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 推重比與戰機動作能量
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helldog
路人甲乙丙

4775 Posts

Posted - 03/27/2013 :  13:08:29  會員資料  Click to see helldog's MSN Messenger address Send helldog a Private Message  引言回覆
如果我開一台推重比很高的戰機,EX:推力比大於10,爬升或俯衝時我是否可以忽視地球重力帶來的能量損耗或增加?

舉例:
我開一架推力比是5的SR-71 是否玩起能量機動會比推力比為1.x的F16更有優勢?

勇氣與耐力的考驗-
以年輕的生命力換取剎那間的永恆

Edited by - helldog on 03/27/2013 13:17:22

Dr Evil
路人甲乙丙

Taiwan
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Posted - 03/27/2013 :  14:01:51  會員資料  Click to see Dr Evil's MSN Messenger address Send Dr Evil a Private Message  引言回覆
在空氣中打滾,受地心引力規範就注定受限了,如
不考慮進氣,推比十的推力,在太空與地球大氣中
的表現絕對不一樣

飛行就是直線與轉灣的組合,能量機動飛行也亦然
推比五的黑鳥直線加速或爬升,當然優比推比一的
十六號,但轉彎時可不見得,氣動力的設計與人體
對G力的承受限制都會影響大推力的發揮程度

黑鳥的氣動力設計,不是為了機動纏鬥而設計,推
力再加大也只是人操火箭






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toga
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Tajikistan
12728 Posts

Posted - 03/27/2013 :  15:07:16  會員資料 Send toga a Private Message  引言回覆
http://en.wikipedia.org/wiki/Lockheed_SR-71_Blackbird

SR-71黑鳥在正常任務構型下的推重比大概只有0.38至0.44,也玩不起小轉彎高G飛行∼一名黑鳥飛行員曾如此描述道:"SR-71在轉彎時,其軌道所涵蓋的圓面積足可容納下整個德克薩斯州"。

一萌二PAK三聯閃,四代歐風五國潘,十全側衛百戰鷹,成千蟲隼萬國繁。

Edited by - toga on 03/27/2013 15:07:38
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toga
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Tajikistan
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Posted - 03/27/2013 :  15:13:46  會員資料 Send toga a Private Message  引言回覆
力等於質量乘以加速度,五倍推重比意味著光是直線飛行,飛行員便會被五倍重力壓向椅背,十倍推重比就是十倍重力∼這等玩意兒要是轉起彎來(假如它還轉得動,沒當場空中解體的話......),飛行員恐怕會被瞬間暴增的G力給當場奪命......

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toga
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Tajikistan
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Posted - 03/27/2013 :  15:22:36  會員資料 Send toga a Private Message  引言回覆
最後五倍推重比具體意味著什麼?它意味著一架F-5E大小與噸位的戰機,在標準戰鬥重量下必須要有著F-22A級數以上的推力才能接近這等境界......

一萌二PAK三聯閃,四代歐風五國潘,十全側衛百戰鷹,成千蟲隼萬國繁。

Edited by - toga on 03/27/2013 15:23:41
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helldog
路人甲乙丙

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Posted - 03/27/2013 :  16:39:59  會員資料  Click to see helldog's MSN Messenger address Send helldog a Private Message  引言回覆
toga兄,請問一件事,假如有架飛機A與飛機B,飛機A的推重比是飛機B的2倍,空重也差不多。但同高度時裸機極速差不多,然後機體能承受的G力也差不多,那意味什抹?

勇氣與耐力的考驗-
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閒遊之人
我是老鳥

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Posted - 03/27/2013 :  17:44:49  會員資料 Send 閒遊之人 a Private Message  引言回覆
爬比快?
飛比較高?
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LUMBER
我是老鳥

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Posted - 03/27/2013 :  21:00:06  會員資料 Send LUMBER a Private Message  引言回覆
這代表兩台飛機是同一架,只是掛架上有沒有塞滿武器吧....
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cobrachen
管家

4513 Posts

Posted - 03/27/2013 :  21:29:08  會員資料  Click to see cobrachen's MSN Messenger address Send cobrachen a Private Message  引言回覆
quote:
Originally posted by helldog

toga兄,請問一件事,假如有架飛機A與飛機B,飛機A的推重比是飛機B的2倍,空重也差不多。但同高度時裸機極速差不多,然後機體能承受的G力也差不多,那意味什抹?

