F-CK-1經國號戰機

F-CK-1經國號戰鬥機是我國研製的第一種噴射戰鬥機,也是1980年代台灣國防工業發展最具代表性的成就。

IDF的標準空優籌載:四枚位於翼下的天箭一型短程空對空飛彈,以及兩枚機腹中線的天箭二型中程空對空飛彈。

在2006年10月首度試飛的IDF改良型(翔升計畫)原型機。

  ──By Luke-Skywalker

F-CK-1經國號戰鬥機諸元

製造廠商 中華民國/航發中心(現為漢翔公司)
全長(m) 14.48
翼展(m) 8.53
全高(m)

4.70

空重(kg) 6492
戰鬥重量(kg) 約8500(含50%內載燃油,天劍1型、天劍2型飛彈各2枚,火神機砲彈)
最大起飛重量(kg) 12,530
翼面積(平方公尺) 24.26
最大平飛速度 1.8馬赫(Mach)(1330km/h,海平面)
海平面爬昇率(m/min) 14326
實用昇限(m) 16760
內載油量(kg) 2111kg/1884kg(單/雙座)
作戰半徑(km) 130(緊急攔截),1100(威力偵巡,1040L副油箱*3)
最大航程(km)
滯空時間 空戰巡邏:1.5hr(離基地130km處,1040L副油箱*2)
發動機 TFE-1042-70渦輪扇發動機*2
軍用推力(kgw) 2751*2
後燃推力(kgw) 4295*2
推重比 1.01
瞬間迴轉率  
最小迴轉半徑(m)  
最大操作負荷 +9G/-3G
機體壽限 8000flying hour
最大外載重量(kg) 4000
固定武裝 M61A1口徑20mm機砲,400發砲彈
外載武裝 天劍1型及2空對空飛彈、小牛空對地飛彈、雄風2型反艦飛彈、傳統炸彈、集束炸彈、火箭莢艙

               


 

研發緣起

在美國與中華民國政府斷交後,美國與中華人民共和國政府簽定「八一七公報」,限定我國向美方採購武器的質與量,而當時我國空軍主力戰機F-104G已到達服役壽限,國防部經可行性分析後,決定由當時的航空工業發展中心(AIDC, Aero Industry Development Center)負責研發新一代自製防禦戰機(IDF, Indigenous Defense Fighter)。

代號安翔計畫的研發計畫在1983年正式展開,其下又分為鷹揚計畫(機身及氣動力)、雲漢計畫(發動機設)、天雷計畫(航電)、天劍計畫(空對空飛彈)等4個子計畫。

1986年4月5日,以「SE-5A」代號修改部分設計後正式定名IDF戰機,並進入全程發展階段;1988年12月10日,首架IDF原型機(編號10001,序號77-8001)出廠,由總統李登輝命名正式為經國號戰機,並於次年5月28日進行首次試飛。試飛員為現任漢翔航空工業公司(AIDC,Aerospace Industrial Development Corp.)飛航事業處處長的吳康明先生,當時官拜上校。1989年7月29日,2號原型機(編號10002,序號78-8002)完成試飛。1990年1月10日,3號原型機(編號10003,序號78-8003)完成試飛。1990年5月12日,首架雙座機原型機(編號10004,序號79-8004)出廠完成首次試飛,前參謀總長陳燊齡上將親臨主持。

國防部當時表示,經國號戰機正式名稱為F-CK-1,F代表Fighter(戰機),CK為Ching Kuo(經國)之英文縮寫,1代表該機型,但大眾與部份媒體仍習慣以IDF稱之。

氣動力設計

IDF的第一架原型機──10001號機,此時機首尚未安裝雷達。

IDF的第一架雙座原型機──10004號機。

航發中心研製戰機的過程頗為艱辛,雖美國政府暗中默許洛克希德公司(Lockheed)協助我方人員進行研發,但在設計時卻進行許多戰機的規格限制,使其性能受限;以作戰半徑來說,早期更限定不能超過F-5E的463km(250nm),使得F-CK-1的氣動力構型較F-16「苗條」許多,也因此無法攜帶太多燃油,只能定位成防衛性戰機。

