从远洋海军战略需求的角度论为什么是以歼-20为基础发展下一代舰载机

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首先声明,偶然在某军坛(http://lt.*****/forum.php?mo ... 09051&extra=&page=1)看到此文《重剑长锋,大巧为攻!从远洋海军战略需求角度论为何是以歼-20为基础发展下一代舰载机》,觉得写得很好,专业性很强,有助于我们从战略战术角度了解舰载机方面的知识,在铁血论坛还少有此类文章出现,故转帖至此,由于不是我个人的观点和作品, 因此,本人概不回应任何问题或评论! ----编者注。

一,从2025~2040远洋海军战略分析推导下一代舰载机需求

开宗明义,讨论要发展什么样的下一代舰载机,首先必须基于我国我军的需求。众所周知,2020年是我国海军建设的重要节点(花花、pop3等多次提过),标志着我国海军完成由近海海军向远海海军的战略转型。到2020年,我军将已经具备001辽宁号和001A两艘滑跃航母,初步形成远洋战略海军。此时我国的第一艘二代国产航母,也即蒸汽动力、蒸汽弹射的航母002,也将基本完成建造,进入海试阶段。而我们知道,我国的下一代舰载机,就是主要考虑使用在弹射航母上的(弹射航母上用下一代舰载机详见pop3等人http://lt.*****/thread-1781299-1-1.html)。2020年左右,这一舰载机应当基本完成设计和样机试制,进入首飞阶段,而在2022年之前进行弹射航母的舰上测试,2025左右服役、形成IOC。而一型舰载机,使用周期至少10年,现代先进战机使用寿命更长,可以预计,我国下一代舰载机使用时期至少是从2025年到2040年。而且2020年之后,核动力电磁弹射的我国第三代航母003也将开工。下一代舰载机也将用在这一真正的远洋无限航程航母上。所以,讨论我国下一代舰载机会是以J20还是以鹘鹰为基础来发展,必须将眼光放长远,衡量我国我军2025年到2040的战略战役需求。下一代舰载机的第一要务是满足需求,性能也是围绕需求来设计的,而非是要“对抗F35”、“压倒F35”、“对抗F22”之类和其他四代机的机械比较,这一点是首先要明确的。

明确这点以后,笔者试图来讨论我国在2020年代到2030年代可能的、对航母和下一代舰载机的任务需求,当然,是以个人普通军迷的角度、讨论国家大战略的不当之处请海涵。我们可以估计,2020年以后,我国海军将继续向远洋海军发展,这也符合当前总书记、总理提出的海洋战略是我国今后基本战略的方向。笔者认为,我国的海军将是两洋海军——印度洋和太平洋。马六甲海峡-安达曼海-孟加拉湾-印度洋-中东-欧洲航线,即我国海军的印度洋方向的重点,这里有我国最重要的能源、商品进出口通道。即使我国获得了巴基斯坦的瓜达尔港、即使我国修通了克拉运河,我国也必须能够在印度洋使用海军投射和维持力量,防止印度、美国等势力打击伊朗、巴基斯坦、孟加拉国、缅甸、马六甲,维持我国在西线的众多海外利益和交通生命线。 而在东面太平洋方向,2020年代将是我国收回台湾、钓鱼岛的关键时期,我国海军必须有能力阻止美国的干涉,在第二岛链附近拒止、拦截美国从这个较远的距离,以远程无人攻击机、F35C远程攻击机、巡航导弹核潜艇、B1B/B2等轰炸机发起的水面、水下、空中火力投射。预想的作战海区将包括日本、关岛、澳大利亚等第二岛链以东一线。同时,南海作为我国两洋海军战略的两个方向的结合部,必须稳固,在2020年代,我国应该完成南海的内海化,基本收回南海大部分关键岛屿,形成对整个南海空中和海面、水下的持续有效管控,使这个结合部成为我国海军向两个方向发起战略行动的基地。

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如图 我国的两洋海军战略,西至石油产区和欧洲,确保印度洋-缅甸管道-海峡安全;东面完成第一岛链内海化,第二岛链优势拒止,第三岛链威慑

