[专题]F-22缺氧分析：变态性能引发大问题

F-22发生供氧问题导致机毁人亡真相难查找

2011年11月16日，美空军驻阿拉斯加州埃尔门多夫基地一架F－22“猛禽”战机坠毁。美国空军事故调查委员会发表的报告称是由飞行员操纵失误引起。这一报告在F-22飞行员群体中产生了轩然大波，造成了非常大的负面影响。美国空军参谋长诺顿施瓦茨上将则认为这起事故是由于飞机进气道故障，导致机载供氧系统关闭，致使飞行员缺氧引起的。

F-22上除了机载供氧系统之外，还有一套应急供氧系统。遗憾的是，这套应急供氧系统也不好使。F-22飞行员将之斥为“臭名昭著”、“难以使用”。坠毁“猛禽”的飞行员杰弗里哈尼上尉当时企图启动应急供氧系统，但是由于这个小小的开关位于飞行员身后，难以接触。当时哈尼上尉产生了严重缺氧，空间认知感混乱，F-22最终在翻滚240度之后，以53度俯角冲向地面。

尽管美国空军和国会为此做了多项调查，并声称找到了事故的原因，但F-22的飞行员和资深维护工程师对所谓的原因并不赞同。看似毫不起眼的供氧系统成为F-22的“阿喀琉斯之踵”。

航空供氧系统并不只是用于供氧功能还有很多

航空供氧系统是飞机的重要设备之一，其功能不仅是只为飞行员供氧那么简单，还包括防止吸入有害气体或放射性物质、防止体液沸腾、防止肺气压性损伤、防迎面气流吹袭、防碰撞等等。

根据现有资料研判，F-22的供氧系统出问题，一方面是不能供给飞行员足够的氧气，导致飞行员出现缺氧症状，另一方面在有害气体控制方面掉了链子。

F-22采取最先进分子筛制氧技术系统非常复杂

常规的航空供氧系统的机载氧源分为气态、液态和固态三种，最先进的是第四种：机载产氧氧源，相应的设备称为机载供氧系统。此领域的分子筛机载制氧这代表了当今的发展趋势。F-22的机载供氧系统即采用了分子筛制氧技术。

分子筛是一种与氧分子大小相当的多微孔有极性的材料。分子筛对空气中的氮气有很大的吸附力，而对氧分子的吸附力很小。这种吸附气体分子的作用力被称为范德华力。由于这种吸附是物理性的，当外界压力变化时，分子筛材料中的氮分子就可以重新分离出来。利用飞机发动机或空调系统补充进来的空气产生含氧浓度较高的气体，供飞行员呼吸。几块分子筛板通过微机调节，变换压力，周而复始地工作，便可源源不断地产出富氧气体供飞行员呼吸。飞机原来有限的机载氧就成了无限的供氧气源。

一套完整的航空供氧系统不光是指氧源，以Su-27战机为例，还包括了氧气开关、氧气减压器、机上供氧调节器、氧气调节器、断接器、抗荷调节器、压力比调节器、氧气控制活门、氧气指示器、弹射坐椅氧气系统等，并与供氧面罩、代偿服、保护头盔、抗荷服构成全套氧气系统，实现抗荷－供氧一体化。一个环节出了问题，整套供氧系统就没法正常工作了。

F-22高空高速机动力性能空前对供氧系统要求高

常规战斗机从地面到实用升限，在密封座舱安好的情况下，以及0~11000米高度，非气密座舱条件下，机载制氧系统均采用一般供氧，能够维持飞行员的生理状况。

以F-22为代表的第四代战斗机，巡航高度高达18300米，超巡速度大于1.5马赫。由于欧洲“台风”战斗机和俄罗斯新型Su-35除了增加机动性和隐身性外，也同时具有高空长时间飞行能力。飞机的高空飞行能力一方面固然是由飞机本身的飞行性能决定，另一方面也是经常被忽视的1个原因人的因素，或者说机载供氧系统能将飞行员的正常生理状况维持到什么水平。为了保持绝对的空中优势，美国空军要求F-22高空高速能力必须达到空前的高度，具体表现之一就是高空持续飞行能力，更极端点说，就是要求F-22座舱不能保持气密的情况下，还要能保持高空持续飞行。

台风战机供氧系统与F-22供氧系统产自同一公司

美国应用机载供氧系统非常早，技术也比较成熟，军用飞机的机载供氧系统主要由两家公司提供，一家是科巴姆（COBHAM），装备的军机是比较常规的F-5、A-10、AV-8B、F-14D、F/A-18、F-15E、F-16和C-130战术运输机，另一家就是大名鼎鼎的霍尼韦尔，其产品大多装备具有隐身特性的飞机，B-1B、B-2、F-22、F-35。值得一提的是，这次痛扁“猛禽”的“台风”战机，机载供氧系统也是霍尼韦尔的产品。