F-CK-1的氣動力設計概念大致與F-16戰機類似,具有升力中心在機身重心之前的「先天不穩定」靈活特性,因此需用飛控電腦輔助方能操控。

氣動力構型採取雙發動機、具翼根前緣延伸板(LERX,Leading Edge Root extension)的翼胴(Wing-body)體梯型中單翼、全動式水平尾翼、大型單片垂直尾翅設計。進氣口部份則與F/A-18相仿,置於機身兩側翼前緣沿伸板下方,為結構簡單、輕重量的皮氏進氣口設計;發動機兩側的尾衍末端,各有一上下開合的減速板(類似F-16)。水平尾翼、垂直尾翼、襟翼、起落架艙蓋等,則採用複合材料,以減輕機身重量。

機身、翼前緣延伸板和機翼內都裝有適型油箱,但由於機身狹小,內載油量只有2111kg(4650lb),雙座機的載油量更少了227kg(500lb),所以續航力大受限制。

F-CK-1的氣動力構型並不強調高空高速飛行,但在中、低空及馬赫0.8至1.5時,則有相當優異的飛行操控性能,這正是一般空戰的飛行高度與速度;也因此,F-CK-1在各項互相衝突的性能需求中,作了最適合我國空軍需求的性能取捨。

動力來源

F-CK-1的動力來源為2具美國蓋瑞特公司(Garrett,註1)與航發中心合作研發的TFE-1042-70(即美軍編號F125-GA-100)渦輪扇發動機,發動機旁通比0.46,壓縮比19,重量617kg,每具可提供2749kg(6060lb)的軍用推力及4291kg(9460lb)的後燃推力,使F-CK-1的戰鬥推重比約達1.0,發動機本身的推重比則為6.96。無後燃器型的F124-GA-200在1998年曾外銷77具到捷克,供L-159高級教練機使用;2005年外銷4具至義大利,供M-346高級教練機的原型機使用。

註1:蓋瑞特公司的航空發動機部門後為漢威公司(Honeywell)所併購。

整具發動機的運作是由全權數位發動機控制系統(FADEC, Full Authority Digital Engine Control)控制,可增進發動機反應速度及燃料使用效率。另外機上裝有1套緊急動力系統(IPS, Integrated Power System),在發動機熄火後會自行重新啟動。

發動機對戰機性能影響頗大,早期美方更限定單具後燃推力為3788kg(8350lb),所以「F-CK-1推力不足」的傳言一直揮之不去。我國不斷向美方爭取提昇發動機的推力,目前至少已達到4291kg(9460lb)以上,且TFE-1042-70B型發動機還有很大的改良空間,將推力提昇至4536kg(10000lb)以上只是時間早晚而已。而F-CK-1原型機在首飛時,其爬昇及空中加速性能即讓伴飛的F-5E及F-104望塵莫及,更遑論量產型機。

有此傳言,當年美方為限制F-CK-1的對地攻擊能力,故在飛機上加裝推力控制器,當起落架處於放出狀態(如停於地面),推力就被限制在某一等級,如此最大起飛重量便無法增加,這意味著F-CK-1無法攜帶太多沈重的對地攻擊武器。

當飛機起飛離地、起落架收回後,限制便會解除而回到全推力狀態,如此空戰性能便不受影響;這個不合理的限制,一直到1997年4月首批F-16A/B Block20返國服役後才解除。

飛控及航電系統

F-CK-1採用1套三重多工數位線傳飛控系統(FBW, Flying By Wire)、抬頭顯示器(HUD)、抬頭顯示儀(HUD, Head-Up Display)、手置節流閥及操縱桿(HOTAS, Hands On Throttle and Stick)、2具多功能顯示器(CRT)等,可使飛行員在執行任務時不必低頭看儀表,雙手不必離開油門及操縱桿便可發射武器及控制作戰所需系統,並提供飛行員完整的作戰資訊作參考之用,航電設計概念相當先進;而漢威公司的H-423雷射慣性導航系統,則提供精確導航及快速起飛能力。

空用雷達是以原F-20使用的AN/APG-67(V)加上部份F-16C使用之AN/APG-66A雷達模組,整合發展而成的金龍53(GD-53)脈衝都卜勒(Pulse Doppler)多功能雷達,金龍53採模組化設計,具俯視及仰視功能,最大搜索距離約可達150km,並擁有多種對空及對地攻擊模式,可導控天劍、響尾蛇(Sidewinder)空對空飛彈對敵機進行攻擊。