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阻力和Drag Polar呢?能量理論裡面考慮的是5個基本要素,而這樣看來,推力較大的飛機,阻力也大非常多,能量流失很高。
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toga
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Tajikistan
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Posted - 03/27/2013 :  23:34:40  會員資料 Send toga a Private Message  引言回覆
quote:
Originally posted by helldog

toga兄,請問一件事,假如有架飛機A與飛機B,飛機A的推重比是飛機B的2倍,空重也差不多。但同高度時裸機極速差不多,然後機體能承受的G力也差不多,那意味什抹?



假如飛機A不是因為什麼安全限制理由才把極速限制的和飛機B差不多的話,其可能原因:

1. 飛機A的氣動阻力在特定飛行速度高度比飛機B大得多。

2. 飛機A的引擎在特定飛行速度高度的性能下滑幅度明顯超過飛機B。

3. 飛機A的內載燃料比飛機B多得多。

4. 以上皆是(綜合多項因素所導致的結果)。

一萌二PAK三聯閃,四代歐風五國潘,十全側衛百戰鷹,成千蟲隼萬國繁。
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toga
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Tajikistan
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Posted - 03/27/2013 :  23:39:19  會員資料 Send toga a Private Message  引言回覆
單位重量剩餘功率(SEP):

60年代後期, John Boyd和Tom Christie提出“能量機動性”(energy-maneuverability)概念。他們提出一個關鍵參數:”單位重力剩餘功率(SEP)”。

計算公式:
1. (戰機推力 - 飛行阻力)* 對應速度 = 剩餘功率
2. 剩餘功率/戰機重量 = 單位重量剩餘功率

根據飛行力學,戰機直線加速度和爬升率都直接和SEP成正比。其他性能參数如持續迴轉性能、升限等也都和SEP有關。唯有瞬間迴轉性能只和最大可用升力系數及翼負荷有關,而與其無觀。

所以根據不同高度和馬赫數條件下戰機的SEP即可畫出戰機在飛行包絡線下的SEP曲線。比較不同戰機的SEP曲線即可判定戰機的作戰性能之良窳。此方法目前已風行全球。

SEP的絕對值等於同樣條件下的爬升率,計算單位也是M/s,但兩者的物理概念並不—樣。有人稱SEP作“能量爬升率”。

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helldog
路人甲乙丙

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Posted - 03/27/2013 :  23:58:32  會員資料  Click to see helldog's MSN Messenger address Send helldog a Private Message  引言回覆
推重比 = 加速度?如果推重比=2那表示該飛機的加速度可能為2G??
如果推重比=5的飛機在平飛時等於有5G的重力施於飛行員,那如果一架飛機只能承受20G的動作,那表示他的推重比不能高於20摟?

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toga
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Posted - 03/27/2013 :  23:59:31  會員資料 Send toga a Private Message  引言回覆
推重比是極度簡化的單位重量剩餘功率(SEP) 粗估指標,一來其完全未將戰機之阻力因素(重要性不下於推力)考慮在內,再者平常我們所能見到的戰機推重比數據,其引擎推力數字都是在海平面靜止狀態再加上標準溫度與大氣壓下的推力表現,因此所換算出來的推重比基本上只是戰機在起飛與海平面低速下推重比的近似值,並不能直接精確代表各戰機在中高空高速空戰時的實際推重比與剩餘功率數據高下。
  
舉例說來,如果只看上述帳面推重比數據的話,F-16A約比幻象2000優秀10%,使用29,000磅級F100-PW-229發動機的後期型F-16C/D更比幻象2000優秀超過20%∼但是在實際飛行時,根據各國幻象飛行員的經驗說法:

"使用M53-P2的幻象兩千在地面與10,000英呎高度以下次音速纏鬥領域的推力表現大體而言是明顯不如使用F100的F-16,但是在10,000至20,000英呎範圍間,兩者的差距便會隨速度的提高而逐漸拉進並開始逆轉;而到了飛行高度20,000英呎以上,超音速領域範圍時,甚至連使用F100-PW-229發動機的後期型F-16C/D都得甘拜幻象兩千的下風。"
 

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toga
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Tajikistan
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Posted - 03/28/2013 :  00:15:44  會員資料 Send toga a Private Message  引言回覆
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Originally posted by helldog

推重比 = 加速度?如果推重比=2那表示該飛機的加速度可能為2G??
如果推重比=5的飛機在平飛時等於有5G的重力施於飛行員,那如果一架飛機只能承受20G的動作,那表示他的推重比不能高於20摟?




