异形老虎，F-5E“虎II”战斗机的奇怪表兄弟们

源济

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异形老虎，F-5E“虎II”战斗机的奇怪表兄弟们 

2017-10-26 Armstrong 空军之翼

　　简单轻巧的F-5战斗机在机身设计上很有独到之处，非常适合被改装为各种用途，诞生了一些被改得连妈妈都不认识的重大改型，其中最著名的就是F-20“虎鲨”了。F-20是F-5E的先进改型，可惜生不逢时，在F-16战斗机的挤压下没有获得市场成功。

F-20“虎鲨”

　　20世纪70年代以来，随着苏制新型战斗机性能的不断提高，装备F-5E/F“虎II”战斗机的一些国家迫切需要美国提供更高性能的出口型战斗机，或至少让F-5E/F升级超视距空战能力，安装先进雷达以发射半主动雷达制导的AIM-7“麻雀”空空导弹。为此，美国国防部要求诺斯罗普公司开始研究给F-5E升级超视距空战能力的可行性，于是公司提交了F-5G方案。但美国政府在1977年突然收紧高技术武器出口政策，导致F-5G的研究未获实质性进展。到70年代末，美国的这一政策导致许多盟友转向购买英法先进战斗机。

　　1980年1月4日，为了重新夺回外销战斗机市场并安抚盟友，美国国务院启动了被称为FX的出口型战斗机项目。参加竞标的有诺斯罗普F-5G，以及通用动力F-16/79，也就是安装J79涡喷发动机的降档型F-16。罗纳德·里根于1981年就任美国总统后，政策再一次干扰了F-5G的发展轨迹，美国政府放开了美军一线装备的出口许可，也就意味着F-5G需要直面F-16A/B的竞争。诺斯罗普公司意识到想要F-5G在FX竞争中胜出，该机就必须具备与F-16A/B相当的性能和作战能力。

F-16/79原型机

　　为了提高作战性能，诺斯罗普对F-5G方案进行了重大改进，并更名为F-20，于1983年获得了“虎鲨”的正式绰号。F-20改进的核心是发动机，从双发涡喷变为单发中等推力涡扇发动机。为了接近F-16的性能表现，F-20安装了一台通用电气公司的F404涡扇发动机。诺斯罗普公司对这种发动机并不陌生，F-18“大黄蜂”战斗机的前身YF-17“眼镜蛇”验证机安装了两台YJ1O1涡扇发动机，这种发动机最后发展成F404。事实上早在1975年5月，诺斯罗普就提出过F-5/F404概念。

F-5G最终演变为F-20“虎鲨”

　　换发导致诺斯罗普彻底重新设计了F-20的后机身，机身长度增加12.7厘米，进气口加大并重新设计了附面层隔板和二波系压缩坡道，以适应F404加大的进气量，并使飞机能飞到2.1马赫的最大速度。机翼没有出现太大修改，只是修改了前缘边条的设计并加大翼面积，改善了机翼的升力特性，机翼结构也进行了加强以承受9G过载。F-20的平尾面积比F-5E增加了30%，提高了飞机的俯仰速率，降低了转弯半径。F-20还具有一套全新的线传飞控，进一步增强了机动性。全新的航电设备和雷达使“虎鲨”能发射包括超视距空空导弹在内的多种先进武器。

F-20的内部结构

　　首架F-20原型机一开始被称为F-5G-1，基本上就是一架换发F-5E，全新制造的后机身内安装一台加力推力7257千克的通用电气F404发动机，前机身改动很少。该机的美国空军序列号是82-0062，民用注册号N4416T。1982年8月30日，试飞员拉斯·斯科特驾驶F-5G-1在加州莫哈维沙漠的爱德华兹空军基地进行了持续40分钟的首飞。试飞表明F404增加的60%推力大大提高了F-20的性能，使最大速度超过2马赫，升限达到16800米。与安装两台J85涡喷发动机的F-5E相比，F404较低的燃料消耗率使F-5G-1的航程增加10%。该机的持续转弯速率在0.8马赫时提高到11.5度/秒，超音速转弯速率也提高了47%。