機上裝備利頓公司(Litton)的ALR-85(V)1威脅警告系統、崔可公司(Traco)ALE-47智慧型干擾絲/熱焰彈投射器,可大幅提高F-CK-1的戰場生存性。機上其他航電系統包含超高頻/特高頻(UHF/VHF)無線電通訊系統、戰術導航儀(TACAN, Tactical Air Navigation)、敵我識別器(IFF, Identification Friend or Foe)、儀器進場降落系統(ILS, Instrument Landing System)等。

ALR-85(V)1是1套先進的威脅警告系統,但僅具被動接收而沒有主動干擾的功能,不似法製幻象(Mirage)2000-5戰機集完整的威脅警告與主動干擾於一身,而F-16 Block20則可掛載ALQ-184(V)7電戰莢艙,主/被動電戰能力也算完整;但以F-CK-1較小的機身掛上電戰莢艙,飛行性能會受影響,較可行的做法是在機背上加裝適形電子艙,使對飛行性能的影響減少到最低,卻可獲得強大的主/被動電子戰力。

武器裝備

固定武裝為1門裝在機身左側的M61A1型20mm機砲,並可在翼尖及外側翼下掛架掛載4枚響尾蛇或天劍一型(TK-1)短程空對空飛彈;機腹中線則可掛載2枚天劍二型(TK-2)中程空對空飛彈。機身及翼下共有9處掛架(Pylon,又稱派龍),外掛重量約3750kg,目前中科院及漢翔公司人員正在建立F-CK-1射控系統的對地攻擊能力。

中山科學研究院(CSIST)已初步完成F-CK-1與國造空射雄風二型(HF-2)反艦飛彈的整合工作,但空軍對空射雄二沒什麼興趣,大量搭配空射雄二服役的可能性不高。至於對地攻擊能量的建立方面,根據空軍在1995年所做過的演練,由於F-CK-1對地炸射時具有良好的精準度,現已有部份戰機完成對地、對海炸射任務的戰備工作。

量產與服役

原本的安翔計畫所規劃產量為250架,第2批120架並準備換用後燃推力達12000lb(5443kg)的TFE-1088發動機,但後來因法國、美國相繼於1992年宣佈出售幻象2000-5及F-16A/B,使得產量大幅縮水,僅生產130架,而隨著取消量產第2批F-CK-1,TFE-1088發動機研發計畫隨著取消。

1993年11月22日,10架先導量產型F-CK-1正式交機給空軍清泉崗基地的種子教官中隊(427聯隊第7中隊)使用,代號合歡山計畫的換裝作業正式展開,同時服役30餘年的F-104G也正式除役。

由於1990年代初期空軍戰備壓力沉重,亟需新一代戰機填補F-104G遺留的戰力空隙,因此造成F-CK-1尚未完成研發驗證即開始生產部署,航發中心只好採一邊趕工製造,一邊改良的方式進行量產,但F-CK-1剛交給空軍使用時,空軍即發現許多製造上的瑕疵,如機身蒙皮脫落等,而當時各零組件也尚未標準化,譬如機砲口就出現4種型式,不同飛機間的零組件也無法共用,造成後勤維修困難、妥善率不佳,因此早年空軍飛行員對F-CK-1的怨言頗多。

1994年12月28日第1個F-CK-1戰機中隊(8中隊)正式成軍,28中隊則於1995年11月22日成軍;1997年4月15日,第1個F-CK-1戰機聯隊正式舉行成軍典禮,清泉崗基地427聯隊全數換裝完畢。

隨著操作時數增加,空軍不斷發現問題,航發中心不斷解決問題,現今的F-CK-1(Availability,註2)已趨於穩定並達到成熟階段;空軍曾密集「操」過返廠改良後的F-CK-1戰機,已達到令空軍的空地勤人員滿意的成績。

註2:此為計畫性維修系統(PMS, Planned Maintenance System)的系統效率指標,通常做為艦隊、飛行中隊或裝甲車部隊的統計數據,由妥善率可看出1個艦隊、飛行中隊或裝甲車部隊的維修狀況。

而第2個裝備F-CK-1戰機的單位為台南基地443聯隊,1998年2月19日,台南基地的第1中隊成軍;1999年1月7日,台南基地的第2中隊成軍;1999年7月7日,隸屬台南基地的第3中隊成軍。

F-CK-1最後1架量產型戰機(編號1503,序號88-8135)於2000年1月14日完成組裝工作,在2000年1月15日全數交機完畢,總產量為131架量產型機與4架原型機。