1. 實際上因為飛行阻力之故,加速度達不了這麼高∼飛機從低速開始加速時的加速度或許接近2G,但是隨著速度越快而阻力越高,加速度也會一路下滑,直到速度再也加不上去為止。

2. 高於5G就已經足以在數秒內將戰機速度加速至超過目前藍星戰機機體工藝所能承受的表面溫度極限,高於10G則根本就已經直接超過人體承受極限了,你還去管推重比能不能高於20幹啥?更不用說以目前地球人噴射推進科技的極限,要讓有人作戰飛行載具的推重比達到3大概都已經是Mission Impossible了。

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Edited by - toga on 03/28/2013 00:21:02
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helldog
路人甲乙丙

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Posted - 03/28/2013 :  00:18:33  會員資料  Click to see helldog's MSN Messenger address Send helldog a Private Message  引言回覆
THX

勇氣與耐力的考驗-
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helldog
路人甲乙丙

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Posted - 03/28/2013 :  13:21:09  會員資料  Click to see helldog's MSN Messenger address Send helldog a Private Message  引言回覆
現代有BVR與軸離瞄時代,能量理論不再重要了嗎?
如果推重力真的很高(忽視飛機會不會融掉的問題),是否不在需要考慮能量理論?
請問art of the kill 理論是否就是角度戰術跟,能量理論是否相違背?

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以年輕的生命力換取剎那間的永恆

Edited by - helldog on 03/28/2013 13:36:35
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BlueWhaleMoon
我是老鳥

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Posted - 03/28/2013 :  13:36:38  會員資料 Send BlueWhaleMoon a Private Message  引言回覆
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Originally posted by toga

單位重量剩餘功率(SEP):

60年代後期, John Boyd和Tom Christie提出“能量機動性”(energy-maneuverability)概念。他們提出一個關鍵參數:”單位重力剩餘功率(SEP)”。

計算公式:
1. (戰機推力 - 飛行阻力)* 對應速度 = 剩餘功率
2. 剩餘功率/戰機重量 = 單位重量剩餘功率

根據飛行力學,戰機直線加速度和爬升率都直接和SEP成正比。其他性能參数如持續迴轉性能、升限等也都和SEP有關。唯有瞬間迴轉性能只和最大可用升力系數及翼負荷有關,而與其無觀。

所以根據不同高度和馬赫數條件下戰機的SEP即可畫出戰機在飛行包絡線下的SEP曲線。比較不同戰機的SEP曲線即可判定戰機的作戰性能之良窳。此方法目前已風行全球。

SEP的絕對值等於同樣條件下的爬升率,計算單位也是M/s,但兩者的物理概念並不—樣。有人稱SEP作“能量爬升率”。

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剛好趁這裡問一下,根據這個公式,F104應該是很威的飛機? 因為阻力很小/速度很快不是嗎?
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Dr Evil
路人甲乙丙

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Posted - 03/28/2013 :  14:34:57  會員資料  Click to see Dr Evil's MSN Messenger address Send Dr Evil a Private Message  引言回覆
武器的射程,會因發射母機的速度而受影響,不同的發射條件會有不同的效果
戰機剩餘能量大的一方,在攻擊或躲避上都會有更多勝算

104阻力很低,但主翼很小,結果是轉彎半徑很大,很容易讓敵機切進內圈尾追
所以104都是靠直線衝刺的打跑戰術,衝進去發動攻擊,發射後趕快拉出來,避
免纏鬥

以前在戰管引導,都是靠一兩種對頭攻擊的戰術,靠速度來創造優勢
F5E完全是追趕莫及

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toga
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Tajikistan
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Posted - 03/28/2013 :  14:35:30  會員資料 Send toga a Private Message  引言回覆
F-104在高空高速的能量機動表現確實是很威,只可惜1960年代的輕型戰機火控雷達系統水準與飛彈配備(無法進行視距外作戰,無法進行頭對頭攻擊)卻往往浪費了其天賦威能,讓星式機還是必須和對手視距內纏鬥並繞至敵機身後才能開火,然而一旦開始繞圈纏鬥,星式機的弱點問題便會逐步湧現(中低空次音速飛行領域推重比不足,翼面積太小導致翼負荷大/昇力不足,以及最重要的:過於短腿難以與對手纏鬥僵持)......

