以上这些被约翰.伯伊德等人以理论形式描述出来，就是“能量机动性”。其中有一个关键性参数，即单位重量剩余功率（SEP）。其计算公式为：（飞机推力-阻力）X 速度/飞机重量，其绝对值恰好等于相应高度的飞机爬升率。从飞机的飞行力学关系可知，飞机加速性能和爬升性能都直接与 SEP 成正比。飞机的其他性能参数如稳定盘旋性能、升限等也都与 SEP 有关。只有瞬时盘旋性能只与最大可用升力系数及翼载荷有关，与 SEP 无关。了解了这些，我们不难明白 F-15 低翼载、高推重比的由来，以及这种设计所产生的作用。
对于静稳定飞机，此时飞机升力作用于飞机重心之后，形成低头力矩。如果平尾产生的负升力 Y1 不足以平衡这一力矩，飞机将低头而无法拉出大过载。对于静不稳定飞机则相反，飞机将出现上仰发散，直至失速。
由此图也可看到，如果推力的水平分量 Pcos（α）小于阻力 X，飞机将减速，导致升力下降，无法平衡重力而掉高度

也许有人已经注意到，上面所提到的基本上都和稳定盘旋性能相关，而瞬时机动性却几乎只字不提。这是因为在 F-15 设计的年代，由于武器射击条件的限制，飞机设计强调稳定机动能力。而瞬时机动性成为飞机设计重点以及相关的角度空战战术的提出，则是 80 年代的事了。
　　在正确的设计思想指导下，脱颖而出的 F-15 几乎是当时美国空军“空中优势战斗机”概念的完美体现，深得空军高层的欢心。后来空军一心一意将原作为格斗战斗机设计的 F-16 变成一架战斗轰炸机，主要原因之一就是为了避免 F-16 和 F-15 抢资源。
　　那么，F-15 在设计上究竟有哪些特点呢？

视界
　　由于越战的教训，F-15 相当重视视界问题——飞行员的看法是，如果在座舱里看不到外界，那么这飞机就不是一架战斗机。事实上，在近距格斗中，飞行员的视界相当重要，直接关系到飞行员的态势感知（SA）能力。据统计，80% 被击落的飞行员都不知道攻击来自何方。而且根据伯伊德后来的总结，朝鲜战争期间 F-86 取胜的重要原因之一是该机的视界比米格-15 好。
　　为了提供良好的视界，F-15 采用了大型气泡式座舱盖，整体式风挡，座椅位置也安排得较高，飞行员几乎 1/3 个身子露在机身外，使得飞行员具有上半球 360 度环视视界，正前方下视角达到 15°，相当出色。


上面是F-4的座舱，下面是F15的大型气泡式座舱，视野好的一比，当然小说里都是全封闭装甲座舱然后靠实景摄像头来拍摄舱外画面显示在装甲座舱内侧

机身
　　F-15 机身为全金属半硬壳式结构，分为三段。前段包括机头雷达罩、座舱和电子设备舱，主要结构材料为铝合金。中段与机翼相连，前三个框为铝合金结构，后三个为钛合金结构。后段为发动机舱，全钛合金结构。
　　 进气道外侧有凸出的整流罩，从机翼根部前缘向前延伸，大迎角下可以产生涡流，推迟机翼失速和提高尾翼效率，相当于边条翼，但由于整流罩前缘半径较大，具有较大吸力，气流不易分离，其效果不如边条翼好。整流罩结构经过机翼向后延伸，形成尾部支撑桁架（尾撑）结构，除了提供尾翼安装空间外，大迎角下还能产生一定的低头力矩，改善飞机的大迎角性能。
　　单块式减速板位于机身背部，最大开度 35 度，可以在任何速度下打开，并不会改变飞机的俯仰姿态。但是试飞结果显示，在高速下打开减速板可能会诱发颤振。为此麦.道修改了设计，减小了高速时减速板的开启角度，并将其面积从 1.9 平方米增大到 2.9 平方米。

