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Military版 - 经典好文---战斗机背后的国力差别
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中国首次公开2009年已拥有与F-22水平相当的机载有源相控阵雷达空警500突然服役震撼了整个欧美世界
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和歼11类似的,62年引进米格21F13,改了半天歼七,到1982年还得仿制米格21MF美 将升级所有20架B-2
最近几年随着我军海军和空军装备技术的飞速发展美国空军为近400架F-15加装有源相控阵雷达
枭龙航电技术超过幻影2000和苏30346有源相控阵雷达全揭秘
中俄阅兵,J11东风5与苏35亚尔斯差距看超俄论F15C的有源相控阵雷达
解放军四代机和航母项目并不顺利 zt中国AESA雷达先进技术将J-20推向世界顶级宝座
韩媒:俄军被迫大量采购中国武器或不可避免中国AESA雷达技术将J20推向世界顶级宝座
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话题: 雷达话题: 技术话题: 工程话题: 系统话题: 航电
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经典好文---战斗机背后的国力差别
作者: 太极甲天下 发布日期: 2011-12-24 查看数: 3276 出自: http://www.fyjs.cn [复制链接]
兵器知识:战斗机背后的国力差别
作客专家\张洋
记:日本在研制F-2战斗机时,外界对其相控阵雷达的技术渲染得很厉害,认为它用
砷化镓制造的T/R模块成本很低,美国也是学它的技术等等。事实怎样? ,
张洋:在技术层面上,美国是日本不能比的。日本F-2的J/APG-1雷达有75
0个T/R模块,天线孔径为椭圆形,短轴长600多毫米,长轴长700 多毫米,
孔径比F-16的机扫雷达大些。据报道,它每个T/R模块功率为3瓦。而美国早在
1964年就开始了"微电子用于雷达"计划,通过这个计划试验了 有604个T/
R模块的I波段机载有源相控阵天线,验证了可行性。1970-1973年又进行了
"可靠的机载固态雷达计划",制造出有1048个T/R模 块的机载有源相控阵天
线,并解决了散热问题,验证了可靠性。因为T/R模块是要发热的,它们紧密地靠在
一起,散热是一个关键设计。这个时期美国的技术就已 超过J/APG-1的水平。
美国第三阶段是从1983年开始,1987年结束,验证了机载有源相控阵的工作效
率和经济性,并研制出有2000个T/R模块 的有源阵列,且首次采用了砷化镓器
件。所以说日本的J/APG-1雷达在世界上首次使用砷化镓器件、并被美国所吸收
引进的说法是站不住脚的。
F-22上的APG-77雷达装有2000个T/R模块,而且天线孔径比J/AP
G-1大很多,每个T/R模块功率10瓦,重量才14.88克,所以在探 测距离
上,APG-77比J/APG-1优势明显,因为雷达的探测距离很大程度上是由它
的有效功率和孔径大小决定的。而且这些还是比较早的数据,最近 APG-77的改
型APG-77(V)1已完成了试飞鉴定。
F-2的J/APG-1雷达在2000年时单价400万美元。而APG-77雷达
的单价现在约为400多万美元,也有说300多万的,和其它国家机载相控阵雷达相
比,应该说不贵,就是俄罗斯"甲虫"机扫雷达,出口要价也要3000万元人民币。
记:有源相控阵雷达的成本中,哪几部分是主要的?
张:一台雷达除了天线,还包括数据处理机、信号处理机等。F-22的信号处理和数
据处理已综合到全机的一个综合处理机中去了,这个综合处理机处理许多传感器和功能
系统的信息,不止是雷达的。不过天线始终是雷达一个主要的成本构成,对相控阵雷达
来说尤其是这样。
前面说过,美国的机载有源相控阵在90年代初就已达到很低成本。后来一系列雷达的
研制,包括F-18E/F的APG-79、F-16E/F的 APG-80、F-
35的APG-81,尤其是诺.格公司通过APG-77/80,雷神公司通过AP
G-79都验证了新一代低成本模块,所以美国若再搞一 个有2000个T/R模块
的雷达,成本只能更低,且性能是日本不能比的。
记:美国对日本F-2的先进技术有何评价?
