F-22「猛禽」戰鬥機貴為世界上最先進、最早形成完全作戰能力、最先遂行實戰打擊與空中指揮控制任務的第5代隱形空優戰鬥機,雖然在作戰性能上處於獨孤求敗的狀態,但是也曾遭遇過供氧系統失靈的嚴重事故。美軍解決供氧系統問題的經驗,或許能夠他山之石可以攻玉,為我軍殲-20等第5代戰鬥機的研製與列裝服役帶來有益的啟示。
一、美國空軍F-22供氧系統事故回顧
2011年11月16日,美國阿拉斯加州埃爾門多夫-理察森聯合基地第3戰鬥機聯隊的「猛禽」戰鬥機飛行員傑弗里·哈尼上尉在飛行訓練中遇到進氣道故障,美國空軍空戰司令部的事故調查報告顯示,飛機的供氧系統切斷20秒鐘後,哈尼上尉產生了嚴重缺氧,且無法啟動應急供氧系統,飛機翻滾240度無法恢復正常飛行姿態,3秒鐘後以53度俯角墜毀在一座山腰,哈尼當場死亡。
為解決問題,美國空軍會同美國海軍、美國宇航局和美軍各軍種相關工程技術和科研人員,展開了大規模的調查行動,認為飛行員生命維持系統的一個真空閥和一個過濾器的失靈造成飛行員缺氧性症狀,「猛禽咳嗽」由此產生。另外,F-22飛行員認為這套應急供氧系統也不好使,備用系統的開關位於飛行員身後,飛行員產生缺氧症狀之後空間認知感混亂,更加難以夠到。
空軍裝備司令部與洛克希德·馬丁和波音公司合作,花費半年時間在一架「猛禽」戰機上設計安裝全新的「備用供氧系統」,在主供氧系統出現故障時啟用,防止飛行員失去意識造成飛機失控。2013年2月,美國空軍在加州愛德華茲空軍基地為一架F-22安裝了第一套應急供氧系統,到2015年4月,美軍所有「猛禽」飛行中隊的F-22戰鬥機都加裝了備用供氧系統。
安裝全新設計的「備用供氧系統」問題得到解決之後,F-22進入了全球作戰的新時代。2014年9月,F-22參加了軍事打擊敘利亞的「堅定決心」行動,2015年8月完成了在歐洲的首次部署,飛機的任務能力比率從2010年的60.9%上升到2015年的67.4%。
圖為F-16型戰機的機載供氧系統,組成原理與Su-27的供氧系統大同小異。
二、第5代戰鬥機高空高速機動對供氧系統提出更高要求
第5代戰鬥機對於第4代和「4代半」戰鬥機有著壓倒性的技戰術優勢,但是飛機操控的複雜程度也在顯幾何級數增長,航空供氧系統雖然是排在武器系統、航電系統、雷達系統之後的次要子系統,但是對其性能的要求也遠遠超過4代機之前的傳統輔助系統。
4代之前的常規戰鬥機從地面到實用升限,在密封座艙安好的情況下,以及0~11000米高度,非氣密座艙條件下,機載制氧系統均採用一般供氧,能夠維持飛行員的生理狀況。F-22這樣的第5代戰鬥機實用升限18000多米,巡航速度1.5M以上,對機載供氧系統和飛行員生理承受水平提出了非常高的要求,也就是說要在駕駛艙不能保持密閉的條件下高空持續飛行。
如果航空供氧系統在高空高速機動中失靈,就會造成飛行員出現空間定向力障礙、注意力局限和視覺衰竭,在短時間內失去對飛機的控制,其結果必然是機毀人亡,後果比一枚飛彈擊中還要可怕,因為飛行員在被飛彈擊中後至少還可以跳傘逃生(當然也一定存在無法逃生的情況)。
三、中國5代戰機研製可吸取美軍教訓
目前,中國正在研發兩種第5代戰鬥機,殲-20和殲-31都已經推出多款驗證機,國人也對5代機列裝中國空軍和海軍航空兵部隊充滿期待。然而,越是離定型量產越近,越是要注意每一個機載系統的測試評估,力爭儘早發現可能存在的問題,在部隊列裝之前加以解決,以利中國第5代戰鬥機形成初始乃至完全作戰能力。
最直接地講,F-22的教訓可以啟示中國5代戰鬥機供氧系統的研發、製造、改良,從更宏觀的角度講,對於中國軍事航空工業未來發展也有借鑑價值,比如,戰鬥機子系統優化設計、測試監控體系建設、空軍採購項目管控,等等。
具體到技術層面,就是要設計可靠的備用供氧系統,座艙控制面板要安裝在飛行員容易看到並夠到的位置,在主系統突然失靈、環境控制系統關閉的情況下能夠自動啟動,飛行員也能輕鬆地手工啟動,平時處於自動狀態,啟動後能夠提供100%的供氧量。中國空軍和國防工業界將次要子系統列為例行維修檢查的必須項目,同時列入飛行員起飛前檢測項目。通過嚴格科學的檢測,使飛行員的操作流程更加系統化、安全化。