“心神”战机:验证日标六代机新技术

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“心神”战机:验证日标六代机新技术

日本近期推出了所谓日标第六代战机标准被表述为“F3”,即所谓信息化、智能化、敏捷性。日本三菱重工已正式开始组装心神隐身验证机,日本研发心神并不是为了生产第5代战机,而是为了验证日本所谓日标第6代战机的前沿技术。


日本三菱重工已开始组装心神隐身验证机


据日本媒体3月28日报道,日本三菱重工当天开始在爱知县飞岛工厂组装全尺寸隐形战斗机的试验机,它将用以测试一系列的先进技术,以研发未来日标第六代战机。日本航空自卫队要求具备“F3”能力,即首先发现,首先攻击和首先摧毁。该试验机名为“心神”,是一架纯国产的战机,属于日本防卫省的研发项目,由日本多家军工企业共同研制,研究成本约392亿日元(约合30亿人民币)。试验机将在2014年下半年完成,于2015年开始试飞。而隐形战机的研发工作预计会在2017年3月底前结束。


心神是日本研发日标第六代战机的技术验证机


日本出版的《军事研究》月刊称日标第六代战机的核心技术概念就是信息化和智能化。其中最核心的部分就是“云射击”,就是己方的战斗机群以一种类似于“云计算”的方式共享信息,作为一个整体去投入战斗。所谓“群控制”,是指六代机一方面可以接收上层大型预警平台(包括预警机、预警雷达、舰载雷达等大型信息平台)发出的信息,另一方面可以对下控制无人机进行作战,应该说都是全新的概念。


日本实用化第六代战机问世尚需时日


不过从心神飞机的名称是先进技术验证机(Advanced Technological Demonstrator-X, ATD-X)来看,该机不是一架实用的作战飞机,按照中国飞机研制5个阶段的划分,心神应该处于第一阶段,也就是论证研究阶段,这个阶段主要根据国家和战略方针和将来面临的战场环境,研究第六代作战飞机的的战术技术特点,并对相关技术进行实验验证。以此为基础确定第六代作战飞机的总体战术技术要求,确定相关的指标,然后围绕这些指标来确定第六代作战飞机的气动布局、动力系统等关键技术参数,因此从这个角度来说,尽管有消息说心神计划是在2014年首飞,但是日本实用的国产第六代作战飞机何日问世还需要时日。

“心神”战机:验证日标六代机新技术

战后日本被禁止研发战斗机


不过从海外媒介报道来看,目前心神还只是一个比较简单的技术验证机,而不是原型机,日本想研制国产隐身作战飞机还有许多关键技术障碍需要克服。所谓“F-3”隐身作战飞机能否问世还在未知之中。


二战中,日本航空工业是日本法西斯发动侵略战争的重要物质基础,曾经研制出零式这样让盟国吃尽苦头的作战飞机。所以日本战败投除后,盟国一度对日本实行航空禁令,禁止其拥有航空工业,只是后来美国出于扶持日本牵制苏联的目的,才有限度的解除对日本的航空禁止政策,日本航空工业才得以部分恢复。但是在关键的战斗机方面则绝不松口,所以战后日本航空工业的产品主要集中在中小型运输机、教练机这些次要产品上面,而空自一直使用美制作战飞机,这样机上一些关键设备的控制权就在美国人手里。


因美国拒售F-22战机日本决心自研战机


随着战后经济的复苏和发展,日本一度也想自行研制作战飞机,这就是所谓的“平成零战”,但是这个计划受到了美国的坚实打压,最终变成了现在的F-2战斗机。它实际上是在美国F-16的基础上发展而来,尽管这个计划没有象日本人设想的那样,获得独立研制高性能作战飞机的能力。但是通过一系列机载设备、武器的国产化,为日后研制国产作飞机铺平了道路,打下了基础。进入新世纪后,随着F-22的入役,世界空军进入了隐形战机的时代,尽管日本多次提高采购F-22,但是美国视隐身技术是保持其战略优势的基石,因此禁止F-22出口。而只允许出口隐身能力经过削弱的F-35作战飞机,此外由于研制计划的延缓,让F-35采购的价格直线上升、交货时间不断后推和对性能上的一些不满意。这样日本开始考虑发展自己的第六代作战飞机,同时日本航空工业在F-2计划之后,也需要一个新的项目来确何航空工业特别是军用作战飞机的延续,在这种情况下,心神计划就出现了。