俄制战机供氧系统远远不如美制航空供氧系统

为此，美国空军战斗机高空生理防护理念中一直使用的“下降救生”，转为新一代的“继续飞行”。所谓的“下降救生”是指当飞机在高空发生座舱迅速减压后仅能提供10分钟左右的应急时间，在这时间之内必须飞机必须下降高度，使座舱重获合适的压力。所谓的“继续飞行”是指即使飞机在高空发生座舱迅速减压的情况，无需下降高度，仍然能在原高度保持持续飞行。

这里还是以俄罗斯Su-27战斗机为例，其机载供氧系统可以维持在12000米~20000米，非气密座舱条件下的短时间内加压供氧，以供飞机下降到安全高度，12000米以上救生时间为3分钟，20000米高度上救生时间仅为1分钟。拜先进机载制氧系统之赐，F-22的飞行员在大高度飞行时即使发生意外也基本无需担心生理维持问题，能够获得显而易见的战术优势，与Su-27形成了天壤之别。

毫无疑问，F-22相应的机载供氧系统的设计制造和配套难度更大，提出了新的挑战。

F-22在承受大过载时飞行员会发生过度呼吸问题

F-22的机载供氧系统故障自暴露以来，先后经历多次调查，但众说纷纭至今未有明确的结论。

最新发布的原因是可能出自于F-22飞行员飞行时所穿的抗荷服。F-22实现了供氧－抗荷一体化，飞行员身穿的抗荷服亦称组合式先进技术强化设计抗荷服。F-22飞行员在承受过载时，战斗抗荷服和相配套的呼吸系统产生的压力可能过大，影响到了飞行员的呼吸。这部分压力使飞行员过度呼吸，出现加速度肺不张症状。

尽管“猛禽”飞行员吸入的是93%的氧气，但是由于出现肺泡衰竭萎缩，不能将足够的氧气溶解到血液中。当飞行员回到地面处于正常的大气压力时，肺泡恢复，就产生了咳嗽反应，这就是所谓的“猛禽咳嗽”。由于F-22飞行员可能一天就会飞行数次，肺泡连续重复萎缩－恢复过程，这就使得溶入血液的氧气过少，使飞行员产生缺氧性症状。

空军起初的对策是增加一个负压力碳过滤网，提高压力增加供氧量，但是这反倒加剧了“加速度肺不张”。

F-22过滤系统出问题飞行员血液混入有毒物质

美国空军正在为高科技的抗荷服头痛不已之时，新的问题又浮出了水面。美国空军现已对出现认知紊乱的飞行员进行了验血。在他们的血样里，调查人员发现了多种有毒物质，包括油烟、防冻剂残余物以及丙烷。这可能是某些密封处存在泄漏现象，导致有毒的化学物质进入了用于引气的“猛禽”的引擎进气系统，流动进来的气流不仅会影响到供氧系统，还会影响到座舱的冷却/加热系统、除雾系统、座舱加压系统等等。从理论上说，F-22的碳过滤系统能够过滤掉空气中的有毒物质，但实际上很难做于万无一失。

美国空军在1995年做的一项研究表明，美国空军使用的冷却剂和某些牌号的润滑油中含有一定量的磷酸甲苯，当温度升高时，就会分解出神经性毒素。F-22的地勤人员经常会感到恶心不适，尽管美国空军称待在地面的地勤人员的和在天上飞行的飞行员工作环境完全不同，但是飞行员所描述的不适体验却与地勤人员颇有相似之处。

美发现F-22在特定高度做机动时会发生供氧系统关闭

2012年8月，美国空军泄露的一份报告再掀波澜，根据报告所描述，早在2000年，美国空军就意识到了F-22的供氧系统存在某些问题，当时怀疑可能是环境控制系统引起的。当F-22在特定的高度做机动动作时，其环境控制系统会失效，导致飞行员的主供氧系统自动关闭。报告的标题是“亡羊不补牢”，非常清晰的阐述了供氧系统出现故障意味着什么。

报告建议及时改进环境控制系统，使之能保证全飞行高度正常工作；建议为供氧系统设置可靠的备用进气源，使之在环境控制系统失效时也能正常工作。美国空军之后认真的解决了环境控制系统故障，然而却没有接受报告中的第二条建议，即设置备用进气源。这份报告的披露，无异于在机毁人亡的哈尼上尉的家人伤口上撒了一把盐，他们无法忍受空军的“不作为”。