张:日本在研制F-2时,按照美日双方的协议向美国提供了4万份技术文档,内容主
要是讲美国技术在这个飞机上怎么使用,所以美国对F-2的水平非常清楚。另外在1
991-1996年,美国国防部、商务部和十几家企业对F-2进行了12次专项考
察,做出了一些评价。
(1)机载有源相控阵火控雷达:美方采购了5个T/R模块,送空军莱特实验室评价
。美国国防部一些官员的看法是:F-22的APG-77在技术上比 J/APG-
1先进一代;这个雷达的水平并没预期的那么先进,而且其模块封装方式的成本相对于
美国当时的做法来说就太高。(2)惯性参考/导航系统:与当 时F-16所采用的
相比没任何显著的技术进步,而且未综合GPS系统,在能力上不会超过F-16。(
3)任务计算机:能力与当时F-16的任务计算机类 似。(4)吸波材料:未及美
国水准。(5)共固化整体复合材料机翼制造技术:用这项技术造机翼成本极高,但F
-2的美方合作者洛.马公司表示,这项加工技 术用于F-35的复合材料机舱壁板
制造,对降低成本有帮助。总之,F-2的综合作战能力没能超越F-16后期批次。
所以对F-2的技术水平和作战能力不宜高估。但这是和美国比,日本很多技术还是特
别值得重视的。
记:日本雄厚的电子工业水平是否有助于其火控雷达的研制?另外像台湾、韩国的电子
工业都很强,为什么它们在雷达上无优势?
张:雷达和军用电子系统上的很多东西是民用电子中用不上的,如可编程行波管发射机
、一些信号处理算法等。这里面有一些如单片微波集成电路是靠电子工业的 基础,但
你这个功能模块为什么要那样做、怎么做,这是要有战斗机火控雷达的技术基础、工程
实践和经验才能做好的,这与一国的电子工业没什么直接关系。也就 是说,你先要会
做这个了,然后才能谈本国工业基础给你做好、用好这个东西可能带来的好处。
比如J/APG-1雷达,它确实体现了日本先进的电 子器件技术,强大的电子工业
基础,不过实际效能就未必很高,因为以前它没有实际做过机载火控雷达。当然,这样
的评价主要是相对于美国、欧洲、俄罗斯等强国 来说的。必须重视的事实是,J/A
PG-1是一台已投入实际使用的机载有源相控阵火控雷达。
韩国和台湾虽然也有较发达的电子产业,但它们更没有这些技术和经验,所以做不出好
的机载雷达
记:日本的武器对很多新技术的采用效果不理想,是什么原因?
张:很难讲。从客观表现上来说,日本比较习惯于为技术而技术,而不是站在一个严谨
的需求分析和系统设计上。比如说复合材料机翼。一般说,复合材料机翼可 通过运用
气动弹性剪裁设计,如不同的铺层,用一层层纤维的不同走向来优化机翼力学性能,提
高机翼颤振速度。我国就曾通过局部采用复合材料提高了歼8B在某 些外挂条件下的
颤振速度。但日本为F-2采用共固化的整体复合材料机翼,不但没达到这种效果,反
而不如普通机翼。它在挂空舰导弹时为防止颤振,最大飞行速 度和飞行包线都将受到
限制。又比如H-2火箭,用的技术都很先进,但就是毫无商业竞争力,因为它发射1
次的费用够"长征"2号发射8次了。
所 以说做工程应该根据要实现的目标来选择首选和备选技术,同时要看到我做的东西
最后整体上要满足什么要求,不要因为有了某个技术我就一定要用。日本的 AAM-
5新型近距弹可能也是个例子。它的布局跟德国的IRIS-T差不多,但弹体更细长
,这样做很可能是为了在保持近界性能的同时打远点,也就是打算结 合IRIS-T
和英国AS-RAAM的特点。但德国和英国的这两个弹,为什么要采用各自的设计思
想,都是经过严格论证的。比如德国的BGT公司在做了论证 和仿真后认为,近距弹
增大远界只会与中距弹的攻击区近界重叠,并不能使战斗机在从超视距空战到格斗的过
程中,提高对敌方目标的杀伤率,但是进一步提高近界 性能就可以。IRIS-T就
是在这样的思想下研制出来的。所以,AAM-5这种兼顾的做法,到底能在多大程度
上接近IRIS-T和ASRAAM,并不好下 结论,这样做的效费比,甚至在实际
空战中的有效性都还不好说。
记:那么一个国家电子工业的水平在哪个层面上能对研制雷达有帮助?
