也可各掛2枚“響尾蛇”空對空飛彈。機身下中間掛架使用Aero-27A彈射炸彈架,可以吊掛核武器、炮艙、2273L副油箱或多彈彈射炸彈架;機翼下內側掛點使用的是LAU-17A掛架,可以掛1枚“麻雀”飛彈或2枚“響尾蛇”飛彈,也可以掛1個三彈彈射式炸彈架(用於掛各種炸彈);機翼下外側掛點使用的是MAU-12掛架,可掛1400L副油箱,或使用三彈彈射式炸彈架掛載各種炸彈。最大外掛重量為6042kg。表2.1是機身中央掛架和機翼下各掛架和各種武器的轉接裝置(過渡梁)。

對地攻擊軍械載荷最大達7250千克,包括各型AGM-12“小鬥犬”無線電遙控飛彈、AGM-62A“白星眼”電視炸彈、AGM-45“百舌鳥”反雷達飛彈、AGM-65A“幼畜”電視炸彈、AGM-78B標準反輻射飛彈、核彈、各種常規炸彈和火箭彈等。

“鬼怪”攜帶武器的多樣性對其執行對地攻擊任務極為有利。1972年,在“後衛”戰役中,14架F-4“鬼怪”式戰鬥轟炸機投擲了24枚雷射制導炸彈,成功摧毀了越方嚴密防守的清化橋。此後,美軍使用了22枚雷射制導炸彈和7枚電子光學制導炸彈,將杜梅大橋徹底炸毀。上述戰例成為了精確對地打擊的典型範例。

生產次型

F-4A

(圖)F-4鬼怪戰鬥機F-4鬼怪戰鬥機

F-4A為艦載機,一共生產了45架。第一架原型機在1958年5月試飛,美國其後訂購了21架試驗用飛機及24架預產型飛機,預產型飛機於1959年首飛。該機裝有兩台J79-GE-2引擎,每台推力為71.1千牛頓。該機載有AN/APQ-72雷達,可攜帶4枚“麻雀”III空對空飛彈,但沒有機炮類的固定武器。

F-4B
F-4B為全天候戰鬥機,供美國海軍美國海軍陸戰隊用作防空及空戰之用。雖其火力系統的設備跟F-4A基本相同,但基於當時以“以飛彈代替機炮”的思想影響下,沒有裝設航炮。該機具有兩台J79-GE-8引擎,每台引擎的推力為75.7千牛頓。該機設有兩套控制系統,后座的駕駛員也可對該機進行操縱。一部份的F-4B被改裝成不同的專用機,如架EF-4B、2架NF-4B、228架F-4N及44架QF-4B等。

(圖)F-4B降落在甘迺迪號F-4B降落在甘迺迪號

F-4C
F-4C是由F-4B改進而成,於1963年5月試飛,1966年停產,一共生產了583架,當中有36架出口至西班牙。該機具有兩台J79-GE-15引擎,每台推力為75.7千牛頓。該機具有較F-4B更強的空對地打擊能力,飛彈控制系統的雷達也由APQ-72改為APQ-100,增加了地形測量的能力及手控投彈所顯示的距離。該機又拆除了AAA-4紅外線探測裝置,轟炸系統也改為AN/AJB-7,並加入了AN/ARW-77飛彈控制器。

越戰後,大約有27架F-4C裝上了AN/ARN-92盲目轟炸時所用的瞄準測距器,外掛裝置也改作可以裝上AGM-45反輻射飛彈。同時,控制系統增加至兩套,空中加油裝置由錐套式改為伸縮套管式。

(圖)F-4於CV-43航空母艦F-4於CV-43航空母艦

F-4D
F-4C升級版,加裝AN/APQ-109雷達可以發射反輻射飛彈壓制敵方防空陣地。1965/7月首飛

F-4E
F-4E是根據F-4C/D型發展出來的,是第一種採用一門M61火神式機關炮作固定武裝的鬼怪式戰鬥機。由第48批生產開始採用的主翼前沿空戰板條設計提高了飛機的空戰格鬥力。更有甚者,左翼前端裝備有TISEO(電子光學目標識別系統)。

F-4F
F-4F是專門為西德改良生產的F-4E,西德總共先後採購175架。相較於標準的F-4E,這批鬼怪式少了一個內載油箱,故重量較輕,且不支援發射麻雀飛彈的功能。1983年,在名為ICE(作戰效益提升;德文:KWS)的計畫下,德國空軍將這批鬼怪式改換與F/A-18大黃蜂戰鬥機相同的AN/APG-65雷達,並支援發射AIM-120。第一批經提升的F-4F在1992年服役。目前,德國空軍正逐步以新式的颱風戰鬥機汰換這批飛機。