F-20首架原型机的下线仪式

　　试飞结果非常令人鼓舞，引发了客户关注。巴林在1982年11月下达了首批订单，到来年4月，已有10位海外客户评估了该机。1983年6月，F-5G-1原型机升级了F404-100发动机，推力增加454千克，性能进一步提高，发动机冷启动后，飞机仅仅需要2.3分钟就能爬升到12200米高度。1983年8月26日，第二架F-20原型机82-0063（N3986B）首飞，该机具有重新设计的前机身和机鼻，内部安装全套航电和通用电气G-200雷达。

更换了灰色涂装的第一架F-20原型机和第二架F-20 82-0063（N3986B）编队飞行，注意二号机凸起的座舱盖

　　第二架原型机的座舱盖也经过重新设计，凸起座舱盖玻璃改善了飞行员视野。1984年5月12日，第三架F-20原型机82-0064（N44671）首飞，该机同样具有全套航电。第四架原型机将是预生产型，机身油箱容积更大，并改进前后缘襟翼的致动器，换装通用电气AN/APG-67多模空空和空地雷达，发动机推力再度增加454千克。该机的机身也进行了改进，具有复合材料蒙皮和结构，进一步提高推重比。经过如此广泛的改进和重新设计后，F-20A已经是名副其实的全新战斗机了。

全新的座舱盖玻璃改善了飞行员视野

第三架F-20原型机82-0064（N44671）安装了全套航电

　　就在诺斯罗普接触潜在客户大力推销“虎鲨”时，悲剧发生了。1984年10月10日，试飞员达雷尔·康奈尔在韩国驾驶第一架原型机82-0062时做飞行表演时坠机身亡。不到五个月后的1985年5月，诺斯罗普试飞员大卫·巴恩斯驾驶F-20参加巴黎航展，经停加拿大拉布拉多鹅湾，他在此为航展表演进行彩排时不幸坠机。巴恩斯的坠机原因和康奈尔如出一辙，都是因为飞行员在大过载下意识丧失所致，飞机本身都没有被发现出现故障。这两次事故对诺斯罗普公司造成严重打击，不可避免地导致项目延误。

雷尔·康奈尔在韩国坠机镜头

巴恩斯驾驶F-20坠毁时的航展全套表演动作

　　虽然F-20的性能抢眼，但美国空军和海外客户还是越来越倾向于采购F-16，对F-20的兴趣与日俱减。巴林最终订购了10架F-5E和2架F-5F而不是F-20A，1986年美国空军也宣布将为空中国民警卫队和侵略者假想敌中队购买F-16而不是更便宜的F-20。当年晚些时候，诺斯罗普意识到F-16已经获得赢者通吃的地位，决定取消耗资12亿美元的F-20项目。F-20是诺斯罗普高性能战斗机产品皇冠上的宝石，完全由该公司自行出资研制，该机的取消毫无疑问是一次重大打击，但公司也只能收拾心情，全身心投入到B-2“幽灵”隐身轰炸机的研制中。

诺斯罗普当年的F-20广告

前掠翼先锋X-29

　　1971年美国国防部先进研究项目局（DARPA）发起了前掠翼战斗机研究，通用动力、罗克韦尔和格鲁曼三家公司参加竞争。

　　前掠翼的阻力较低并能改善战斗机的低速操控特性，但使用传统材料很难制造出合乎要求的前掠翼。随着先进复合材料的发展，使用这种材料制造的前掠翼具有足够刚性，不会出现气动发散问题，同时还减轻了重量。