http://www.dcr.net/~stickmak/JOHT/joht12f-104.htm

You will read in some references that the F-104 is not very maneuverable. Well, down low and going slow, it isn't. However, high and fast - which was how it was designed to operate - it is just about untouchable. The secret is energy maneuvering, repeatedly trading speed for altitude and vice versa. Pilots of other aircraft flying practice dogfights against a Starfighter get left behind when their opponent makes a vertical maneuver they can't match. While they are trying to relocate the tiny plane, it suddenly dives on them from behind. Repeated slashing maneuvers leave opponents riddled, while providing little opportunity for retaliation. (Members of one squadron of F-105 pilots participating in dissimilar aircraft exercises complained that the only reason they came in second was that the F-104s kept going up and down, instead of turning hard like real airplanes do. One F-8 pilot in another dissimilar aircraft exercise chased down what he thought was a lone F-4 - which also used the J-79 engine - only to see an F-104 break off from close formation, going into a vertical climb. He lost that match.)

The plane is no slouch at turning, either, given the lift-enhancing mechanisms built into that small wing (including flaps which are deployable up to 540 knots under all conditions; that's above Mach 1 at high altitude). In some parts of its envelope the F-104 can actually turn inside the F-16. Of course, that statement is hardly fair, since its envelope is larger than the Falcon's. As for combat range, in Vietnam, when the F-105 Thunderchiefs flew low-level, deep penetration bombing missions, the Starfighter was the favored escort. The F-4 Phantoms could not keep up with the Thuds if they carried enough fuel for the mission, and the Thud pilots were not about to slow down. Also, as was true all during the War, when the Starfighters took off, the MiGs landed. The F-104 had a very poor kill record in 'Nam for the simple reason that the MiGs refused to engage it. Because, unlike most US fighters of the time, it was a pure fighter, not burdened with the need to drop bombs, and the Russians knew this. There are certain advantages to specialization...

The F-104 is optimized for supersonic flight. In fact, the inlets don't even start working right until the airspeed gets above Mach 1.4, at which point pilots describe the plane as "going into passing gear." Also, above Mach 1 those tiny wings work very well, indeed. The plane is so supersonically smooth that pilots have reported passing Mach 1 by accident, and not even realizing it until they checked their instruments.


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helldog
路人甲乙丙

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Posted - 03/28/2013 :  16:02:07  會員資料  Click to see helldog's MSN Messenger address Send helldog a Private Message  引言回覆
請問飛行包絡線與SEP有關嗎?只靠飛行包絡線能衡量一架戰機的機動性好壞嗎?

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toga
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Posted - 03/28/2013 :  16:58:42  會員資料 Send toga a Private Message  引言回覆
1. 戰機在各種速度高度下SEP曲線圖算是其飛行包絡線圖的一員,不過不是全部。

2. 完整的飛行包絡線圖可以衡量一架戰機在各種速度與高度下的能量和傳統運動性能指標好壞與優劣勢,比方說速度,加速爬升性能,瞬間與持續轉彎性能,各種速度與高度下的不掉速過載性能,剩餘功率等等;不過某些空戰機敏性能指標就不是從這裡能夠看出的了,比方說機首指向性能,滾轉/俯仰/偏航性能,低速高攻角飛行性能,超機動等等......

