自飛機開始成爲戰爭武器的那一天開始,戰鬥機的飛行員就需要一種異于常人的,在瞬間做出正確決斷的能力,現在我們一般將這種能力稱爲“飛行直覺”。但在戰鬥機幾十年的發展中,“飛行直覺”一詞總像“老中醫看病”一樣,過于玄幻、過于經驗主義,沒有科學化理論化的發展。因此,在上世紀60年代美國飛行員,戰鬥機黑手黨成員約翰·博伊德提出OODA循環理論之前,優秀飛行員雖然確實可以將自己的部分經驗傳授給後輩,但每一個王牌飛行員的誕生都是不可複制的。
所謂OODA,是4個英文單詞Observe、Orient、Decide、Act的縮寫,翻譯成中文就是觀察、判斷、決定、行動。從某種程度上來說,這四個單詞其實就是所謂“飛行直覺”的具象化,即一個飛行員從觀察到敵人行動的變化到爲這一變化做出反饋完整過程。根據博伊德的理論,在其他條件相似的前提下,一個飛行員如果能比對方飛行員以更快的速度,完成更多次、更有效的OODA循環,那麽他就將在空戰中取得優勢。這實際上是一個簡單的道理,就像電腦的CPU,肯定是頻率越高、核心數越多、線程數越多的CPU越好。但對于飛行員來說,大家都是兩個眼睛一部腦子,並不能像CPU一樣以核心數、線程數、核心頻率來比較優劣。因此,讓自身OODA循環比對手更快的最有效方法,就是以自身的行動來破壞、中斷對手的OODA循環。
舉個最簡單的例子,我現在正咬著敵機的6點,想要把我的導彈瞄准環套在敵機身上,但敵機一晃晃到了我視野的外面,而我根據對他飛行軌迹的判斷將機頭拉向我認爲他在的位置,但拉過去了之後發現她已經不在那裏了,這下我肯定就蒙了,而敵人則可以通過我“懵逼”的這段時間來反咬我的6點。在現代戰鬥機“人均9G”過載的環境下,一瞬間的“懵逼”就會導致攻守之勢易也。
正如我們前文所說的那樣,在其他條件相似的前提下,誰能夠更快的、更多的、更有效的完成OODA循環,誰就會取得優勢。但反過來說,如果我的“硬件水平”較高,那麽就算我完成OODA的能力稍弱,我也未必會居于劣勢。因此,對戰鬥機設計師來說,如何設計出一款能夠降低飛行員“遊戲難度”的戰鬥機也就成了一項非常要緊的問題。在整個OODA循環中,設計師能控制的只有兩點:觀察和行動(因爲判斷和決策是腦內活動)。即,戰鬥機的事態感知能力越強,飛行員通過觀察來獲取信息的能力就越強;戰鬥機的機動性越強,其響應飛行員決策的能力也就越強。
關于戰鬥機在機動性方面的優化,這是大家都懂的問題,這裏我們就不再展開敘述了。這裏我們主要說一說戰鬥機設計師在“觀察”這一點上下足了功夫的小細節——艙蓋設計。在博伊德及其好友希拉克幾乎是共同主導了輕型戰鬥機計劃的設計,而這方案最終的産物就是F-16“蝰蛇”戰鬥機。對于很多軍迷來說,F-16戰鬥機給人留下最深刻的印象恐怕就是那個前後倒置的座艙蓋了。
一般來說,前擋風玻璃和座艙蓋有著截然不同的設計要求,前擋風玻璃的首要任務是足夠堅固,不會被風吹壞、被鳥撞壞;座艙蓋的首要任務則是確保飛行員的安全。對于抛蓋彈射的戰鬥機來說,艙蓋越輕越好抛棄。而對于穿蓋彈射的戰鬥機來說,艙蓋越脆弱越容易被座椅頂碎。由于有兩種截然不同的強度需求,因此在一般的戰鬥機上,座艙蓋與前風擋都是相互分離的,兩者中間則是用于加強的兩根邊框。但也正是這兩根邊框,在飛行員的前向視野上形成了巨大的盲區,這顯然不利于戰鬥機的空戰。
這一組悖論知道今天仍沒有得到很好的解決。對于大多數戰鬥機設計師來說,四平八穩的傳統設計方案是有著一定的優勢的,因爲其在最大程度上保證了飛行員的安全,而視野問題則相對容易解決(飛行員動動腦袋就行了)。但對于黑手黨人來說,顯然是視野越大越革命,因爲無論邊框多小,無論飛行員怎麽動腦袋,邊框都可能會在一瞬間擋住敵機,從而導致飛行員的誤判。因此,爲了最大程度確保飛行員的前向視野,F-16將傳統的座艙蓋設計擰了180°,将传统用于加固的加强筋挪到了后半球,这可以确保飞行员的前向视野没有任何遮挡。对于我们这些不开飞机只看飞机的人来说,这种设计自然是赏心悦目的。因此在很长一段时间内,我国的传统座舱设计饱受诟病,甚至有人认为我国军机不采用类似的舱盖设计是因为“做不出来”。