X-29A上有16%的组件来自F-16，其中包括线传飞控系统

X-29通过复杂的复合材料工艺制造出了不会出现气动发散问题的前掠翼

　　通用动力公司提出了F-16的前掠翼改型，格鲁曼公司提了基于F-20的712方案，罗克韦尔公司提出了一种全新的设计。1981年DARPA宣布格鲁曼方案获胜，赋予编号X-29A。这个决定主要是基于政治考虑，因为当时美国宇航局已经在各研究项目中大量使用F-16（AFTI、CCV、F-16XL），人们认为“使用一种机体所学到的东西有限”，再用F-16做前掠翼实验似乎是错误的，而罗克韦尔的全新设计风险又太大。有趣的是 ，X-29A上有16%的组件来自F-16，其中包括线传飞控系统。

F-16前掠翼方案

格鲁曼712方案

罗克韦尔的Saberbat前掠翼方案

　　格鲁曼公司把F-5A 63-8372和65-10573改装成了X-29A82-0003和82-0049，整个机身按照F-20标准进行改装，装上了一台F404涡扇发动机，并配备了鸭翼和33度前掠的前掠翼。X-29A是一架前掠翼验证机，旨在研究这种布局的空气动力学特性。由于前掠翼在大迎角下会因气动发散问题导致机翼结构损坏，所以X-29A的机翼大部分采用现代复合材料制造。

干湖床上的两架X-29验证机

　　前掠翼布局使X-29A非常不稳定，只能在三余度数字飞行控制系统的控制下飞行。1984年12月14日，格鲁曼的首席试飞员查克·塞维尔驾驶第一架X-29A在爱德华兹空军基地完成首飞。四个月后，美国宇航局开始使用这两架飞机展开广泛的飞行试验。对于如此先进的概念来说，X-29表现出了非常高的可靠性，在试飞中达到了前所未有的67度攻角，并在1985年12月13日成为第一种超音速前掠翼飞机。

前掠翼带来了极佳的大迎角性能

　　第一架X-29A在试飞242架次后于1986年退役，第二架飞机继续飞行至1991年。这两架飞机如今都被博物馆收藏，第一架X-29A在俄亥俄州赖特·帕特森空军基地的美国空军博物馆，第二架飞机在加州爱德华兹空军基地的代顿飞行研究中心。

音爆研究机F-5 SSDB

　　“老虎”家族中外形最奇怪的毫无疑问是SSBD，也就是所谓的修形音爆验证机。该机是一架经过改装的具有凸起前机身的F-5E，通过试飞表明可通过特殊机身外形大幅降低超音速飞行产生的激波强度，进而能允许未来超音速客机在陆地上空进行无限制超音速飞行。诺斯罗普公司在1994年并购格鲁曼公司成为诺斯罗普·格鲁曼公司，该公司在2001年7月赢得DARPA的一份合同，为安静超音速平台项目制造一架验证机。

F-5 SSBD相对于F-5F的外形改变

　　F-5被认为是理想的改装机体，该机具有非常平滑的面积律分布，而且飞机足够简单可靠。诺格公司在自己的佛罗里达州圣奥古斯丁工厂对美国海军的一架F-5E进行了改装，装上了加州埃尔塞贡多工厂制造修形组件，给飞机装上一个形状特殊的机头罩，并在机身下方加装了铝制基体结构和复合材料蒙皮。这个机头罩不但拉长了机头，并且使之钝化，能防止进气口产生激波，并能稳住机翼激波，使之不与机头主激波接触。

F-5 SSBD的整个机身修形结构

　　这架飞机在2003年7月24日首飞，开始确定改装飞机的飞行包线，一边为后续的SSBD试飞做好准备。在这一阶段，F-5 SSDB在一架T-38的陪伴下飞到了1.1马赫的 速度。

飞行中的F-5 SSBD

　　随后在代顿飞行研究中心的F-18支援下，F-5 SSBD完成了包线试飞，于2003年8月在爱德华兹空军基地展开SSBD试飞。飞机航线下方和两侧分布着地面传感器，记录飞机在超音速飞行中产生的音爆和压力波。在其中三次试飞中，一架F-5E标准型与F-5SSBD间隔45秒进行超音速 飞行，以便进行音爆对比，两架飞机都在美国空军的这条高空超音速走廊上以1.4马赫速度飞行在9750米高度。此外F-5 SSBD还与一架安装了压力测量仪器的F-15B进行了两次超音速 编队飞行，让后者测量附近的音爆强度。这些试飞显示F-5 SSBD的音爆强度的确大幅降低。