歷經飛彈危機

在1995年及1996年中國解放軍對台灣發起的2次飛彈危機中,F-CK-1更是成為台海防主力,分擔F-5E/F繁重的部份戰備任務,當時甚至傳出「IDF鎖定Su-27」的報導,在媒體及網路上引起廣泛討論;雖當時軍方否定此報導,但由1999年特殊國與國論引發的台海緊張情勢,在中國解放軍戰機頻頻試探海峽中線時,國防部要求我方飛行員「自制」的言論來看,此報導內容並非空穴來風。

1999年,李登輝總統的「特殊國與國論」引起中國官方極度不滿,再度造成緊張情勢,空軍立刻抽調1個F-CK-1中隊(第28中隊)駐防澎湖,在每天繁重的戰備任務下,平均每天起降10批次(通常1批次為2架戰機),並保持90%以上的裝備妥善率,因此贏得空軍高層的肯定。

後續改良

增加續航力一直是當時航發中心人員努力的方向,在飛機體型無法改變的情況下,為了讓F-CK-1能攜帶更多燃油,頗費苦心,除機身採用內置適形油箱(CFT, Conformal Fuel Tank)外,還不斷進行「減重」,儘量空出攜帶燃油的空間,這也使F-CK-1的機身內部配置較一般戰機密實許多。

IDF翔升改良計畫的原型機,注意機背上的適形油箱。


除體減重外,類似美國F-15E戰機進氣道兩旁的外置適形油箱,或以色列在F-16機背上加裝適形電子艙、油箱等,都是增加航程可行的方法,如發展F-CK-1使用的外置適形油箱,即可將副油箱的掛點改成武器掛架,如此火力及航程都能大增,但在發動機推力沒有增加的前提下,運動性能難免受到影響,因此任務性質必須改變,轉為對地、對海密接支援,或是搭配天劍二A反輻射飛彈,成為專職的野鼬機。而這些部份的改良構想,後來成為翔昇計畫並予以實現,關於翔昇計畫則另文敘述。

空軍在1996年跟美國費爾查德防衛公司(Fairchild Defense)簽約,在飛機上加裝任務支援系統(MSE)及資料傳輸裝備(DTE),使之擁有數位化地圖顯示能力,並可降低飛行員的任務負擔。

自1998年起,後期生產的F-CK-1開始配備APX-113(V)先進敵我識別系統(AIFF),其外觀特色是機首位於座艙罩前面部位的4片垂直小天線,與我國空軍F-16A/B Block20相同配備;而先前出廠的戰機也都會趁返廠大修時加裝APX-113(V)。

最大識別範圍達185km的APX-113(V)對於發揮天劍二型飛彈的長射程,具相當重要的地位。原先裝備的APX-101只能被動回答戰管發出的IFF詢問訊號,本身無法主動發出IFF詢問訊號去判別敵我,因此需從戰管獲得敵我識別資訊。

配備具備詢問及答詢功能的APX-113(V)敵我識別系統後,F-CK-1可不靠戰管而獨自發出IFF詢問訊號,在視距外快速完成敵我識別作業;如被詢問者為配備相同系統的友機,還可獲得該機的位置及機號等相關資訊,如為敵機,甚至可利用APX-113(V)提供目標方位資訊,在不開啟雷達的狀況下,直接發射飛彈。

F-CK-1戰機服役至今意外事故與失事記錄

1989年10月29日 1號原型機 10001/77-8001 台中清泉崗 起飛時鼻輪折斷,滑出跑道,試飛員平安
1991年07月12日 2號原型機 10002/78-8002 台中外海 試飛時水平尾翼因穿音速震波而損壞導致失事,試飛員殉職
1994年08月31日 F-CK-1A 1417/83-8031 台中清泉崗 降落時鼻輪無法放下,以機腹迫降,飛行員平安
1995年07月04日 F-CK-1A 1408/83-8018 台中外海 發動機熄火,失事墜海,飛行員平安
1999年09月09日 F-CK-1A 1415/83-8028 澎湖馬公 降落因跑道濕滑,右主輪起落架輪胎煞爆,飛行員平安
2003年04月29日 F-CK-1B 1617/84-8059 南投山區 飛行員未按技令操作而墜毀,飛行員平安
2003年09月27日 F-CK-1B 1625/87-8104 澎湖花嶼 疑似機械故障墜海,飛行員平安
2008年10月20日 F-CK-1B 1615/84-8055 澎湖花嶼 實施「實彈投擲」課目時失速撞擊海面,2名機組員殉職