张:应该明确,一个雷达从研制到服役要经过三个层次。一是技术,二是工程,三是产
业。电子工业水平通常只对第三层次起作用。比如美国从F-35起,飞机设 计中开
始系统地采用COTS即商用现货,用市场上现成的器件、部件甚至功能模块来开发自
己的雷达。我国出口巴基斯坦的"枭龙",其机电系统也采用了民用产 品。在这时,
一个战斗机的研制在很大程度上就会受到你这个国家产业的影响。如果你的单片微波集
成电路产业很薄弱,又想做批量生产的机载相控阵火控雷达,就 只有两条路。第一条
路就是自己把这些都开发出来,但这需要技术和工程上的突破,需要建立产业链,需要
大量的投资和时间。第二条路,就是你从器件到功能模块 都大量靠进口,但这可能要
受人家出口管制,即使人家卖你可能也非常贵。走第二条路还有一个问题就是,如果你
进口器件和部件,由你自己把它生产成模块的话, 还是会由于没有成熟的产业,而面
临生产成本高和废品率高等种种问题。而且这样做,以后要自己搞升级改进也比较被动。
美国至今已为机载有源相控 阵雷达开发出8代T/R模块,后面几代都大量采用民用
技术。美国新一代导弹的导引头、F-35的综合航电系统处理机,从电路板到总线标
准很多都是民用标准 转化过来的。你这个国家要没这方面的产业基础,器件要进口,
协议标准要照搬人家的,那搞出来的就很贵。而且这样的东西用于军用还好,用于民用
的话现在还面 临专利费风险。大家都知道中国是电视大国,不是电视强国,因为没自
主创新的技术标准。如果你卖一台电视,人家向你收一台的高清显像管技术专利费怎办
?这方 面也有好的例子,海尔产品在美国市场卖得不错,从电视新闻中还可以看到美
国大兵在伊拉克运送海尔冰箱。海尔在美国要雇当地工人,人力成本很高,但它在很多
项目上有自己的知识产权,一样有竞争力,而且谁会去找它打官司?
另一个典型例子是GPS。美国GPS接收机很便宜,民用的才5美元一个,换在 国
内,你看市场上有低于300元的么?因为这在美国有非常大的民、军用市场,而且知
识产权也是它的。美国JDAM制导炸弹装了GPS,每颗炸弹价格不超过 1500
0美元,至少有24000枚的订货。换成别的国家,GPS星座不是自己的,国内没
产业规模,那你要为弹药装GPS就很贵,且精度不能保证。这样你 为保证弹药的精
度,就还得在弹上加一套高端的惯导,但高端的惯导很不容易做,成本非常贵。这样就
能明白美国的机载有源相控阵可以比其它国家的T/R模块多 很多,价格却低得多。
你的国家再搞重型五代机,有可能出厂单价比F-22低不了多少。另外,美国的飞机
、任务系统及功能部件的可靠性比较高,可靠性设计水 平也高,所以整个寿命周期费
用会更低。
记:"枭龙"不是用了民用产品么?这是否是一个良性开端?
张:"枭龙"采用了民用的机电产品,但它目前??示与控制、显示控制处理机和总线等
等,都是用的国内现成的军研成果,这个可以叫它"官方现货",因为这些东西大都是
国家投资研究出来的,经过改进用到了"枭龙"上
记:机电和航电有什么区别?
张:机电主要是指机械和电气方面的,通常是用来维持飞行,包括第二动力装置,液压
系统,作动装置,环境控制等等。航电一般是指飞机的任务电子设备,例如传感器系统
、通信/导航/识别、电子战、座舱显示与控制、任务计算机等等。
不过"枭龙"的航电也用了一些商业的东西,例如采用摩托罗拉的PPC处理器,作战
飞行软件采用C/C++编写等,规模也超过百万行代码了。总的来说,国 内在这些
方面缺乏强大的产业基础支撑,这样许多先进的标准,包括硬件的和软件的,都没法用
上来,而且成本和保障性方面的效果也不明显。
美国的 国防工业巨头都是比较多元化的,只是下面的部门分工比较专业化。比如说洛
.马公司,这么一个防务巨头,它可以做航电总体,但它也能生产空中交通管制雷达。
诺.格公司是搞电子对抗的,但它也生产很多民用电子产品。当你的武器想大量采用
民品,或者需要产业支撑来提高可靠性和降低成本时,你就能清楚与美国的差距 了。
所以现在和今后一段时间内,国内的高技术武器便宜不了。人力成本在武器的发展中已
非主要成本,现在很多舆论认为美国打不起仗,那实际上其它国家更打不 起仗。
记:从上述三个层次看,俄罗斯有技术和工程实践经验,产业基础薄弱,日本正相反,
两种畸形相比,谁更有希望些?