明确了我国2020~2030年代的海洋战略,再来看航母在这一战略中的作用。航母战斗群是真正的远洋海军赖以生存的唯一基石。作为远洋大海上的浮动基地,航母战斗群是攻防一体的。防的方面,航母阻止对方攻击我方的水面和空中信息获取传感器节点和火力投射平台。防守之中,舰载机的防空是重中之重,可以大范围、快速的阻止敌方进攻。攻的方面,航母战斗群几乎承担了全部对海对陆火力投射任务,而其中舰载机又是投射火力效率最高的工具。具体的来说,我国的航母,在两洋战略之中,防守方面的任务,主要是防御我国海上能源和商品的交通线,阻止敌方对我国远洋航母编队本身的攻击,阻止敌方对我国友好国家如伊朗、巴基斯坦、缅甸从海上发动干涉。阻止美国从海上干涉我国台湾海域的登陆作战。攻的方面的任务,对美日关键岛链节点基地的突袭,消灭重要地面机库、潜艇洞窟、港口;在远海消灭日本、印度的海上、水下机动编队,威慑美国的远洋海上编队。由于我国奉行的防御性国策,和我国周边的地缘特性,我国未来20年两洋海军的任务分配上,防守任务略多于进攻性任务,当然,完成战略性防守任务,也可以利用战役战术性进攻手段,而非一味死守。

了解了航母的任务以后,就可以尝试分析对舰载机的任务需求。

A. 为了满足大范围舰队防空的需求,下一代舰载机必须具备较大作战半径内的攻势制空能力和快速远程防空拦截能力。因此,下一代舰载机的大航程是必须具备的首要能力,其次超巡是非常重要的加分项。由于防守航线、区域拒止这两个战略防守性任务的存在,我国航母的大致作战范围是高度限定的。而这个作战范围附近,美国及其盟国有大量的海空基地和海空巡逻力量,因此,我国航母的位置,对于美国来说,也是相当透明的。试想,现在我国都能通过种种手段,实现对大部分美国航母的近实时跟踪,美国作为基地和盟国远多于中国,海空力量远强于中国,对于中国航母这类数量少,活动范围相对有限的目标,其情报掌握能力将会更强。就算在未来20年不和美国发生直接军事冲突,美国也可以把这些情报共享给日本、印度等其他和中国冲突可能性更大的国家作为支援。因此,我国航母的行踪是相对难以保密的,我国的舰载机部队将面临巨大的防空压力。在这种情况下,一种具有大作战半径、攻势制空能力的重型隐身舰载机,无疑是更好的选择。

A1. 重型隐身舰载机的优势,第一是具有比中型机更大的航程和留空时间。

以同时代的舰载机做比较,F-14拥有926km的作战半径(http://en.wikipedia.org/wiki/Gru

... cations_.28F-14D.29),而F-18即使采用了影响高速性能的平直机翼,作战半径也仅740km,而即使是最新的F18EF,执行对空拦截作战也仅722km的作战半径(http://en.wikipedia.org/wiki/Boe

... .28F.2FA-18E.2FF.29)。

再来看苏联的三代重型、中型舰载机的比较:苏33/J-15拥有近10吨内油,航程3000km,作战半径最大1270km(见pop3 http://lt.*****/forum.php?mod=viewthread&tid=1722508)。而米格-29K,内油仅4500公斤左右,航程2000公里(小飞猪:腾空出世--重型舰载机更适合中国航母 http://lt.*****/thread-937426-1-1.html)。可见,同一时代,近似技术水平的战斗机,重型机天然具备比中型机大得多的内油和航程。

具体到我国的下一代舰载机上,比较J20方案和鹘鹰方案,我们可以清楚的看到,J20机体更大,鹘鹰机体明显偏小,J20较大的机身内足以储存10吨左右的燃油,其载油系数明显高于鹘鹰。鹘鹰验证机31001的内油据说是5吨~5.5吨,这就仅仅是J20的一半左右。据说鹘鹰有放大内油到7吨的计划,但即使如此,扩大内油必然带来空重、总重的增加,进一步恶化中型机本就不佳的超音速性能,降低制空防空能力。这是中型机体型限制带来的不可避免的局限性。