F-15 的机尾采用双发小间距布局，减小了飞机阻力。由于后机身有尾撑结构，可能对喷管和后体产生严重的不利干扰，麦.道对此进行了大量研究。麦.道提出了 MCAIR-1~ MCAIR-4 四种设计方案，其中 MCAIR-1 为不带尾撑的基准构型。风洞试验表明，MCAIR-3 和MCAIR-4 方案阻力均明显下降。尽管 MCAIR-4 方案阻力最小，但由于强度不足，不能承受尾翼载荷，麦.道最终选择了 MCAIR-3 方案，使得 F-15 的巡航性能和机动性均有较大改善

偷窥金发大洋马裙下风光.jpg

机翼
　　F-15 的机翼设计是依据半经验和当时的线性理论方法选择机翼参数组合，利用飞机设计一体化系统（CADE）进行分析研究，然后选择有利方案进行吹风试验，选定最终的机翼参数。经过长达 1 年的吹风试验，对 800 个机翼变量进行了试验，包括 74 种机翼外形和 54 中变弯度措施。
　　最后确定了两种方案：方案一，展弦比 2.5，根梢比 5，前缘后掠角 50°，带前缘锥形襟翼；方案二，展弦比 3，根梢比 2.5，前缘后掠角 45°，固定前缘锥形扭转。经过各类改进之后，方案二入选。最终 F-15 的机翼方案为：切尖三角翼，无前后缘机动襟翼，采用前缘固定锥形扭转设计。前缘后掠 45 度，机翼相对厚度为 6%/3%（翼根/翼尖），展弦比为 3，根梢比为 5，翼面积 56.48 平方米，下反角 1°，安装角 0°。机翼上仅有后缘高升力襟翼和副翼共 4 个操纵面。
　　F-15 采用切尖三角翼翼形的原因是很显然的，三角翼在改善机翼结构、增大机内容积方面有较大优势，同时可以使飞机在跨音速区的阻力增加变得更加平缓，飞机跨音速时焦点移动量也较小，减小了配平阻力。不过，在 F-15 原型机试飞照片上，我们可以看到，该机并没有翼尖斜切结构。但在试飞过程中发现，F-15 在 9,144 米高度、M0.85~M0.95 速度范围内进行 6G 或更大过载的机动时，机翼会出现颤振现象。为了改善颤振特性，机翼翼尖切去了大约 0.8 平方米左右，形成现在所见的切尖设计。

在低空进行双机飞行表演的 F-15。可以清楚地看到机翼平面形状为中等后掠角切尖三角翼

较小的机翼相对厚度是有效降低波阻的措施之一。当相对厚度由 6% 减小到 3% 时，波阻明显减小但缺点是增重和亚音速时促使前缘分离提前发生。为此 F-15 选择了沿展向变化相对厚度的设计。但是这样一来，机翼的刚度却有点问题。前面提到的机翼颤振问题，以及 F-15 滚转率不高的缺陷，都与此不无关系。
　　F-15 的翼面积在当时而言，选择得相当大。这主要是为了降低翼载、提高大迎角机动性。因为正是翼载则决定了稳定盘旋中最大升力用于提供向心力的比例。当时选择翼载主要依据两个条件：速度 M0.9，高度 9,150 米，机动过载 5G（升力系数 0.7）时的发动机剩余推力（Ps）要求；速度 M2.2 高度 12,200 米，机动过载 1G（升力系数 0.04）时的 Ps 要求。
机翼结构为多梁抗扭盒型破损安全结构，前梁为铝合金，后三梁为钛合金。内侧整体油箱的下蒙皮采用钛合金壁板，其余为铝合金机加工整体壁板。机翼前后缘、襟翼、副翼均为全铝蜂窝夹层结构。机翼的破损安全结构，配合承力蒙皮，只要有一根翼梁仍然完好，就可以支持飞机继续飞行，大大提高了飞机的生存能力。