张:从军事 角度看,我认为最重要的还是技术积累和工程实践经验。先得做出来才谈
得上规模生产和降低成本。F-35的航电固然得益于美国的电子产业,但它的先进设
计概 念也是降低成本的关键。F-35的航电系统结构是基于美国空军研究实验室两
个计划:"宝石台"和"综合传感器计划"。前者是在F-22的基础上提出一个更
综合、更先进的航空电子系统构架,后者是将原来飞机上60多个天线合并成十几个天
线,这样飞机的重量成本都会大大降低。这种技术基础和工程实践能力,日本 差距还
比较大。
记:俄相控阵的水平与日本相比?
张:俄罗斯在火控雷达上的设计水平是日本无法比的,就是很大很重,成本高,可靠性
也有问题,这是产业支撑的不足。以苏联走的路不太一样,它认为锗比硅好用。再一
个它认为电子管抗核爆电磁脉冲的能力比半导体器件强,功率又容易做大,所以 它选
了一条电子管小型化的道路。但美国和西方都选择了以半导体为基础的超大规模集成电
路道路。西方可以把器件做得小巧,用功率合成的方式达到大功率,一般 只在很需要
大功率的情况下才用微波管。实际上对于抗电磁脉冲,集成电路可用别的方式加固,另
外若真发生核战争,电子管也很难抗得住电磁脉冲。这不是电子干 扰,它是形成像闪
电一样的能量脉冲,直接烧毁你的电子线路。以前电磁脉冲杀伤用核爆方式实现,现在
有专门的电磁脉冲弹,不大,但一引爆,可能10千米半径 范围内的电子设备全都完
了。
所以,苏联的电子工业不如日本,但它在机扫平板缝隙阵及无源相控阵的经验上都是后
者无法攀比的。目前俄有源相控阵 雷达已开始试飞,有1500个T/R模块,天线
孔径比日本大很多。这个T/R模块俄罗斯已实现国产化。而日本第一次搞机载火控雷
达就搞出一个有源阵,使用 中出现什么问题,怎么解决,怎么和其它系统综合等都还
缺乏经验。我们的各种机扫脉冲多普勒雷达现在为什么改进改型这么快,因为前些年我
们把技术问题基本都 突破了,这样你就能用新的硬软件技术不断去尝试,越做胆子越
大。没做过这些,你就不知道是怎么回事。
记:目前,美国战斗机的软件化程度越来越高,而它的软件业薪酬又很高,它是如何应
对这项成本之重的?
张:谈这一点必须了解现代战斗机的软件规模有多大,以及控制成本在当前的环境下受
重视的程度。美国防部原来用Ada语言,F-22的飞行软件关键功能就 用它编的
,但F-35在设计时就把费用作为独立变量。以前设计飞机时都把设计定下来后再去
计算成本,现在设计时直接考虑费用,如不达标马上改设计。 F-35当时就考虑找
商业上的编程公司去做,因此它的软件主要是用C++编的,这除了保证经济性外,同
时也是开放式思想,对今后升级很有好处。F-22的 地面测试加上机载软件总共有
500万-600万行源代码,而F-35达到了1900万行。这样大的软件规模必
须是F-35在设计时考虑的中心。在第五代战 斗机上,航电系统的成本已占到全机
60%-80%,而软件系统就是航电系统的关键组成。有人统计过,F-35要完成
的功能有80%以上都通过软件来完成。 这样大的软件规模,要想在成本合理的范围
内完成开发和保证质量,就只能用C++这样有广泛商业应用的语言来编程。这就是一
个产业支撑问题,而和硬件一样, 美国有大量的商用软件开发公司。
记:F-35的软件规模为何这么大?