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如图,J20的机身内部容积明显大于体型更小的鹘鹰


大航程使得重型机的防空效率远高于中型机。比如,如果要维持同样的350公里防空巡逻半径,重型机可以巡逻三小时,中型机只能巡逻2小时。如果要维持24小时巡逻,重型机只需要8批,中型机需要12批,可见,需要的中型机的数量是重型的1.5倍。而如果只要求同样的巡逻时间,重型机的巡逻半径可以是中型机的1.5倍,覆盖防空范围是中型机的2.25倍! 可见重型机可以防守比中型大得多的范围,这在拦截对方远程反舰导弹载机的时候尤为重要。这也就是为何,冷战时期,美国航母编队的最外层拦截圈是由F-14组成的,他们才可以拦截携带远程超音速反舰导弹的苏联Tu-95、逆火等轰炸机,而F-18由于半径小、超音速性差,只能在内圈防守(F/A-18E/F代替F-14的问题 http://www.*****/bbs/thread-85168-1-1.html)。

A2. 除了半径以外,重型四代舰载机的超巡性能也是重要的防空加分项。


如前所述,中国航母编队将面对巨大的防空压力,而破解敌方的空中进攻的关键,就是快速挖眼式打击对方关键节点的能力。超巡的能力,使得重型四代舰载机可以快速突破对方空中进攻编队外围,直接打击对方的预警机等关键节点,达到迅速扭转空战局势,为我方创造良好局面的目的。同时,超巡对于快速外推拦截线,拦截对方远程反舰导弹发射平台,也是极其重要的。比如,美国就曾用F-14以M1.6左右接敌,然后超音速连续发射AIM-54导弹进行多目标攻击来拦截苏联的轰炸机发射远程反舰导弹,这一点,对于未来的中国海军,也具有重要的借鉴意义,因为美国海军即将装备射程800km的LRASM超远程反舰导弹,而B1B、F-18、F35都可以成为这种导弹的载机。面对这种远程导弹,我国的下一代舰载机必须具备快速外推拦截线的能力。

即便退一步说,我国下一代舰载机因为种种困难暂时无法具备超巡,那么为超音速重点优化的气动布局也是必须的,而不能采用中型机如F18、F35常用的亚音速巡航优化布局。因为如前所述,我国下一代舰载机的防空需求决定了它必须具备快速突击敌方关键节点后迅速脱离、以及快速外推拦截线的性能。而既要具备大航程,又要具备超音速优化的气动,这是非重型机不能做到的。中型机由于体型限制,只能占有其中一项而无法兼顾。比如F18、F35C,即是追求了航程和挂载能力,而放弃了超音速性能和加速性。苏联的米格29K则更为悲剧,从米格29改进而来的29K,超音速性能大大下降,航程却依然不够远,属于两头不靠。以上这些都是中型机天生体型限制造成的。

B. 未来的对海对陆进攻作战特点,也要求下一代舰载机具备大航程和优化超音速性能。

B1. 未来的舰载机进攻作战首先要求大航程和大载荷

二战时代,航母编队就可以在上百公里外,对敌方水面舰艇和陆地发动攻击,而在未来2020~2030年代,由于技术的发展,航母编队之间、航母对敌方陆地的交战距离有望达到1000km甚至以上。比如,美国海军为了能在安全距离之外干涉大陆,要求UCLASS远程无人攻击机具有最大3700km的作战半径,而F35C也是一种战斗半径在1200km左右的远程攻击机。我国虽然没有如此远距离的干涉需求,但考虑到对方航母飞机的作战半径和现代各国普遍的远程火力投射能力,我国航母舰载机的半径也需要在1000km以上。

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如图X-47B仅是美国UCLASS的一种竞标原型机,而真正的UCLASS要求具备最远3700km的半径

既然要求对面攻击时的大航程,而我们知道,重型机相对于中型机的载荷航程优势是巨大的。同样以三代机时代为例,参见海版热贴:歼15的真实挂载能力 http://lt.*****/forum.php?mo ... d=773116&page=3

“米格29K挂重型武器最多挂两枚,其他重载挂点要挂副油箱 不然飞不远,选择歼15的时候就考虑过这一点”

“米格29K如果需要一定作战半径的情况下携带对面攻击武器重载挂架基本都浪费在挂副油箱上了。。”

“实际上以前也考虑过米格29K 。因为给我们的数据是 母舰20多节航速下 远点可以载5吨多的油 外挂4吨多执行作战任务。后面综合各方面考虑包括本身对性能的需求 和 中间还掺杂着一些我们隐形舰载机发展计划(要求保密)的情况下马上就否决了”