尾翼
　　麦.道的 F-15 早期方案也是单垂尾布局，但到后期设计时放弃了，改为大间距双垂尾布局。两个垂尾安装在后机身两侧的尾撑上，以消除相互之间的不利影响。由于在任何迎角、侧滑角条件下，都有一个垂尾出于相对“干净”的来流之中，从而提高了飞机的航向稳定性。
　　垂尾采用大展弦比、中等后掠角设计，前缘后掠角 37°，外倾 2°，高度较大，大迎角下可以明显改善飞机的航向稳定性，从而保证 F-15 可以有效的进行大迎角机动。但是这种大展弦比高垂尾在高速时受载扭转，效率将会大大降低。需要说明的是，F-15 早期垂尾采用小展弦比设计，在尾撑下面加装有腹鳍，以提高方向稳定性。后来经过风洞试验，增大了垂尾展弦比，面积加大 12%，取消腹鳍，形成我们今天所见的设计。这样的好处是在保证航向稳定性的同时，使亚音速巡航阻力减小了 5.5%。

大间距双垂尾保证了 F-15 高速和大迎角条件下的航向稳定性

F-15 的平尾为大后掠全动式低平尾设计，前缘后掠角 50°，具有前缘锯齿和翼尖斜切设计。低平尾布局主要是为了减小机翼下洗流的影响——F-4 由于采用高平尾设计，导致飞机大迎角飞行品质不好，很容易失速进入螺旋。因此美国空军对其后继机的大迎角飞行品质相当重视。锯齿和斜切则是为了解决平尾颤振问题，同时锯齿上产生的涡流还有助于提高平尾效率。平尾安装位置相当靠后，借助于尾撑结构，使之可以安装到发动机喷管附近，其尾臂长度达到 5.424 米，远远超过同代的其它飞机，如 F-16（4.41 米）、苏-27（4.64 米）。这显然是从 LFAX-8 方案继承来的（相对而言平尾位置有所前移），以获得较好的控制能力。从能量机动理论我们可以知道，即使机翼可以拉出足够的过载，如果飞机配平能力不足，那么同样无法实施大迎角高 G 机动。

加力状态的 F-15。从这个角度可以看到平尾和机翼平面之间的垂直距离。这使得平尾在大迎角可以避开机翼下洗流，保持良好的控制能力
F-15 垂直安定面和平尾都是全金属蜂窝夹层结构。两者的抗扭盒为钛合金结构，蒙皮则是全厚度铝夹芯和硼纤维层合板构成的蜂窝壁板，前后缘为全铝蜂窝结构。方向舵梁肋为碳纤维复合材料，蒙皮则由硼纤维层合板和铝夹芯构成。平尾和方向舵均可以左右互换。

进气道和发动机系统
　　F-15 的进气道设计要求是：大机动和高 M 数时性能良好；所有飞行状态下进气畸变小；重量轻。最初设计时有机翼短舱方案和两侧进气后机身并列方案。由于短舱方案较重，滚转惯性矩和发动机停车时的偏航力矩均较大，最终选择了两侧进气后机身并列方案。
　　 进气道是可调外压式四波系超音速进气道，采用水平压缩斜板，除了具备基本的对气流进行预压缩功能外，在大迎角状态下还能改善进气状况，起到和腹部进气道类似的效果。由于二级压缩斜板超音速总压恢复较低，不能满足 M2.2 机动的要求，F-15 最终采用了三级斜板形式。
为了在超音速大迎角范围内保持理想的激波系统，F-15 考虑采用可变捕获面积进气口，后来发现这种设计还有减阻、改善进气道与发动机匹配等好处。当时提出了 4 种方案，最后选定的方案是：可变捕获面积，三级斜板（同时转动），随迎角和 M 数调节，引气系统位于喉道槽缝。为此，F-15 的进气道上罩（包括侧壁）被设计成可以转动的，形成 F-15 独有的特征。由于上罩转动对发动机和飞机性能均有影响，因此其调节规律需要考虑到所有相关因素的影响，以取得最佳的综合效果。
　　F-15 设计阶段曾研究过两种不同的进气道侧壁外形，以求减小溢流阻力和改善侧滑时进气道性能。一种是全侧壁方案，另一种则是内外侧壁切除量不同的方案。根据试验，切小的侧壁在飞机侧滑时明显改善了飞机总压恢复和畸变，而全侧壁则在超音速小迎角时总压恢复最高。由于 F-15 强调高速拦截能力，超音速性能是设计重点。因此最终还是采用了全侧壁方案，气流畸变问题用附面层吸除孔板来解决。
为了配合进气道性能，F-15 前机身也作过修形。其原始设计在大迎角和侧滑时会导致前机身下部分分离气流进入进气道。为此，F-15 取消了前机身下部直线段，增大下部圆角，同时将机身最大宽度线由进气道中部上移到进气道上部，并减小机头下垂度。这种设计减轻了下部分离，改善了进气道总压恢复和畸变。
　　总之，这种四波系可调进气道大大减小了阻力，提高进气道总压恢复，对 F-15 的超音速性能助益犹大，但为此付出的重量和复杂性代价也不小。这也是空军高层和战斗机黑手党激烈斗争的结果之一——若不是强调 M2.5 的最大速度和超音速拦截能力，这种复杂的超音速进气道存在的意义也就不太大了。事实上后来的格斗战斗机 F-16，就是采用了简单的固定正激波进气道。

