从 F-X 计划到 “鹰” 击长空：美国 F-15 战斗机的研发传奇

美国空军的麦克唐纳道格拉斯F-15“鹰”战斗机，堪称其首款战斗推重比突破1:1的机型。其研发历程充满波折，耗时长达十年之久。

彼时的美国空军宛如精锐之师，严谨认真地开展研究工作，尽管F-15的定型之路蜿蜒曲折，最终却大获成功。与当下那些问题丛生的F-35相比，简直有着天壤之别。

F-X存在多种构型。从左边第四排能看出F-15与F-4有着直接的渊源。其中部分设计与F22的提案极为相似。1963年，当美国空军着手确定未来武器需求时，由空军系统司令部司令伯纳德·阿什里耶夫将军主导的《预测》，对未来战斗机项目的洞察稍显欠缺。该预测认为，美国空军在20世纪70至80年代的作战需求将聚焦于装备导弹的F-111和F-4飞机，且能够飞得比敌人更快、更高的战略轰炸机将确保真正的空中优势。美国的设计师们深深痴迷于雷达和电子技术的神奇力量，觉得配备看似可行的超视距导弹后，未来作战将在无需目视敌人的情况下展开，或者说他们认为这是首次运用这种新技术的契机，进而围绕其打造了整整一代飞机。

然而，这一代飞机在越南战场上的表现令人大失所望。新的电子设备和导弹不仅可靠性欠佳，而且实际战斗场景与20世纪50年代末和60年代初的演习截然不同。主要问题在于敌人不会按照演习剧本行动，在演习中，“坏人”总是从一方逼近，“好人”总是从另一方靠近，雷达上的所有光点都代表敌人。但现实并非如此，战友和敌人同在一个空间区域。为了区分敌我，识别敌友系统应运而生，可其可靠性也存在问题，这就迫使飞行员在发射导弹前必须进行目视识别，这导致美国空军在越南战场上的战损比达到了相当惨淡的2.5:1 。

f-105战斗机轰炸机战场表现清晰地表明，f-4、f-100和f-105战斗机轰炸机以及f-102、f-104和f-106拦截机并非理想的武器装备，而且也无人知晓F111能发挥何种作用。国防部长约翰·波恩对空军过度依赖高成本装备进行了批判性评估，并指导空军考虑研发一款优化近距离空中支援、充分发挥战术空中优势的新型战斗机。1964年8月，一项名为“战术空中力量选择”的研究正式启动。1965年2月27日完成的该研究指出，像F-111这样的飞机在有限（即非核）战争中因成本过高而难以投入使用，故而建议采用高低搭配的方式，这被视为增强战术力量最为经济的途径。

北美公司在F-X竞赛中获得亚军的模型，空军参谋长约翰·麦康奈尔将军听取了这项研究的汇报，并对此表示支持。他认为，根据国防情报局的评估，新型苏联截击机构成了重大威胁，现有部队难以抗衡。鉴于此，1965年4月，空军开始研究新型中等成本战斗机。负责研发的副参谋长带领研发部主任和研发部副部长组建了anAir工作组。该小组针对试验性的F-X战斗机开展了需求前研究，设想中的这款战斗机应具备卓越的空对空、全天候作战能力，且为单座、强调机动性的双引擎战斗机，计划于1970年形成初始作战能力，成本控制在100万至200万美元之间。

国防部长办公室依旧热衷于为空军和海军配备一支由F-111、F-4和a-7飞机组成的联合战术部队。麦克纳马拉指示OSD和空军开展一项联合研究，重点在F-5或a-7中选择一款承担近距离空中支援任务。同时，对空军研发新型F-X战斗机的工作给予一定支持。1965年10月6日，战术空军司令部发布的定性作战要求（QOR）65 - 14 - f明确了对新型空中优势战斗机的需求，着重强调飞机在空中击败敌人所需的功能，包括高推重比、先进的空对空雷达、最高速度达2.5马赫，以及配备红外短程和雷达制导的超视距导弹。11月5日，国防部新闻部长哈罗德·布朗博士和麦康奈尔将军提议订购264架A-7，这实际上是一个颇为明智的妥协方案，最终为F-X的获批清除了障碍。