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Edited by - toga on 03/28/2013 17:00:12
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toga
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Posted - 03/28/2013 :  17:06:12  會員資料 Send toga a Private Message  引言回覆
2011年一月號AFM月刊,一名皇家海航海獵鷹戰機退休飛官的異種機對抗軍演回憶:

海獵鷹FRS.1 v.s 義大利空軍F-104星式機:

1. 星式機是一種(對自家飛行員而言)很恐怖的戰機:燃油酬載不足的誇張,座艙後方視野糟糕透頂,在正常作戰飛行下的轉彎範圍大如德州。

2. 有經驗的義大利飛行員都曉得,星式機最佳的空戰使用方式便是高速(不低於1.5馬赫)衝刺打帶跑,且絕對不要在空戰中作出超過90度的轉向機動∼星式機的運動性能其爛無比,和對手玩轉彎纏鬥形同自殺。

3. 在典型的海獵鷹戰機間空戰模擬對抗裡,海獵鷹的燃油量可以讓我們在一小時間拼上六至八次空戰交鋒,可是在和義大利空軍星式機的空戰模擬對抗中,通常只能在五分鐘內拼上一招,然後星式機就因油盡而得返航了。

4. 在雙方典型的頭對頭模擬交鋒中,星式機會在中高空從0.9馬赫加速至1.5馬赫撲向在中低空以0.8馬赫左右時速飛行的海獵鷹;由於雷達系統太過原始,義大利空軍極少會試圖使用AIM-7麻雀飛彈鎖定攻擊海獵鷹(對於有經驗的海獵鷹飛官而言,要對這等攻擊進行有效脫鎖與干擾可說是輕而易舉),而多會以AIM-9L/M進行對決。

5. 然而在進行AIM-9L/M對決時,海獵鷹通常是極為有利的一方:相對於熱訊號較不明顯的次音速海獵鷹,在中高空以超音速飛行的星式機根本是如同太陽般火熱∼根據作者個人經驗,其曾幾度在十幾公里外用AIM-9L/M的尋標器對頭鎖定熱情如火的星式機(在正常狀況下,AIM-9L/M尋標器在對頭攻擊時鎖定目標的距離不會超過6至8公里)。



海獵鷹FA.2 v.s 東歐空軍MIG-29支點機:

1. 冷戰結束後,本文作者有機會以新版空優強化型海獵鷹FA.2與東歐空軍進行切磋交流,而其中最重要的交流對象便是冷戰時的華約前線空軍第一假想敵∼MIG-29支點機。

2. MIG-29支點機是一架非常極端又矛盾的戰機,一方面其擁有當時數一數二的空戰推重比與機敏性(在本期AFM的另外一篇專文中,一名保加利亞空軍的老鳥支點戰機飛官聲稱支點機的持續空戰運動性能與能量維持優於其在軍演對抗中所面對過的任何一款戰隼∼無論是F-16 Block 30,40,還是50,只要和支點機陷入持續纏鬥的處境中,幾乎都會率先因能量耗損過度而成為被對手咬死六點鐘方向的一方....),但在另一方面其又短腿似星式,黑煙勝幽靈(幾十公里外便能清楚看見支點襲來)。

3. 在BVR交鋒上,配備號稱當時西歐最佳戰機火控雷達(藍雌狐雷達)的FA.2能在32公里外以AIM-120B對當時尚無主動雷達導引AAM配備的支點機予取予求∼根據作者個人的觀察,當時東歐國家空軍飛行員似乎普遍缺乏如何對抗AIM-120的起碼認知與手段。

4. 然而在WVR對抗時,雙方的優劣勢便會瞬間逆轉∼在空戰構型下僅能進行5G過載機動的FA.2在面對輕裝MIG-29的9G級機動時,處境真的只有無力回天可形容。


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Posted - 03/28/2013 :  22:50:23  會員資料 Send toga a Private Message  引言回覆
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Originally posted by helldog

現代有BVR與軸離瞄時代,能量理論不再重要了嗎?



能量機動基本上是與這兩者相得益彰,相輔相成。

比方說,在上世紀50與60年代盛極一時的飛快爬高打遠戰機設計,在越戰時發現當時的火控雷達,敵我識別,以及飛彈性能都難與之匹配,因此到了70年代Teen世代戰機問世時,戰機設計強調著重於中低空次音速纏鬥性能與能量機動表現,高空高速性能相對遭到忽視,和前一代戰機相比,Teen世代戰機的高空超音速飛行與運動性能也甚至有許多不進反退之處。