自F-22的供氧系统问题暴露以来，美国空军承受了巨大压力，不仅空军事故调查委员会无法下台，甚至空战司令部和空军最高指挥官都被推到了前台。空军一再给洛克希德马丁、波音、霍尼韦尔、普拉特惠特尼这些业界巨头（这些巨头也在哈尼上尉家人的起诉名单上）施加压力，要求尽快解决问题，但由于F-22各子系统彼此关联，环环相扣，所以尽管各方纷纷派出了精兵良将，但对此都大感棘手，时至今日未能找到让公众信服的原因。

欧洲台风战机空战性能强悍配备先进红外搜索系统

在未找到合适的抗荷服改善方案之前，F-22飞行员只能在飞行和训练时，不穿抗荷服，包括在这次“红旗”军演，与“台风”战机对抗时，也是如此。

无须讳言，集欧洲列强技术之大成的“台风”是一种性能极为优异的战机，其空战能力相当强悍。从目前欧洲战斗机集团披露的资料分析，“台风”的飞行性能仅次于“猛禽”，并拥有“猛禽”缺少的红外搜索跟踪系统IRST。“台风”的IRST系统极为先进，号称可以在50千米外追踪到普通机载雷达所无法发现的“猛禽”。

F-22与台风“空战”受到很多限制无从发挥全部能力

在本次军演中F-22的飞行高度被限制到13000米以下（44000英尺），被要求不得远离机场，机动动作受到到严格限制。所以在这次军演中，F-22与“台风”的对决是不平等的，尽管其超音速机动性能和亚音速机动性能全面压倒台风，但是这些优良的机动性能受到如此多的限制无从发挥。

而且在这次军演中，同台竞技的科目主要是视距内狗斗，“猛禽”无从发挥其超音速巡航优势、隐身优势、雷达和电战优势。“猛禽”的矢量推力技术可以指机头迅速指向敌机，但是不穿抗荷服的飞行员对这瞬间产生的巨大过载，承受能力是有限的。

军演中被束缚住手脚的F-22同样“击落”多架台风

“台风”能够取得“击落”“猛禽”的记录，并不能证明了“猛禽”是个“纸老虎”，恰恰相反，侧面证明了“猛禽”的强大，“猛禽”在本次军演中，也收获了不少“击落”“台风”的记录，这是很多媒体视而不见的。

此外，“猛禽”机队经历过为时不短的停飞，飞行员只能通过模拟器等手段保持飞行技能，这对实际作战能力有也有一定的影响。

“猛禽”的脖子被勒了一根链子，还能和“台风”打得旗鼓相当，这不是强大是什么？

F-35项目部关注F-22供氧系统问题全面吸取教训

F-22的机载供氧系统故障引发了全面的恐慌，美国空军全面调查了所有现役的战斗机。F-22的机载制氧系统故障会出现在F-35上吗？F-35项目发言人乔德拉维德瓦声称：“F-35全面从F-22上汲取了经验教训，其机载制氧系统是最新型号，优于F-22上采用的设备。尽管F-35和F-22均由洛克希德马丁制造，机载供氧系统也都是霍尼韦尔提供的，但两者存在非常大的区别。

F-35项目正在积极配合F-22供氧问题的调查。F-35目前并没有发现导致F-22供氧故障的共因。”洛克希德马丁的发言人劳瑞昆西表示：“出于审慎考虑，F-35项目会保持关注F-22事件的进展，必要时将酌情重新评估F-35当前的设计。”

中国也在测试隐身战机问题暴露越早越好

随着经济实力的增强，和国防航空工业的调整理顺，中国现在有能力同时研发至少两种第四代战斗机。

第四代战斗机对于第三代和所谓的“三代半”战斗机有着全方位的优势，随着优势而来的就是复杂程度的几何增长。包括航空供氧系统在内的各子系统，性能要求和复杂程度远远超过以前装备的系统。中国第四代战斗机还未进入服役，远未形成初始作战能力。

人－机之间的相互关系和相互作用还需要长时间研究摸索，在此阶段应加强测试管控，及早发现问题，从工程实践而言，问题暴露得越早越有利于解决。

中国应吸取美军F-22教训建立起更完善联动机制

他山之石，可以攻玉，F-22案例不仅对于中国第四代战斗机供氧系统的设计、制造、改良有非常重要的意义，从大的方面讲，对于中国空军和航空工业也有非常重要的启示，如何推动战斗机分系统的设计优化，如何自上而下建立严格的测试体系和应对体系，空军和航空工业如何形成良好的联动机制，避免出现类似久拖不决的问题，都是需要面对的严肃课题。

美国F-22“猛禽”战斗机是当今世界最先进的现役战斗机，其性能对各国现役战斗机形成了压倒性的优势。但是这种远远凌驾于他人的性能也意味着技术上的大幅度超越和高度的复杂性。F-22战机暴露出来的因为1个供氧问题而影响了整个F-22机队的战斗力，对中国空军和航空工业也有非常重要的启示。