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歼15 9吨内油还可以挂5吨弹药。 对海 鹰击83K

5枚 两格斗弹 3.7吨左右。 对地 500公斤激光制导炸弹6枚或者憋版JDMA或者KD88A 两枚格斗弹 3.5吨“

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看到这些,我们已经可以知道,在三代机时代,重型机对面攻击的载荷航程能力就要明显强于三代机。中型机如果要航程,就不可避免的要牺牲挂架来挂副油箱,导致挂载大型对面武器数量下降。中型机如果要挂载多枚对面攻击武器,又会不可避免的大大降低航程,由于体型的限制,无法做到载荷航程兼顾。而重型机的优势就大多了,如苏33这种强调大内油的战机,甚至都无需挂载副油箱。

再回到我国仅有的两款可作为下一代舰载基础的四代机上来,分析其载荷航程性能。航程前文已分析过,现在来看载荷能力。内弹舱方面,J20已经像我们展示了其规则而巨大的内弹舱。弹舱深度一般被认为超过了F22,而达到了接近F35的程度。有望容纳下一代隐身反舰/对陆巡航导弹。

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再来看鹘鹰的弹舱

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鹘鹰现在还没有真正的空中开仓图,无法直观的看到弹舱。但我们从鹘鹰的正视图等可以看出,和J20相比,鹘鹰的机身容积明显要小得多。尤其是在有人作为参照物的对比下,鹘鹰相比J20,更显得薄的多。我们知道,鹘鹰一样是双发结构,其弹舱安放布局和J20、F22一样,都是在机身进气道下方。因此鹘鹰无法像中央单发布局的F35那样,在两侧布置深弹舱。鹘鹰的弹舱厚度,是被其上方的进气道限制的。J20由于机身比鹘鹰更厚,弹舱可以更深,有希望布置1000kg级对面武器,而鹘鹰机身小得多,受上方进气道限制,弹舱很可能只能容纳500kg级以下对面武器。

如此一来,在执行对面任务时,光是内置弹舱的容量,J20就已经是鹘鹰的两倍,更重要的,J20可以内置鹘鹰无法内置的大型、大威力对面武器,完成更重要的攻击任务。其他挂载能力方面,J20具备侧弹舱,可以充分发挥机动性进行中近距空战,鹘鹰则无此能力。在外挂方面,J20作为重型机,也不会输于中型机鹘鹰。

如下图,J20机翼下的菱形块,就是白玮等判断的外挂架接口,可见,J20机翼下的位置,也足以挂载4个大型外挂架,而重心的问题,在总体布局设计和电传飞控下也早有考虑。

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再来看鹘鹰,其目前也没有清晰的外挂构型图,但是我们可以从罗阳桌上的模型判断一二。

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模型中的鹘鹰,翼下内侧两个挂架各携带了一枚YJ91和一枚YJ83,外侧挂架则是一枚PL10红外弹。YJ91和83都是重600多kg。可见鹘鹰的外挂就是4枚600多kg的导弹,最多不超过1吨级对面武器。这样的外挂能力也就是一般的中型多用途战斗机的水准,无法超越重型机。更何况,挂载较大的对面武器,所占的起飞重量的比例、对飞行性能的影响,中型机都要比重型机严重。即外挂同样数量的大型对地武器,中型机的航程和机动性,会比同样情况下的重型机下降的更明显。如此可以说,J20为基础发展的舰载机,无论是内置还是外挂的对面载荷能力,都要强于鹘鹰为基础发展的中型舰载机。


B2. 重型隐身舰载机的超音速突击作用在对面攻击中的作用。

笔者需要详细论述的另一点,就是未来海军舰载机在空中发起的对地对海的作战方式,可能会相比现在的常见战术有很大的进化。如果还是以今天常见的三代舰载机的对面攻击作战方式去生硬的套在未来下一代舰载机身上、机械的去比拼所谓航母弹射起飞时的带弹能力、带弹着舰能力等,未免会刻舟求剑,看不到技术发展对战术的创新和促进作用。笔者看来,未来下一代舰载机的作战方式,很有可能更类似于刺客、狙击手和侦察员的角色,作为一个隐蔽而突然的敌情探测节点存在,并且有能力突击刺杀对方关键节点,同时,通过发达的通信数据链网络回传信息,充分利用我海军编队甚至陆基二炮、空军的其他火力投射工具,达成空海一体战的协同攻击方式。