3.8级飞行验证模型作为F-4的替代机型，F-X的工作说明书参照先前的OOR - 65 - 14 - F空中优势描述进行了修改，使其具备空对空和空对地特性的最佳组合。尽管这改变了飞机的基本属性，但确实在OSD中赢得了足够支持，让空军得以推进新战斗机的研发工作。战术司令部司令加布里埃尔P迪斯威将军以及美国空军、欧洲和太平洋空军的3位四星上将共同发出了首封“12星”信件，指出若F-X设计为能同时兼顾空对空和空中联合作战，强烈敦促参谋长将空中优势作为F-X的首要任务。尽管“12星”信件得到了高层重视，美国空军总部仍决定继续研究，以证明一款具备处理空中优势和地面攻击任务能力的战斗机的可行性。1965年12月8日，空军向13家制造商发布了征求建议书（RFP），开展初步参数化设计研究。尽管普遍认为真正急需的是一款空中优势战斗机，但RFP却指定了一款融合良好空对空和空对地能力的飞机。最终收到了8家公司的提案，1966年3月18日，波音、洛克希德和北美公司获得了为期一个月的概念制定研究合同。格鲁曼公司则在未获资金支持的情况下参与了此项研究。

这是1967年的Mcair设计考虑到节省电子设备、机动性、有效载荷、作战能力、速度这五个变量对F-X在重量和成本方面的影响，承包商们提出了约500个设计方案。为满足空对空和空对地的双重要求，承包商一致认为F-X需要配备与F-111sMark - Il系统相当的航空电子设备。此外，多用途意味着采用可变后掠机翼，所有设计都要求配备武器，包括一门1000发的M61 20毫米机炮、四枚安装在机身上的超视距导弹以及4000磅的外部挂载空间。最后，所有承包商都设计了安装更合理的吊舱发动机，以避免出现F-111上曾遭遇的进气道变形问题。这款飞机设计重量超过60000磅，机翼载荷为每平方英尺110磅，推力重量比为0.75:1。预计1967 - 1972财年的研发总成本为7.6亿美元。美国空军司令部新任指挥官弗格森将军及其发展规划人员格伦·肯特少将和弗姆·罗杰斯少将对此并不十分满意，主要原因是动力配置和发动机技术被认为不够理想。

早期发布的配置值得注意的是腹鳍和小的垂直稳定器。鼻子也明显比最后一只更尖关于F-X的设计，存在两种观点，一种是大型双引擎飞机，配备先进雷达和远程导弹；另一种是类似小型米格-21的单引擎飞机，电子设备精简。然而，由于空军对洛克希德F-104A的不佳使用经历，研究结果被用于编制F-X开发概念文件。该概念将FX描述为一款单座双引擎飞机，采用传统结构和系统，在对峙和近距离目标杀伤能力方面实现平衡，具备卓越的飞行性能。选择双引擎设计是因其速度更快，有趣的是，安全性似乎并非首要考量因素。采用传统结构只是为了将该飞机与海军的VFX（F-14A）区分开来。

麦克唐纳 - 道格拉斯公司37500页的提案，《空战手册》的作者约翰·R·博伊达少校加入空军，他对刚刚完成的F-X所有设计均表示否定，认为这些设计不合适。在博伊德及其支持者的持续游说下，他们期望打造一款强调高机动性的小型轻型飞机。麦克唐纳飞机公司与道格拉斯飞机公司合并，成为麦克唐纳 - 道格拉斯公司。该公司持续投入2500万工时，最终形成了一份37500页的提案。随后的开发工作由F-15总经理唐纳德·马尔文牵头。通过博伊德的努力，F-X的重量从60000多磅减至40000磅以下。1967年8月11日，发布了第二个概念研究RFP。多数其他承包商则继续利用内部资金开展各类相关研究。

