现代空战条件下的能量机动理论

方方作品第1页原文发表于《国际展望》。版权所有，未经许可，谢绝任何平面媒体及商业性网站转载！现代空战条件下的能量机动理论·方方·对能量机动理论在航空史上的作用特别是对第三代战斗机的影响，一般均给予正面评价，但对于这一理论的未来，目前并没有一个统一的看法。一种典型的意见认为，对于空战而言，能量机动理论的作用主要体现在近距空战中，而近距空战在现代空战中的比例日益下降，因此能量机动理论对于现代空战的影响也逐渐减小；另一方面，随着过失速机动的实用化，未来空战战术也很可能发生重大变化——而过失速机动属于典型的角度战术，与经典能量机动理论可谓格格不入。在历史上，如果一种理论不能解释该领域内的某种现象，那么这种现象很可能就是造成这种理论崩溃的第一条裂缝。自能量机动理论诞生之日起就一直未能解释的角度战术，会不会就是这道裂缝呢？今天的能量机动理论，究竟是未来空战理论的基石，抑或是特定历史时期留下的一个遗迹呢？能量机动理论探析1．能量战术与角度战术之争有必要先回顾一下什么是能量战术和角度战术。这两种战术实际是根据空战中飞行员采取策略的不同而划分的。角度战术就是用昀快的速度取得对敌机的绝对位置优势(一般指机头指向敌机尾部)。为了达到这一点，通常都要损失能量。在适合采用角度战术的情况下，往往是能够更快减少自己能量的一方先获得位置优势。因此角度战术也有人称作称为负能量战术。而典型的能量战术则不同，它强调首先建立相对敌机的能量优势，然后再把这种能量优势转化为位置优势。不难看出，在空战中对本机能量的取舍方面，能量战术和角度战术截然相反。那么，究竟哪一种才是空战方程的正解？没人知道。如果说能量机动理论揭开了空战的奥秘，那么为何南辕北辙的战术（角度战术）同样可以获得空战的胜利——而且并非偶然？能量机动理论的创立者约翰·伯伊德也未能回答这个问题。就空战的实践来看，两种战术都有成功运用的战例。方方作品第2页原文发表于《国际展望》。版权所有，未经许可，谢绝任何平面媒体及商业性网站转载！上个世纪80年代，中国空军曾经组织了3批大规模的歼6、歼7部队空战对抗演练。在首批进行对抗时，歼6部队首次遭遇歼7部队的“蛇行机动”战术——事实上就是角度战术：歼7利用快速左右滚转产生巨大的诱导阻力，急剧消耗自身能量，导致处于优势位置的歼6被迫冲前，迅速完成攻防位置转换。由于对此类动作毫无准备，第一批歼6部队吃了大亏，以至于得出“歼6打米格21很难”的结论。（包括本处战例在内，以下有多处应用角度战术迫使对手冲前的例子，但这并不是角度战术的唯一表现形式，为免误解，特此说明——笔者注）但在第二批对抗时，歼7部队仍然是沿用老战术，歼6部队却已经针对歼7的特点发展出比较完整的综合机动战术，胜负天平明显向歼6倾斜。有飞行员在总结经验时提到，歼7推重比小，向上机动能力不足，在垂直面进行持续机动就能充分发挥歼6的优势。事实也正是如此。一架歼6在劣势位置上连续进行了两个斜斤斗，尾追的歼7就被甩掉，并因为视界问题丢失了与歼6的目视接触：在这个例子中，动作开始时歼6和歼7能量状态接近，但歼6的SEP（单位重量剩余功率）高于歼7，在机动中补充能量速度比歼7快，因此可以在垂直面机动中逐渐建立能量优势。在第一个斜斤斗结束时，歼7仍然跟在歼6后面，但已经拉开了距离，于是歼6再拉一个，彻底甩开了歼7。这个战术实际上就是典型的能量战术，只不过我们没有这种提法。能量战术与角度战术并存的现象往往令人迷惑：在空战中究竟是尽快消耗能量有利呢还是尽快建立能量优势有利？对此，一般的说法是，在空战中，能量战术和角度战术往往交替运用，而能否在适当的时机选择适当的战术，则体现了飞行员训练水平的高低。就空战而言，这种说法不尽人意，但尚可解释。上个世纪80年代，随着典型的第三代战斗机大批服役，基本上确立了能量机动理论以及能量战术的优势地位。但在80年代末90年代初，所谓的“三代半”战斗机出现；90年代末，新一代格斗80年代初那次大规模对抗，歼6和歼7各自体现了能量战术和角度战术在空战中的作用。