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如图是美国海军的CEC协同作战示意图,在未来十年后高速数据链网络更发达成熟的条件下,战场通过卫星、长航时无人机、无人隐身机等形成一个持续的情报获取和通信中继网络,各种火力投射工具,战机战舰也成为网络中心战系统里的一个节点。在这种情况下,重型隐身舰载机,海上发起对面作战之初,并不需要自身外挂携带大量轰炸火力,而是以隐身内置状态,携带部分远程反辐射导弹、隐身巡航导弹,对敌方海上/地面重要的预警指挥雷达等关键节点发起第一波突击,就像空战首先打击敌预警机一样。这种时候,为超音速性能优化的重型舰载机,及其携带的较多的远程突击武器,就能发挥快速隐身突击的优势。

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如图,在对海对地作战中,突袭对方的预警指挥防空雷达,也是达到打击关键节点的效果。重型隐身舰载机的高速突击优势应得到发挥。第一波攻击应重点打击对方的大型相控阵雷达。此时隐身舰载机内置弹舱的超音速远程反辐射导弹、远程隐身导弹才是最关键的武器。而隐身机外挂大量武器执行第一波突防打击任务是不合适的。

在重型隐身舰载机消灭对方海面/地面关键节点之后,对方的协同作战指挥能力大幅下降,接下来的火力投射手段就丰富的多。J-15这样的三代舰载机,都可以携带大量远程大型导弹,在网络中心战的指挥下,起到火力投射工具的作用。更不用说,如果在我国周围半径三四千公里内发生战争,还可以使用二炮的中程反航母弹道导弹和超高声速飞行器等进行远程快速火力投射。

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如图,在DF2X系列反舰弹道导弹的打击半径下,向东可到第二岛链关岛一线,向西可覆盖印度洋迭戈加西亚一带。


因此,考虑到今后CEC网络中心战将逐渐成为越来越重要的作战方式,航母编队可以调用的火力甚至包括陆基、潜射的火力投射工具,隐身舰载机更重要的作用,就体现在高速隐身突击、消灭敌方的探测预警指挥节点的任务上,以及随后的指引我方火力打击等任务。由此,重型机的超音速性能显得尤为重要。中型机缺乏这样的大作战半径范围超音速突击性能,原因就是上文分析过的,中型机无法兼顾大航程和超音速性能。

二,中型舰载机的载机数量并不能大幅度超过重型机,四代重型机更适合与三代重型舰载机配合。

前文从战略需求的角度,论述了下一代舰载机宜采用重型机J20为基础的原因。接下来从可实现性等角度分析J20和鹘鹰上舰的优劣。一个常见的支持鹘鹰上舰的理由是,中型机可以让航母搭载更多数量,提供更高的任务灵活性。那么事实是否真是如此呢?

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试以上图尼米兹航母的机库为例,假设我国未来弹射航母机库拥有类似的尺度,机库长200米,宽30米左右。由于重型舰载机和中型机的折叠后宽度差不多,苏33的8米左右甚至要窄于F18EF和F35C的9米,所以假设重型机和中型机每一横排都能停放4架。长度上,假设中型机需要的摆放长度为17.5米,重型机需要的长度为20.5米,机库除去运转所需空间后,可供停机总长度180米。那么如果全部使用中型机,一共可以停放180/17.5=10排,如果全部停放重型机,180/20.5 =8 排。全停中型机的情况仅仅比全停重型多了两排共8架飞机!!而中型机停放的总数是40架,重型机则为32架,两者之比为40/32=1.25。可见,中型机的搭载数量优势很小,远远达不到比重型机多二三十架。

如果考虑到甲板搭载的飞机数量,则两者数量差距会更小。因为用甲板搭载舰载机时,舰载机的尾部一般朝外,这时决定搭载数量的主要是折叠后的飞机宽度,而不是长度,中型机和重型机的搭载数量差异将将更小。

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如上两图,甲板载机时决定搭载数量的是折叠宽度而非飞机长度,此时重型和中型机的数量差异几乎可以忽略。