航空系统部工程标准主管对新型战斗机提出了明确要求。海军拒绝了F-13战斗机设计，转而支持f-14的VFX，这对空军产生了显著影响。于是空军也摒弃了F-13，转而要求研发F-15。1968年9月30日，F-15开发合同发放给波音公司、费尔柴尔德共和公司、通用动力公司、格鲁曼公司、洛克希德蒙内尔·道格拉斯公司、诺斯罗普公司和北美公司。仅有四家公司提交了提案。12月30日，北美麦克唐纳道格拉斯公司和费尔柴尔德共和公司确定了他们最佳的F-X设计方案。

技术方案需提交，成本方案则在两个月后提交。征求建议书明确了空军的目标：一款低负荷机翼的飞机，能够在0.9马赫（1:1）推力下实现长距离飞行，正常操作下疲劳寿命达4000飞行小时，优化无抖振性能，具备较低的维修人员飞行小时比，自备发动机无需地面支持设备，执行空中优势任务时最大总重量为40000磅，配备具有俯视/射程下降能力的远程脉冲多普勒雷达，且开发风险低。

麦克唐纳道格拉斯公司最终完成了199B型号长达37500页的建议书，并在1970年1月2日签署的一份146页的文件中详细阐述。该文件结合了成本加成激励费和固定价格激励机制，涵盖飞机的工程设计、工具制作以及大多数地面测试。此项目成本为5亿8800万美元，最高奖励费为4700万美元。第一个固定价格项目包括生产20架I类和Iltest飞机以及3架静态试验机，目标成本为4.69亿美元，奖励费为4200万美元。第二个固定价格项目涵盖前107架作战飞机，预算为6.46亿美元，奖励费为5800万美元，并预计最终生产749架飞机。

这些模型没有安装轮子，使用滑橇或降落伞进行回收麦克唐纳·道格拉斯团队选用了大型固定机翼，前缘后掠45度。这种机翼扭转了战斗机机翼日益复杂的趋势，F-15没有F-4E、F-14或其他现代战斗机上的襟翼、扰流板、狭槽或其他高升力装置。凭借先进的航空电子设备和电子系统，得以实现单一配置。一对大型、多几何形状的侧向进气口，除了为发动机输送清洁空气外，还能在特定飞行状态下充当鸭翼，提供额外的升力和机动性。两个后掠垂直稳定器以及发动机底部的腹鳍保障了飞机的稳定性。1970年3月，麦克唐纳 - 道格拉斯发现F-15的超音速阻力高于预期。为解决这一问题，设计师拆除了腹鳍，扩大了垂直稳定器，并对其形状进行了调整，使其更高一些。这些改变不仅达到了所需的阻力水平，还大幅提升了稳定性。

美国空军在概念研发初期就决定，新战斗机将机炮和短程导弹作为主要武器。这是从F-4的实战经历中汲取的教训，早期未装机炮的F-4在越南战场上遭受了损失。采用无壳弹药的新型机炮有望显著提升歼-15的杀伤概率，尽管此前无壳弹药存在技术难题。无壳弹药的优势在于没有弹壳，因而在相同重量下可装载更多炮弹。埃拉电气和菲尔科福特公司研发了一款新型25毫米机炮。但由于弹药技术问题，空军放弃了该项目。随后，通用电气M61A1型20毫米火炮被选定为F-15的内置武器。通用动力公司、休斯公司和菲尔科·福特公司获得了XAIM - 82A短程格斗导弹的竞争性开发合同，然而，由于成本攀升、政治压力以及预算限制，空军取消了该合同，转而将AIM - 7和AIM - 9的改进版本作为F-15的主要武器。

与其他早期装备涡轮风扇发动机的战斗机（如F-111、F-14等）类似，F-15也面临着一些问题。F-15的新型F100加力涡扇发动机主要源自20世纪60年代中期的P&W JTF16演示发动机。F100原计划于1973年2月完成试验，试验需在不同模拟高度和马赫数下运行150小时。但在1973年2月，也就是F-15首飞7个月后，试验发动机的一个风扇叶片损坏了风扇部分。鉴于F-15不会在高马赫数或高海拔条件下运行，故而推迟了高马赫数和高海拔部分的续航试验。这一决定在国会引发了不小的争议，险些导致整个F-15项目被取消。不过，发动机最终于1973年10月12日通过了完整、未修改的最终测试。