张:一是它比F-22年代晚,技术先进,二是它主要用于对地 攻击。F-22没装
光电系统,而F-35装的是360°环视光电系统,并要通过软件功能把多个光电传
感器结合成一个无缝的环视图,这就需要大量软件处理。 F-35的雷达一开始就有
很强的对地功能,如合成孔径对地成像,而F-22到现在还没有。F-22以后也要
改进,软件规模也会增加。第三,F-35的航电 综合程度比F-22高,更多的功
能要靠软件完成,包括传感器的管理和控制、传感器数据的融合。第四,F-35是世
界第一个一开始就考虑与外界数据交换和网 络中心战的战斗机。比如,研制时英国就
对F-35提出了94个信息交换需求,其中50个被列为关键性的。这些都是导致F
-35软件规模扩大的原因。第 五,F-35在后勤保障方面也是革命性的。比如F
-22没采用机载健康监测系统。它的自检模块能监测很多如发动机、液压、航电系统
等的故障,但是它不能监 测如机翼结构疲劳情况和计算剩余寿命等。世界上第一种采
用这种监测系统的战斗机是"台风",F-35也装了这种系统,但远比"台风"完善
。F-35用的是 革命性概念,比如它在战斗飞行中就能检测并预测故障,然后把数
据传给地面。地面在它落地之前就已经把该更换的部件和地勤人员都准备好了,这样F
-35一落 地就可更换,再出动率很高。这样对机载软件就提出了更多的要求。
F-35的许多技术要远高于F-22,但并不能说它的作战能力就超过后者。作 战
能力更多的是看需求和平台设计。任务软件只是达到更多的功能如对地攻击等,但完成
某一种任务的效能还要看平台的其它技术。如F-35的雷达和隐身技术与 F-22
比就是低成本的。F-22的超音速巡航、大载弹量、大航程也是F-35不能比的。
F-35在航电系统怎么去实现综合与融合、怎么去实现信号处理和 数据处理、怎么
实现作战与控制等方面可能比F-22先进很多,但这是"怎么实现"的问题而不是"
要实现什么功能"。要实现怎样的功能是由设计要求决定的。 比如说要迎头发现苏-
27这样的目标,F-22的雷达要求能达到360千米,而对F-35的雷达,设计
时就有可能只要求达到200千米。所以F-35的雷 达可以采用比F-22更先进
的技术,但探测距离却要更近。这是思想和需求的问题,简单比较谁更先进没意义。
记:通常,数学应用水平在火控软件上起重要作用。那么原东欧国家如波兰、罗马尼亚
等数学水准都很高,但它们的火控雷达软件水准高么?
张:数学只是一个理论化的工具。火控雷达要采用什么样的数学模型,要怎样处理信号
和数据,还要大量工程实践。如雷达的海上杂波和陆地杂波都是怎么样的,怎么对抗干
扰,怎么分选目标等都要大量实验。解决方案也靠大量实验,这样才能总结出实际上好
用的算法。
记:您谈到很多技术和工程之间的关系,那么它们如何区分?
张:技术是相对理论化的,包括概念、原理、理论、效应等。但我怎么把这个技术用到
一个型号中并达成我的目标,这是工程。也可以把工程看成技术开发的最高级阶段,美
国和英国的技术成熟度评价标;隹就包括了这整个过程。
光有技术还不行。搞成一种装备需要解决许多工程问题。不同战斗机可能技术相似,但
不能简单定义为互相模仿抄袭,根本原因就是工程。工程需要结合技术和实 际需求,
也就是说,要看我最后要的是什么东西是什么性能,然后再看我该用什么技术,怎么去
实现。所以你要说"红旗"-2是仿制"萨姆"-2还可以,但你不 能简单地看到两
个外形有点相似的武器装备,就是谁抄谁的,这往往是说不通的,因为需求和工程实际
的差别有可能都很大,怎么抄?