(圖)F-4於CV-43航空母艦F-4於CV-43航空母艦

F-4G
F-4G改良自116架美國空軍F-4E,成為專門壓制敵方防空系統(SEAD),也被稱為野鼬(Wild Weasel)機種,取代美國空軍先前使用的F-105F。

美國海軍曾經在1963年為12架F-4B加裝航艦自動降落系統,並將這12架飛機編號改為F-4G。

F-4H
F-4H的編號並未被任何F-4的衍生型正式採用,同時這個編號也不同於F-4最早的編號F4H。

F-4J
F-4J是美國海軍與海軍陸戰隊使用的最後一款F-4衍生型。F-4J修正許多操作F-4B時發現的問題與添加新系統近一步提升F-4J的性能。

(圖)F-4B雙座版彩繪機F-4B雙座版彩繪機

F-4K
F-4K是英國皇家海軍採購的F-4外銷版,70年代以後,皇家海軍的無敵級航空母艦服役後,F-4K也成為了英國最後一種可以在傳統航空母艦上操作的戰鬥機。

F-4L
F-4L的編號曾經賦予1963年到1964年之間數架提供美國海軍評估的F-4性能提升版本,不過沒有一個提案最後進入生產階段。

F-4M
英國的F-4K升級版,使用勞斯萊斯引擎,共116架。

(圖)F-4S在美國航太博物館F-4S在美國航太博物館

F-4N
1972年Bee Line升級計畫中的F-4B升級版,性能類似F-4J水平也有改裝了無煙引擎,共改裝228架。

F-4S
F-4J的升級版改裝了無煙引擎、強化機身、增強機動力,共有302架

RF-4C
RF-4C(Model 98DF)是 F-4C 改裝而成的無武裝照相偵察機,武器和雷達都被專業的照相、偵察器材代替。它們之間最明顯的區別就是偵察機有個新的更長更尖的機鼻,裡面安裝了照相機、地形測繪雷達、紅外影像設備等等。

(圖)F-4C迷彩機F-4C迷彩機

RF-4E
偵查機型外銷版,共150架。

RF-4EJ
日本自衛隊專用雙座全天候偵查型的RF-4E,共14架,後來又升級航電成“RF-4EJ改”帶有AN/APG-66J雷達 。

QF-4N
F-4N改裝成的遙控靶機。

相關參數

基本資料

(圖)F-4C加掛干擾萊艙F-4C加掛干擾萊艙

機員數 2
生產商 美國麥道公司
生產數 5,195架以上
造價 2400萬美金/架(2001物價指數)
機身尺寸
長 62 ft 11 in 19.1 m
翼展 38 ft 11 in 11.8 m
高 16 ft 5 in 5 m
重量
空重 28,500 lb 12,930 kg
一般起飛重量 51,440 lb 23,340 kg
最大起飛重量 58,000 lb 26,300 kg
動力
發動機 2 x 通用電氣 J-79 渦輪噴氣發動機
推力 2 x 17,900 lb 2x 80 kN

(圖)F-4E轟炸能力驚人F-4E轟炸能力驚人

飛行表現
最高速度 1,430 mph 2,305 km/h
作戰半徑 540 miles 865 km
巡航半徑 1,925 miles 3,100 km
實用升線 60,000 ft 18,000 m
翼載 40,550 lb/ft² 12,360 kg/m²
推力 6.9 N/kg
武器系統
機槍 GAU-4 20mm火神式機炮(6,000 發/分鐘)
炸彈 四具炸彈掛架
(總載重12,500磅/5,670公斤)
可選武裝包括15x CBU-52, 15x CBU-58, 15x CBR-71, 15x CBU-87, 15x CBU-89, 12x MK-20, 6x BL-755

圖集

(圖)降落航艦的F-4J 降落航艦的F-4J
(圖)希臘的PI2000是最新改造型 希臘的PI2000是最新改造型
(圖)F-4G和F16C德國上空 F-4G和F16C德國上空
(圖)前翼版實驗機YF-4E 前翼版實驗機YF-4E
(圖)日本RF-4E偵查機 日本RF-4E偵查機
(圖)早期英國皇家空軍F-4M 早期英國皇家空軍F-4M

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