但對于要開飛機的飛行員們來說,F-16的艙蓋設計倒未必是一個多好的選擇。爲了保證座艙蓋尤其是風擋部分的整體強度,同時還要保證飛行員透過艙蓋看到的影響不至于失真,F-16必須把艙蓋做得各處等厚且非常厚。這就導致其根本無法使用時下流行的穿蓋彈射技術,只能使用傳統的抛蓋彈射,彈射的風險相對較高。比如飛行員彈射的比較急的話可能會撞上艙蓋(《壯志淩雲》電影裏的Goose就是這麽死的),再比如如果艙蓋遇到故障無法抛棄,那麽飛行員就根本無法跳傘逃生。
無邊框座艙蓋的另一個問題是大厚度大尺寸艙蓋的加工難度。一般來說,艙蓋厚度越小,其在加工過程中産生的不可控的形變也就越小,因此也較容易做出厚度均一的産品。反之厚度越大,品控就越難把握,很容易形成光學畸變(就是哈哈鏡)。因此在早期的F-16A型戰鬥機就出現了大量“哈哈鏡”艙蓋,最終在飛行員的不懈投訴下,通用動力的工程師苦思冥想了許久,才通過改進制造工藝解決了這個問題。然而美軍爲此付出的代價就是,飛機又變貴了。
當然,這種整體無邊框式的座艙蓋也並非全無好處,F-16的無邊框艙蓋就歪打正著的極其適合隱身戰鬥機。一般像蘇-27、F-15、殲-10這樣在設計之初沒有考慮到隱身性能的三代機,以及蘇-57、FC-31首架原型機這樣比較“湊合”的隱身飛機來說,座艙蓋增加的RCS幾乎是可以忽略不計的,但對于需要認真考慮隱身性的飛機來說,座艙蓋的外加固邊框必然會突出艙蓋有機玻璃一些,這樣一來,突出的部分就成爲了雷達波的天然反射器,會增大飛機的RCS。而對于無框式座艙蓋來說,只要在座艙蓋上塗上一層特殊材料,就可以用其幾何外形保證雷達波向各個方向散射,而不會在某個方向上聚焦。
由于無框式艙蓋在增強戰機隱身性能上的優異表現,其也成爲了上世紀90年代誕生的第一架四代戰鬥機——F-22的不二選擇。但F-22的無框式做艙蓋也同時繼承了F-16的全部缺點,因此美軍也急需一種新的解決辦法來同時兼顧戰鬥機的隱身性、視野以及安全性。在美國科研人員的不懈努力下,新的解決方案也應運而生——F-35的有框式一體化艙蓋。
這種艙蓋同樣采用了傳統艙蓋玻璃的三層夾心式結構,即外層與內層使用耐高溫、耐磨的有機玻璃包層,而內層夾著耐沖擊的夾層。但與以往風擋是風擋、艙蓋是艙蓋的結構不同,F-35的外層包層是愈合成一整塊的,這樣一來只要在外層艙蓋上塗上吸波、散波材料就可以保證艙蓋整體的隱身效果。而作爲夾層的聚碳酸酯材料則可以根據風擋和艙蓋的不同需求量身定制。但這樣一來,兩塊聚碳酸酯夾層拼接處一定會出現強度問題,因此需要內置的邊框予以補強。不過,這種合而有分,分而有合的艙蓋設計,對加工工藝的要求反而比F-22的一體無框式艙蓋更甚,因此至今也只有兩個國家造得出。
在我國殲-20戰鬥機的設計過程中,也存在過各式各樣不同的艙蓋類型,比如在早期原型機上,我們就測試了與F-22類似的整體無邊框式艙蓋。但從最後定型的殲-20來看,我國最終還是選擇了與F-35類似的整體有框式艙蓋。這說明在艙蓋的問題上,成魯曼的設計師們與洛克希德馬丁的設計師們達成了某種共識。
另外值得一提的是,不管是我國的殲-20還是美國的F-35,都采用了先進的分布式孔徑系統(DAS),這種系統的作用之一就是通過安裝在機身各處的攝像頭,輔以計算機畸變修正爲飛行員提供一個近似于球形的巨大AR視野。因此,哪怕飛行員在格鬥時暫時丟失了敵機視野,也可以迅速通過DAS系統再次確認敵機方位。其內在的OODA邏輯,甚至還要高于F-16與F-22的“全景天窗”。