第一架F-15A（71 - 0280）在圣路易斯进行总装第一架F-15A于1972年6月26日在圣路易斯被部分拆解，装载到C-5A运输机上，随后运往位于加利福尼亚州的爱德华兹空军基地。1972年7月27日，由公司试飞员欧文·伯罗斯驾驶进行首飞，在50分钟的飞行中爬升至12000英尺，时速达到320英里。一周内，原型机累计飞行4小时48分钟，速度最高达到1.5马赫，飞行高度达45000英尺。在接下来的两个月里，F-15飞行高度超过60000英尺，速度超过2.3马赫，累计飞行时长超过40小时，飞行测试过程中遇到的问题较少。

其中较为严重的一个问题是机翼抖振。工程师们尝试了多种解决办法，最终的解决方案由爱德华兹的工程师于在风洞试验中，他们发现水平稳定器前缘的一个锯齿状结构导致了颤振问题。后来在测试中还发现，背侧速度制动器在完全打开位置时会引发剧烈抖振。解决措施是将其面积从20平方英尺增大到31平方英尺，并对形状进行微调，以便在较低的张角下就能实现所需的阻力。这些是F-15在长达25年的生产过程中仅有的重大外部改进。

第二架F-15a（71 - 0281）从圣路易斯的Mcair抵达爱德华兹空军基地第二架TF-15A被麦克唐纳·道格拉斯重新定位为演示飞机。这架飞机经常展示给众多潜在的外国客户，甚至在向法国推销F-15时也发挥了作用。在后续的几年里，71 - 0291作为F-15E“攻击鹰”的演示机，并用于测试共形燃料箱概念。首批30架F-15A/B战机于1973年3月开始生产。交付的第一架TF-15A（73 - 0108，命名为TAC - 1）由美国陆军第555战术飞行训练中队正式接收。在生产前及生产过程中，所有飞机的设计都增加了不必要的重量。

F-15比著名的P51野马重近四倍。第一架原型机和第三架原型机之间重量增加了3050磅，第三架飞机和第87架（74 - 0117）之间，重量减少了283磅。F-15从一开始就被设计为比以往战斗机更易于、更快速地生产，采用大型整体锻件，而非众多小零件拼接。美国空军预估前五架飞机需69万工时，而实际仅需46.6万工时。第一架F-15战机制造需69000个工时，内部装配需11000个工时。相比之下，在F-15合同后期，首批生产的48架F-4需要589000个制造工时和35000个装配工时。不过，F-15并非完美无缺，许多飞行员抱怨其体积过大、重量过重，不可否认，在最大起飞重量方面，它与二战前的北美B-25米切尔颇为相似，甚至更接近波音B-17G“飞行堡垒”，比著名的P51野马重近四倍

1976年1月起，兰利空军基地的第一架F-15A/B战机替换了F-4E战机。F-15的服役并非一帆风顺，其中最严重的问题出在发动机上。F-15在相当长的时间内面临发动机短缺困境，到1979年年底，空军不得不接收F-15机身并存放起来，直至有足够数量的发动机可供安装。空军严重低估了每次飞行的发动机功率循环次数，飞行员频繁调整油门设置以充分发挥新战机的机动性，这导致发动机关键部件出现意外的高磨损，导致一级涡轮叶片等部件频繁发生故障。但最严重的问题是停滞F-15机队每1000个飞行小时有11-12个失速事故

由于ajet发动机的压气机叶片是翼型截面，如果气流撞击叶片的角度超过临界值，就会失速，从而切断进入燃烧室的气流。停滞失速最常发生在大迎角机动中，通常会导致通过压缩机的气流不间断地中断。这导致发动机核心转速下降，涡轮过热这种情况没有迅速纠正，可能会损坏涡轮或发生火灾。这在像F-15这样的双引擎飞机上尤其危险，直到为改进的F100-PW-220版本开发了数字电子发动机控制系统。尽管发动机出现了问题，但在飞行测试过程中没有一架F-15失事，第一次F-15失事发生在1975年10月15日，目前的F-15发动机寿命大约每1000小时，对于高性能引擎来说是可以接受的。