三代半战斗机的出现似乎动摇了能量机动理论的基础。方方作品第3页原文发表于《国际展望》。版权所有，未经许可，谢绝任何平面媒体及商业性网站转载！导弹也开始崭露头角。两者的结合大大动摇了能量机动理论的基础。和典型的第三代战斗机相比，“三代半”战斗机更强调瞬时机动性，结合攻击区大大扩展的先进格斗导弹，即使在能量劣势的情况下也可以实现先敌开火（实际上就是角度战术）。具备过失速机动能力的F/A-22的服役，在一定程度上标志着美国空军对角度战术的肯定。但同时我们也看到，F/A-22在设计中仍然贯彻了能量机动的原则，其SEP全面超越了第三代战斗机。在错综复杂的现象面前，我们不禁要问：能量机动理论是否指引了空战的未来？2．空战实质探析空战的目的是什么？空战目的是为了击毁、击伤敌空中目标，为此（在现有武器条件下，能量武器投入实用之前），必须将对空武器系统的战斗部投送到目标附近，以战斗部实施杀伤。无论是能量战术还是角度战术，其昀终目的都是进入适宜的武器系统投射点（换句话说，让目标进入己机武器系统的可攻击区）。在武器发射之后，决定昀终结果的不是载机，而是武器系统本身。如果研究一下己机开火瞬间的状态，我们会发现一些有意思的特点。如果以己机本身的能量状态与目标机的能量状态进行对比，由于采用能量战术或者角度战术的不同，我们会有不同的结果——能量高于或低于目标。但如果我们从离机瞬间武器系统的能量状态进行考虑，则只有一个唯一的结果：从投射点到预定碰撞点消耗的能量是可以求得的，如果要击中目标，武器离机能量必须大于这一能量值（这里不考虑电子干扰等情况）。空战中进行的所有机动（无论是能量战术还是角度战术），目的都是要保证这一点。所以昀终的能量优势不是指载机在一段时间内稳定的能量状态大小，而应该是指武器发射瞬间武器系统的能量相对于目标的能量差（机－弹分离瞬间弹的总能量－弹飞行过程中消耗的能量，以下简称“能量差”）。只有当能量差为正，才是有效的攻击机会。正能量差越大，攻击区越大。反之亦然。（这个说法是从纯能量的角度来考虑的。但如果考虑到射弹散布、导弹昀小控制速度等因素，只有当能量差超过一定的正值，目标才算进入了己机武器的可攻击区。但为了叙述方便，下文仍以“正”“负”来区分。——笔者注）这么来看，包括经典能量机动理论在内，所有的能量转换都是为武器攻击区服务的。因此空战机动实际追求的是武器攻击区的增大或者偏移，以便将目标置于其中。如果目标在武器发射后进行预测之外的极限条件机动，而能量差仍然为正，在不考虑其它因素情况下，被击中将不可避免——从这个角度看，空空导弹的不可逃逸区很好解释。我们先来看角度战术。1976～1977年间，美国海军陆战队曾经以其AV-8A“鹞”式飞机和海军的F-14进行过16次模拟空战。在鹞的6次获胜记录中，有一部分是利用其矢量推力使飞机急剧减速并改变飞行轨迹，导致F-14冲前而获得的。在动作中中，飞马发动机推力大幅转向，导致鹞的SEP迅速减小、能量快速消耗而换取位置优势，属于典型的角度战术。在双方位置交换前（即鹞在前，F-14在后），F-14不在鹞的武器系统的攻击区内，亦即：对鹞而言，其能量差为负；但当鹞通过机动迫使F-14冲前后，尽管其自身能量仍低于F-14，但如果F-14此时进入如果只考虑能量，那么导弹发射瞬间的能量总和与飞行过程中能量消耗的极限决定了导弹不可逃逸区的大小。方方作品第4页原文发表于《国际展望》。版权所有，未经许可，谢绝任何平面媒体及商业性网站转载！了其航炮或者格斗弹的有效攻击区，则能量差为正，鹞可以对F-14实施攻击，角度战术成功。需要指出的是，如果F-14冲前时仍保持较高的能量水平，则可能以较大的相对角速度（在鹞的武器系统完成瞄准前）快速脱离鹞的攻击区，鹞的能量差再度转为负值，角度战术失败。从能量差来理解，角度战术可以看作是：为了增大能量差而进行的相应机动。虽然载机自身能量减小，但由于能量差增大，实际上还是获取了能量优势。现在再来看看能量差概念在能量战术中的体现。