2000年日本即开始进行技术准备


根据心神的研制方-三菱重工的资料;ATD-X战机计划从2000年开始,2005年完成全尺寸模型,主要用来进行了与RCS有关的测试。由于日本缺少设计隐身飞机的经验,所以相关实验是在法国的相关设施内进行的,2006年三菱重工又制造出一架1:5大小的模型飞机,进行模拟试飞,主要对飞机的气动布局进行研究,试验在日本北海道进行。根据这些试验得到的数据,日本决定建造一架全尺寸的飞机用于验证新一代作战飞机所使用的技术,这些技术包括;隐身、飞控/ 火控及发控一体化技术、综合光电、光传操纵系统等,最终为研制新型国产作战飞机打下坚实的基础。

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心神战机的外形隐身效果优异


前面说过,隐身是新一代作战飞机的基本特点,从心神的图片和模型来看,它的外形与F-22大致相同,都是正常式气动布局,外形明显采用了波束控制原则来设计。也就是说通过一系列措施,把雷达照射波束的发射方向集中在少数几个方向,从而降低对方雷达的探测本机的能力。它采用的措施包括;机身和垂尾向外倾斜,这样可以偏离侧面的照射电波,另外机身主要边缘平行,以便控制雷达电波的反射方向,从进气道的位置来看,它似乎也采用了S进道。


进气口类似于F-22的CARET进气口,这样就避免了雷达电波直接照射到发动机风扇和压气机。另外电波在进气道多次反射后,方向更加散乱,不容易被直接反射回去,从而提高了飞机的隐身能力。再加上采用倾斜的相控阵雷达天线,在座舱采用金属镀层,这样就可以明显的减少飞机前向的RCS。这里我们可以看出心神的隐身性能还是不错的。


心神战机追求隐身与机动性的统一


心神和F-22一样,采用了三段式边条设计,也就是说,利用机头、机身及边条来产生涡,并对其进行补充和加强。这样就提高涡对机翼气流的补充能力,从而达到推迟分离,提高升力的目的,另外它的外形也与F-22相似,并不是纯粹的菱形翼,而是减少了后缘的前掠角度。F-22的机翼前缘后掠42度,而后缘前掠只有17度,这样主要是为了增加展弦比,提高飞机的机动性能。另外前掠角度减少也有助于提高飞机的襟翼等增升措施的效率,但是代价就是它的波束控制能力不如采用菱形翼的YF-23,它只能将波束的反射方向控制在8个方向,而YF-23可以实现4个方向的波束控制。


另外心神机翼的根梢比较小,这样 做的也是为了推迟翼尖分离,降低机翼的诱导阻力。显示心神对于机动能力也是比较重视的,从模型上来看,心神的后机身采用发动机小间距设计,这样可以减少飞机的阻力。平尾前、后缘与机翼平行,并进行了切尖处理,以推迟颤振的发生,同时延伸到发动机尾喷口后面,它的好处就是增加了平尾的面积,保证了飞机的操纵性和稳定性。同时可以对发动机喷口进行一定的遮挡,但是缺点就是重量和体积较大,这也是正常布局飞机一个普遍的缺点。从整体来看,心神体现的思想和F-22一样,力求实现隐身和机动性能的统一。

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日本国产有源相控阵雷达性能近似F-35水平


从心神的大小来看,似乎很难配备完整的航空电子,尤其是有源相控阵火控雷达,它对飞机的电力供应要求较高。象美国F-22的航空电子试验是在波音757实 验机完成的,而F-35的雷达及航空电子系统测试飞机是波音737。不过有消息说日本已经开始为新一代国产飞机研制包括新型有源相控阵火控雷达因内的航空电子系统,从日本媒体有关“多功能RF”这样的字眼来看,应该采用了综合射频技术,相当于F-35相关系统的水平。它最大的特点就是采用高速光传输数据通 信网络和综合信号/数据处理技术,实现航空电子的综合化和传感器的多功能孔径技术,从而能够更加迅速的获取战场态势信息。


心神将采取先进的光传操纵系统


在此基础上,日本还开展了智能蒙皮技术的研究,也就是将雷达天线和飞机蒙皮综合在一起,从而提高飞机的探测能力。心神还有一个比较特点就是采用了飞机光传操纵系统,与以前飞机的电传操纵系统相比,光传操纵系统是以光代替电作为传输载体,因此抗干扰能力强,可靠性高,体积小、重量轻。是飞机操纵系统发展的方向。


