文:戰略風格
為什麼F-16需要防撞地裝置?
中華民國空軍預計將擁有207架F-16V戰機(正式名稱F-16AM/BM),國軍的F成為全球擁有此款先進戰機數量最多的避免悲劇空軍部隊。但培育更多合格的飛行發生F-16V飛行員,是員落比改裝與採購戰機,更艱難與長久的海殉任務,要儘量減少可能發生事故的職的再次各種潛在因子。
中華民國空軍F-16A戰機曾經在2018年6月4日在新北市瑞芳區五分山撞山,國軍的F飛行員少校吳彥霆殉職,避免悲劇2022年1月11日又有一架F-16V戰機在嘉義基地附近靶場進行對地攻擊訓練時,飛行發生大角度俯衝墜海。員落
兩起不幸事件,海殉許多專家都表示,職的再次如果F-16戰機裝有「自動防撞地系統」(Automatic Ground Collision Avoidance System,國軍的FAuto GCAS),避免悲劇應該能避免此悲劇。飛行發生但很少人深究,究竟為何只有F-16戰機需要此系統?
F-16纏鬥性能優異的關鍵:先天不穩定性設計
F-16這類纏鬥性能非常優秀的戰機,都是先天不穩定性(Negative stability)設計。這是指一般飛機都有靜穩定性(將飛機重心置於升力中心之前),飛行員不太需要控制,飛機基本上會自行回到直線與水平飛行狀態,但這會大幅限制飛機的機動性能。
F-16的設計則是相反,讓飛機隨時都處於不穩定地狀態,需要不斷調整各個翼面,維持飛行姿態,但這不是傳統的鋼索靠液壓連接舵面的控制系統可以搞定,因此改為「線傳飛控」(fly-by-wire):將駕駛員的操縱輸入,通過IC轉變為電信號,經電腦或電子控制器處理,再通過電纜傳輸到控制介面。
先天不穩定設計的戰機,利用機體重心在升力中心後方的方式,產生向下的力量令機鼻上仰,除可使飛機的總升力性能變大,而增加飛機載重,並可因為控制面少許的微動量,即可大幅改變飛機姿態,而增加戰機的機動飛行性能,或採用面積較小的水平尾翼即可控制飛機,減輕整體阻力、重量。
而電腦科技大幅進步之後,除了反應速度更快,電腦還能評估飛行員輸入的動作是否正確,否則拒絕執行,讓飛機能更穩定的飛行,因此目前大部分的戰機都採用線傳飛控系統。
不過飛機會失事的原因很多,例如在低空發動機突然故障之類,那先天不穩定設計的飛機,可能就比傳統飛機更容易失事了。F-16常常需要飛行在低空嗎?正好需要。
F-16初次擔任戰鬥轟炸機就顯隱憂
F-16設計之初,是輔助F-15擔任空優戰機,不過以色列在1981年,決定轟炸伊拉克首都巴格達附近的奧斯拉克(Osirak)核反應爐,首度讓F-16擔任戰鬥轟炸機。
因為以色列正牌的A-4攻擊機與幼獅戰轟機(IAI Kfir),因為航程與航電考量,根本無法勝任此任務,F-4則航程勉強可到,但是需要兩名飛行員,一旦損失代價太大。
最後選定由八架F-16A各攜帶兩枚2000磅炸彈,在六架F-15的掩護下,超低空飛行躲避雷達偵測,突襲成功,16枚炸彈命中了14枚,將目標徹底摧毀。
不過,那兩枚「Miss掉」(未命中)目標的炸彈,究竟是發生了什麼事呢?20年後,由負責投擲的飛行員伊夫塔赫·斯派克特(Iftach Spector)親自爆料……原來他當天感冒,身體不適還是勉強出戰,但他在投彈前的鑽升筋斗過程中,出現短暫G力昏迷(G-LOC),偏離預定瞄準點,所幸及時甦醒,但只能勉強投彈,所以未命中。
因為任務成功,當時根本沒人發現有炸彈未命中。伊夫塔赫之所以敢爆料,也是因其擁有12架擊墜敵機紀錄,是貨真價實的空戰英雄,所以把當年的糗事當趣談,無損其生涯戰績。
空戰英雄的身體素質,都可能在對地攻擊中昏迷,可見其危險性。後來各國紛紛仿效以色列,將F-16大量投入對地攻擊時,就讓各種意外數量激增。
75% F-16失事為「可控飛行撞地」
美國空軍一架雷鳥特技小組的F-16戰機,於2018年在內華達測試暨訓練場(Nevada Test and Training Range)進行例行性特技表演飛行訓練時失事墜毀。當時飛行員貝格諾(Stephen Del Bagno)少校起飛後加速至644公里/每小時,向後帶桿爬升,並持續保持帶桿成倒飛姿態,距地面絕對高度約2439公尺,同時保持倒飛姿態。
當表演動作完成後,飛行員準備向下做「改出動作」(俯衝轉正機身再拉升),隨即再次向後帶桿,建立姿態同時G力上升,抗G衣來不及反應,飛行員產生G力昏迷,飛機姿態為向下俯衝。撞地前,飛行員尚未清醒,不幸機毀人亡。
正常狀態下的人體所能承受的最大極限為正9G到負3G之間。飛行員雖然已受過嚴格訓練,也穿了抗G衣,但若失效或來不及反應,當正G力越大時,飛行員的血液會因壓力而從頭部流向腿部,而使腦部血液量銳減,因缺血缺氧而影響視覺器官,造成視野急速縮小的「黑視癥」(Blackout)。
相對的若負G力過大時,血液會反向的由下肢往腦部集中,造成腦部過度充血,可能讓微血管受損,最明顯特徵為眼球也因過度充血,視野一片紅色(光線穿過過度充血的血管)的「紅視癥」(Redout)。
若因超負荷的高G力過久,人體腦部可能因為保護作用失去意識,稱為G力昏迷(G-Loc),造成飛機失控。
高G力引發的昏迷,實際上只是「可控飛行撞地」(Controlled flight into terrain,CFIT)的原因之一。CFIT為常見的航空事故原因,定義是飛機「可由機師正常控制」,但因失誤而撞上地面、阻礙物或水面而墜毀。