撰写《ARTOFKILL》的美国空军教官皮特·博兰尼曾经提到他在空战对抗中成功运用“HIGH—LOW”战术的经历。当时他正处于被动态势，双方机型相同（F-16），能量状态接近——也就是说，没什么便宜可占。在这种情况下，博兰尼适当松杆，以损失角度来换取飞机能量的积累。一段时间之后积累了足够的能量优势，博兰尼开始向上拉起，而对手在盘旋中消耗了较多的能量，此时已无法跟上他的动作，被迫放弃跟踪。这就是典型的能量机动，和前面提到的歼6双斤斗摆脱歼7的事例异曲同工。到HIGH－LOW战术结束时为止，博兰尼只能说摆脱了被动态势，但尚未进入攻击位置，因此在整个过程中其能量差是负值。不过，由于双方角度、位置已经发生了变化，博兰尼的能量差实际是在不断增大。而对于博兰尼的对手来说，博兰尼一直没有被纳入其攻击区，所以其能量差也是负值，而从昀初的接近攻击区到昀终远离攻击区，其能量差实际在不断减小。这表明，在空战中要获取优势，必须增大能量差——这与角度战术并无二致。3．现代条件下的能量机动理论如前所述，以能量差的角度来衡量，能量战术和角度战术本质上是一致的，而且在对空战形势的判断和处置上可以有一个统一的标准。那么是不是说能量机动理论错了呢？笔者以为并非如此，实际上以上推断同样是建立在能量机动理论的基础上的，但由于飞机和机载武器系统技术水平的提高，需要增加一些新的考量因素。以航炮来说，因为炮弹自身无制导能力，当目标偏离其弹道时，能量差始终为负，所以其攻击区就局限于飞机正前方。但是，可以通过载机能量的转换来获取相应的能量差，也就是偏移其攻击区或者迫使对方进入攻击区。前者如过失速机动中的航炮射击，后者则是所谓的负能量战术。实际上能量机动理论未能解释负能量战术成功的原因，但如果以能量差来看就很好解释。因为目标位于自己后方，飞机本身具有能量优势，如果我机恰好落在对方弹道上，则构成对方的射击机会，实际上是对方具有能量差优势。但通过减速和其它机动破坏对方的瞄准，就是在不断改变每个瞬间的能量差，以避免对方获得能量差优势——当我机并未处于对方弹道上时，对方能量差仍然为负，当然我机就更不用说了。如果在这个过程中对方不慎冲前，则位置交换瞬间，我机开始拥有获得正能量差的机会。但实际上此时就飞机的能量而言，对方仍然是具有优势的。但必须指出，能量差是考虑了目标机本身能量的，以一个极端情况来说——比如对方以M2掠过只有利用飞马的矢推能力来增强飞机的机动性并非始于AV-8A的试验。早在鹞设计之初，设计人员就提出了类似的设想。由于机动中能量消耗极快，这一战术属于典型的角度战术。但从能量差的角度看，则仍以获取能量差正值为目标。方方作品第5页原文发表于《国际展望》。版权所有，未经许可，谢绝任何平面媒体及商业性网站转载！M0.5的我机，那么实际上我机能量差仍然为负，不可能击中对方。由于炮弹能量相对于载机能量相当小，计算“飞机＋炮弹”的总能量的时候，实际上就是计算载机的能量。这个恰好就是伯伊德当初建立能量机动理论的基础。所以经典能量机动理论是以载机能量来表述的。对导弹来说，在伯伊德建立能量机动理论的时候，导弹系统能量仍然相当小（表现出来就是攻击区小），飞机仍然必须进入目标尾后的“喇叭区”，沿着所谓的“狗追兔子曲线”跟踪攻击。对飞行员来说这一时代的导弹基本上相当于延长了射程的航炮，以载机能量表述仍然不会有太大出入。但是到今天第4代格斗弹已经出场的时候，如果再简单地以载机能量来表述整个“载机＋导弹”系统的总能量，并用于计算能量差就明显不合适了。这是在现代条件下理解能量机动理论必须加以考虑的。以上是从武器系统的能量角度来看的。但除此以外，还需要特别指出的是，武器、火控系统的水平对能量机动理论的影响极其深远。在伯伊德那个时代，由于技术水平限制，机载武器系统实施攻击前需要进行一段时间的稳定跟踪瞄准，在这种情况下强调瞬时机动性是没有多大意义的，所以我们在能量机动理论中看不到对瞬时机动性的表述，其关键性指标SEP只能用于表征飞机的持续机动性。笔者以为，在现代空战