地面的音爆传感器

　　2004年1月，F-5 SSBD进入下一阶段修形音爆测试（SSBE）试飞。该机在不同飞行条件下共进行了21架次试飞，结果显示F-5SSBD的修形外形削弱了N型波的强度，将 音爆压力值从每平方米5.8千克降至3.9千克，进而降低了音爆的音量。

F-5 SSBD为静音超音速客机的研究立下了汗马功劳

　　F-5 SSBD现被彭萨科拉海军航空兵博物馆收藏。

“虎”2000/2001

　　中国台湾空军早在1964年便购买了F-5A/B战斗机，到1975年台湾汉翔公司已经开始自行组装数百架F-5E/F。到20世纪90年代，这些飞机开始逐渐被“幻影2000”、F-16和F-CK-1“经国”IDF战斗机取代，转而执行训练和对地攻击任务，其中有40架F-5E/F将继续服役入21世纪。于是汉翔公司启动了“虎”2000/2001升级计划，主要目的是用F-CK-1战斗机的GD-53雷达来升级这些二线飞机，使之具有发射“天剑”二型中距弹的能力。GD-53源自通用电气公司为F-20研制的AN/APG-67多模雷达，本身就是为满足中国台湾防务需求研制的。

“虎”2000/2001 5308号原型机

　　2002年7月24日，“虎”2000/2001首飞。不过当时中国台湾空军已经计划在10年内退役所有F-5E/F，所以“虎”2000/2001无疾而终，唯一的5308号原型机被展示在台中汉翔翔园内。

GD-53雷达

“闪电”、“雷电”和“神鸟”

　　1979年伊朗伊斯兰革命后，美国开始对伊朗实施武器禁运，伊朗军队的许多美制武器失去了零件来源。为此，伊朗国防部、伊朗伊斯兰共和国空军、Owj工业综合体（OIC）和伊朗飞机制造工业综合体（HESA）开始致力于自力更生对现有装备进行改造和升级。由于伊朗空军装备了大量F-5系列战斗机，所以该机自然就成为了自给自足项目的重点。

　　目前伊朗飞机制造工业公司（HESA）正在对伊朗伊斯兰空军（IRIAF）的老旧F-5进行两项延寿和重大改进项目，期望能最终以F-5E/F为基础自行制造一种可行的战斗轰炸机。

　　首先出现的F-5改进型是“闪电”（Azarakhsh），该项目启动于1997年4月，被外界认为是一种安装了俄制雷达的F-5E“虎II”，机鼻延长了17厘米。第二架“闪电”原型机于2001年2月首飞，具有加强的机翼，机身部分蒙皮使用复合材料制造，并安装提升推力的J85发动机，能发射伊朗自行研制的武器。2008年4月17日，两架单座型和两架双座型“闪电”参加了德黑兰的建军节阅兵。

HESA“闪电”战斗机

　　第二种改进型被称为“雷电”（Saeqeh），于1998年开始研制，2004年5月30日首飞。“雷电”最大的改进是采用了类似F-18“大黄蜂”战斗机的外倾双垂尾，第一架原型机具有增大的方形进气口，而随后的飞机改回了到F-5E的进气口。外界猜测“雷电”的生产型将具有更先进的雷达和玻璃化座舱。

HESA“雷电”战斗机

　　最后一种F-5改进型被称为“神鸟”（Simorgh）。由于伊朗空军的F-5双座教练型比较短缺，于是产生了把剩余F-5A单座型改装成F-5B双座型的念头，于是诞生了“神鸟”计划。

HESA“神鸟”教练机