拿F-22和苏 -37来讲,两者都有推力矢量,但F-22的推力矢量是和全机一
体化设计的,隐身、超音速巡航、超机动性、敏捷性全都有考虑,苏-37是后来加的
,至多考 虑到超机动和敏捷性,这在工程上就会很不一样。苏-37的推力矢量如果
与气动性能有了冲突,该怎么解决?控制与飞行载荷怎么分配?这不是二元矩形还是轴
对 称喷管的技术问题,这是工程问题。如果以后其它国家搞了轴对称推力矢量,可能
有人要用苏-37的类比,但如果我在新机设计时就考虑了隐身、气动的影响,和 苏
-37又怎么能一样?技术上很多东西可以从公开的论文中看到,而工程的东西不容易
看出来。就算两个都是五代机,都用二元喷管,但实际的控制律可能完全不 同。比如
我这个考虑在60°迎角的时候推力矢量往下转一个角度,把机头压住,然后再依靠平
尾低头或滚转;而另外一个在这时根本不用推力矢量,就用平尾加上 其它操纵面综合
控制,推力矢量仍然用来提高俯仰敏捷性,这在工程上就是不同的东西。怎么把技术表
现出来,怎么用,这都是工程上的事。再如,综合式航电系统 是一门技术,但你把美
、俄、法、中等国的综合航电系统构架图拿来,它们的思路和解决方案都不一样,就是
第三代战斗机的联合式航电,P/A-18和F-16 的构架区别也是很大的
记:系统和工程之间怎么区分?
张:对于单一的飞机来说,系统也是工程的一部分。只是说??在一个功能模块, 一个
子系统的角度,去考虑工程实现时,就需要考虑它们内部组成之间的相互关系,这就是
系统。比如雷达的波束扫描怎么实现,这是工程,但不叫系统。什么是系 统?我有源
相控阵雷达的技术水平比别人差点,但我可搞个好的电子战系统,用无源雷达和雷达告
警接收机甚至有源对消来和别人对抗,我两个东西结合起来就可能 比你强,这就是从
系统的角度来谈工程。
记:您以前提过"有所为有所不为"已行不通了,是否针对这方面来讲的?
张:是的。因为现在 讲装备体系,讲网络中心战。你要是看到美国搞了一个什么体系
,但只从中挑你认为有用的,而看到哪部分太贵太难搞了不想用,这是不行的。你知道
缺了这部分会 有什么影响?所以以后,你如果还主要靠跟踪跟进,要有所为有所不为
也可以,但你必须首先构建自己的体系和网络,要明白这个系统是怎么整体运作的。以
前工程 层面的内容被包在飞机里面,不易看到,只能看到是用了什么技术。但实现网
络中心战后,以前深藏的工程上的东西浮到表面上来了。这个体系搭建的思路是什么
样,怎么协同和指挥控制,2架和4架编队作战运用有什么不同,这都是系统工程解决
思路的表现。
记:最后谈点题外话。对于"阵风"和"台风"的水准比较,很多人认为"台风"远远
胜出,您如何看?
张:在空战上,"台风"的平台更好,超音速飞行能力和超音速机动性更好。但航电技
术上,"阵风"在欧洲首屈一指。
记:我怎么感觉正相反,"阵风"的气动外形给人的直觉就非常自然,动感很足,"台
风"的外形始终感觉不顺。
张:达索总裁的那句话也许没错,但至少不能倒过来说,外形不好的气动就一定不好。
而且"阵风"推重比处劣势。
记:似乎法国人不愿在动力上追求极限,这在汽车工业也有体现。法国的雷诺、标致、
雪铁龙至今没有量产3.0以上的汽油机,和动辄V10、V12的奔驰宝 马大众相
比,法国的发动机始终是弱项,它似乎总愿意靠底盘和操控上的优势以小博大,来和后
者竞争。另外法国在人机工程上想法总很独到。
张:是 这样。"阵风"的显示器布局就很独到。F-22是一平六下,其实这么多显
示器未必好。F-35是两大下,比F-22的信息显示要集中很多,但它的平显等于
做到头盔里了,当飞行员转头、视线离开正前方时仍能看到即时信息,这是世界一绝
。"台风"和"阵风"的都是一平三下,前者没什么特色,"阵风"的则是中间 的下
显是准直的,就是聚焦到无穷远,因此在来回观察平显和下显时,眼睛不易疲劳,飞行
员对这点评价很高。这是除F-35外的世界另一绝。另外,"阵风"的 综合电子战
系统也很好。
至少2008年左右在AESA的设计方面 美>俄>>日本
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