心神的研发离不开美国的支持


那么在心神的基础上,日本能否研制出新一代国产作战飞机,笔者认为这个不仅仅取决于日本自身,还要看美国的政策。前面提到心神的全尺寸RCS实验是在法国进行的,而不是在美国,根据日方的说法美国拒绝日本使用美国的相关设施,表面的解释是为了防止美国的隐身技术外泄。但是似乎也表明了美国对日本相关计划的态度,也就是说日本F-3隐身战斗机能否面世,美国也是个至关重要的因素。




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日本正在研发先进航空发动机


日本国产新一代作战飞机出现还需要时日一个关键性指标就是它的发动机,我们知道有句名言“一个国家研制什么样的飞机,不仅仅取决于飞机设计师,还在于发动机设计师”。也就是说一个国家研制什么样的飞机,看它的相关发动机水平就可以知道个大概。根据海外资料;心神配套的发动机是石川岛播磨重工的XF-5-1发动机,它是在日本上世纪“发动机研究项目”的成果,主要是研制第三代作战飞机的动力系统,要求推重比达到8,从日本公开的指标来看,XF-5-1的推力 大约是50千牛,重量大约是650公斤,显然只是一个中小推力发动机,与此相对应心神的最大起飞重量只有8吨。相比较之下,美国F-22的最大起飞重量是38吨左右,配备的F119发动机最大推力是150千牛级。


因此对于日本来说,未来研制国产作战飞机,第一个碰到的技术障碍就是国产发动机。有消息说日本有计划将XF-5-1升级为90千牛级发动机的计划。实际上2010年日本就曾经向向一些主要发动机制造公司发出了对新一代战斗机所用喷气式发动机相关信息的征询书,要求这些公司在2010年5月10前提供有关本公司产品及其价格的全部资料,其候选发动机包括美国的F414、法国的M88等。从侧面证明了 日本未来的国产军用发动机推力大致也在这个级别,那么由此可以推测日本可能研制的是一种中型的隐身作战飞机。



“心神”战机:验证日标六代机新技术

心神的最大障碍是航空发动机


心神出来以后,产生了一些词所谓“第六代万能机”这样的溢美之词。但是对心神分析后就可能发现,它的主要技术战术指标并没有超过四代(俄标5代)作战飞机的范围,实际上由于发动机技术水平的缺失,它能否全部达到四代飞机的标准,如超音速巡航还不得而知。所以心神的地位与上世纪70年代研制的 T-2 CCV随控布验证机相近,都是针对新一代作战飞机研制的技术验证飞机,不过从另外一个角度来说,心神的研究以日本航空工业为主导,而F-2战斗机研制中,日本完全被美国人牵着鼻子走,所以心神最大的价值在于日本自主的完成飞机研制的全过程,保证了军用作战研制能力的延续。


推力矢量喷口也是需要攻克的难关


除了发动机本身之外,推力矢量喷口也是日本需要攻克的难关,XF-5-1设想图上采用的推力矢量喷口与美国的X-31技术验证机相同。都是折流板式,它主要是在机身尾部加装多块可以向内、外偏转的折流板,以此来改变发动机喷流的方向,具备结构简单、容易制造等优点。但是缺点就是重量大,空间大, 推力矢量状态时的效率低,另外对于飞机隐身和超音速巡航非常不利,这两个恰恰是隐身作战飞机最基本的两个特点。因此折流板除了用于技术验证机,现有的实用作战飞机都没有采用这个方案,因此这也反映了XF5-1更多是进行新型气动、飞控及发动机控制等相关系统一体化的研究和探索,距离实用还有很长的一段距离。


“心神”战机:验证日标六代机新技术



日本第六代战机还是有实现的可能性


日标六代机延续了目前美标四代机的隐身技术、高机动性、大功率雷达等性能,同时加以补充了定向能武器、光传操纵技术。最核心的云射击和群控制,恰好都是日本的技术强项。所以,所谓日标六代机的标准设置,充分考虑到了日本的技术优势。因此,它至少实现了部分实现的可能性,从这个角度来看,所谓的日标六代机也有十分靠谱的成分。


对于心神验证机来说,它代表着日本发展军用航空工业的决心和取得的成绩。心神是日本未来第六代战机的技术试验,未来的日本第六代战机将不再是一个单纯的战斗机型号了,而是配合与之配合的无人机,加上更大的信息平台,使之成为一个作战系统。 实现一个群体作战的航空战斗系统。它和之前的各代战机最大的区别在于,它更多考虑的是以一个“打群架”的方式来进行战斗。


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