发动机是 F-15 的另一个关键。普拉特.惠特尼研制的 F100-PW-100 发动机加力推力高达 11,340 公斤，为 F-15 的优越性能提供了坚实的基础。这是一种轴流式涡扇发动机，涵道比 0.7，双轴 3 级风扇+10 级高压压气机+2 级涡轮。该发动机设计相当先进，推重比 7.8，可以左右互换安装，在理想条件下拆卸时间只需要 20 分钟。但普.惠在设计时过于注重先进性而没有过多考虑可靠性，结果 F100-PW-100 问题层出不穷，F-15 早期因频频趴窝而被称为“机库皇后”，相当程度上是发动机的原因。

美国的F-100系列发动机
顺便说一句后期型1991年投入使用的F-100-PW-229型最大加力推力12.9吨，最大军用推力8吨，推重比8
我国直到1993年引进了苏27SK之后才第一次接触苏27随机配的最大加力推力12.3吨最大军用推力7.8，推重比7.8的俄制AL31F发动机，然而我们的科技工作者夜以继日的工作让涡扇10A达到了加力推力13吨，最大军推8吨，推重比10，2014年给我国自产的歼-11/15/16以及歼-10C型全面换装了涡扇10A，至此以后我国主力战机的发动机不用再依靠俄罗斯也能赶上世界先进水平，数据水平和F-22所用的F119发动机一个水平的五代机发动机涡扇15很快也要投入装机试用了，虽然我们离美国还是有差距但是至少这个差距是再缩短的，再次向奋战在一线科研岗位的工作者致敬。

早期F-15座舱

后期F-15E的玻璃化座舱

1973 年，APG-63 雷达投入使用。1979 年，该雷达装备了可编程信号处理器（PSP），这是 PSP 首次在机载雷达上应用。这使得系统通过软件编程就可以适应新的战术、使用模式以及武器系统，而无需进行大规模硬件改进。1986 年，APG-63 停产，共生产大约 1,000 台，装备所有 F-15A/B 型和早期 F-15C/D 型。但是 APG-63 并不完善。其平均维修间隔时间（MTBM）不到 15 小时。对该系统的航线可更换件（LRU）的技术支持日益困难。原因之一是很多部件采购困难，而采用新技术部件则往往要求重新设计系统而被迫放弃。另一方面，持续恶化的可靠性影响了飞机的部署。如果航空站没有二级维修能力，就无法对雷达故障提供技术支援。此外，由于设计时的局限，APG-63 事实上没有多余的处理能力和存储能力来升级软件，应付日益增大的威胁。为此，从 F-15C/D 后期型开始换装 APG-70 雷达。
APG-63(V)1 则是针对 APG-63 缺点所做的重大改型，在可靠性和可维护性方面有了明显提高，以满足用户要求。作为美国空军雷达换装计划的一部分，APG-63(V)1 将取代 APG-63 装备 F-15C/D，以保证美国空军雷达方面的优势。(V)1 系统更换了发射机、接收机、数据处理器、低压电源和信号数据转换器。在系统能力增强的同时，可靠性提高了近 10 倍，MTBM 达到 120 小时。2001 年 3 月美国空军第 27 战斗机中队的 F-15 首批换装 APG-63(V)1 雷达，预计将有至少 170 架 F-15 接受升级改装。

机械扫瞄模式的AN/APG-63雷达