然而隨著現代BVR作戰科技成熟,飛快爬高,殺敵於百里之外終於變得真正可行,高空高速領域下的飛行運動性能與能量機動也開始變得有價值,因此像F-22A,EF-2000,PAK-FA,J-20等新一代空優取向戰機,在維持Teen世代戰機以上的中低空次音速纏鬥性能與能量機動表現之餘,也紛紛再度追求起上世紀50與60年代的飛快爬高打遠∼一架以1.5馬赫時速超巡飛行新世代戰機所發射的飛彈,其有效射程可以比以0.8馬赫次音速巡航飛行的傳統戰機發射同樣飛彈時多出50%至100%;而一架能在高空以4至6G過載進行超音速轉彎的新世代戰機,相對於那些在同樣高度與速度下只能以2至3G過載進行超音速轉彎的傳統戰機,可以將敵方來襲AAM與SAM的有效射程縮減25%至50%。

另外新世代AAM的離軸攻擊能力固然可以大幅擴增戰機的攻擊角度範圍,可是離軸角度越大,飛彈的有效射程也會隨之遽減(比方說一枚當代頂級WVRAAM在頭對頭攻擊直撲而來的敵機目標時,有效射程可達30至40公里;可是當其離軸發射並繞到發射母機身後追擊揚長遠去的目標時,有效射程可能只有幾百公尺.....),因此最好還是能靠戰機自身性能與能量佔據理想位置,才能盡可能提升飛彈的有效射程與獵殺率。

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Posted - 03/28/2013 :  23:03:21  會員資料 Send toga a Private Message  引言回覆
以下這篇法國空軍Mirage 2000-5F戰機飛官與英國皇家空軍龍捲風F3空防攔截機視距外空戰模擬對抗經驗心得談很能說明能量機動在現代BVR空戰勝負所扮演的角色地位:

From Air fan n°299 (October 03)

What a french mirage 2000-5F pilot thinks about the RAF tornado F.3:

Against RAF tornado F.3s, we get a positive advantage. Most of them are not yet fitted with an aircraft/missile datalink and they only have limited launch modes. Nevertheless, one part of the F.3s fleet is currently fitted with JTIDS datalink which increase signifcantly its efficiency due to new evolved tactics. We note that tornados rarely climb over 30000ft whereas we regularly fly at 40000ft or more, even with external fuel tanks. It means that their AMRAAMs have to climb to intercept us whereas our Micas only have to descend. It give us a big energy/range advantage and we can engage them without any counter-attack. In dogfight, the F.3 has no chance against a 2000-5F because we can turn more closely and climb more quickly. On the other hand, when the F.3 folds its wing and dive into the ground, we can't follow it so much its acceleration is quick.

(在同樣發射條件下,AIM-120B的有效射程當明顯比MICA為長,但由於龍捲風空防攔截機的中高空能量表現太爛,在標準武裝構型下的飛行升限很難超過三萬英呎,而Mirage 2000-5F卻可以在四萬英呎以上高度壓著龍捲風打∼從四萬英呎高度俯衝而下的MICA v.s 自三萬英呎高度向上爬高的AIM-120B,其結果就是反而讓Mirage 2000-5F享有明顯的BVR先射先閃優勢.....)

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Edited by - toga on 03/28/2013 23:13:17
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toga
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Posted - 03/28/2013 :  23:35:58  會員資料 Send toga a Private Message  引言回覆
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Originally posted by helldog


請問art of the kill 理論是否就是角度戰術跟,能量理論是否相違背?



Art of the kill中文翻譯版:

http://www.docin.com/p-239670663.html

其從第二章起所講述的內容大多與能量機動理論直接或間接相關

一萌二PAK三聯閃,四代歐風五國潘,十全側衛百戰鷹,成千蟲隼萬國繁。
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helldog
路人甲乙丙

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Posted - 03/29/2013 :  00:29:29  會員資料  Click to see helldog's MSN Messenger address Send helldog a Private Message  引言回覆
搞明白零升阻力與誘導阻力的區別,再搞清楚為什麼戰機黑手黨整出來的能量戰機是F16而不是增推版F104,請問這句話是啥意思?

隨著高度提升空氣密度會降低,整機推比會降到1以下,從而造成機體喪失大角度爬升的能力,因此高度的快速取得必須依靠之前的動能,現代戰機比1大不了多少的推比,在中空以上就不夠看了,這也是一些能量機動必要的原因

請問以上這句話正確否?


勇氣與耐力的考驗-
以年輕的生命力換取剎那間的永恆
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