综上,在大型航母上,中型机对重型机的搭载数量优势不会超过1.2。然而,重型机的作战效能却远不止中型机的1.2倍。前文已经分析过,重型机的对空巡逻半径/或巡逻时间至少是中型的1.5倍,隐身对地攻击载荷是中型机的2倍。如果算上重型空优机对中型机的空战交换比,则作战效能的差距将更为夸张。更何况,重型机还具有中型机根本完不成的任务功能,比如重型机优秀的超音速突击功能可以快速拦截敌远程导弹载机、可以快速突击消灭敌空中/海上/地面的关键预警指控节点并全身而退。所以说,中型机相对应重型机的搭载数量优势微不足道,而使用能效上,无论是对空对地,中型机的性能都和重型差距甚大,那一点点数量优势根本无法弥补。

此外,由于J15三代舰载机及其改进型也会在我国各型航母上长期服役,考虑到和三代重型舰载机共同使用,则四代重型舰载机就显得更合适了。J15虽是三代机,但是可以改进为电子战飞机,伙伴加油机,执行这些不需要隐身,却又需要大载荷航程的任务非常合适。同时,J15即将升级AESA等先进雷达航电,而且J15具有多个大型导弹挂点,很适合发射远程防区外导弹,也可以在隐身舰载机拔点破门后投射大量火力。由于J15也是双大推重型机,将来的改进型甚至可以采用和J20舰载型同样的发动机,再加上两者体型相仿,舰上调度、维护两种同类的重型机,对于统一、简化后勤更为有利。

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此外,由于我国第一款舰载机就是J15这样的重型机,我国对于重型舰载机的使用经验、以及航母拦阻系统对于重型机的考虑,都更适合用J20这一重型下一代飞机来继承。由于前述理由,J15的弹射改型也将在我国的下一代弹射航母上长期服役,统一使用两种重型机,无疑是方便航母对舰载机的各种适配设计的。

三, J20与鹘鹰改进为舰载机的可行性比较。

从舰载机改装设计的可行性和进度预测来说,J20也比鹘鹰更有优势。

A. J20基本型进度远远领先于鹘鹰,集中了全国的优势资源。

J20已经进展到原型机阶段,主要设计基本固化,各重要分系统都在此前两架验证机上完成了验证。而鹘鹰,至今只有一架验证机在试飞,陆基型号的正样研制都尚未完成。此外,J20作为我国最重要的下一代战术飞机型号,集中了全国各配套行业的优势资源进行集中突破,J20各项子系统的性能和进度都得以保证。而鹘鹰,作为中航601所内部自筹项目,连很多配套设备都还没有着落。比如,鹘鹰需要的雷达,由于机头空间/形状和J16/J20/J10B截然不同,就需要全新设计。其他多项分系统也如此,这就不可避免的使得鹘鹰的进度滞后,而从鹘鹰的基础上改装研发舰载机的进度,就比从J20基础上研发舰载机更慢。

尤其是考虑到发动机问题,我国的下一代大推WS15是最优先确保的发动机项目,下一代先进中推的进度全面落后于WS15,这将更加造成鹘鹰的进度落后于J20。


B. J20可以通过改进设计,加强低速着舰性能。

支持鹘鹰上舰者往往以J20着舰难度大为理由,然而,在现代航空技术的发展面前,这个理由是站不住脚的。J20基本型就采用了高升力的气动布局:机头涡 鸭翼 边条 襟翼涡的多涡系复合辅以升力体机身,在宋总的论文中就已经明确指出,这一气动布局在亚音速段就有良好的升力系数。至于有观点认为复合涡系升力涡系需要迎角才能效果明显,那么可以看阵风的例子:

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可见,阵风M在舰上着舰的迎角并不大,就已经可以利用鸭翼耦合来获得低速时升力的提升。J20的多波系边条鸭翼复合系统,升力系数比阵风更高。就算着舰仰角比常规布局的中型机稍大,也依然在可接受的范围内。同时J20身上装备的众多光学系统如EOTS和EODAS,也可以用来改善着舰仰角稍大带来的视野遮挡问题。更何况,J20舰载改型开始舰上实验的2022年前后,WS15第四代大推力发动机已经可以使用,甚至可能还有TVC可以使用,大推力的发动机,配合矢量喷口,可以提供一部分的着舰升力,也能提供低头控制力矩,可以大大改善J20的着舰性能。如果使用2元扁平TVC,J20的升力体机身也可以提供更高的升力。考虑到今后10年间气动设计科技的进步、空气动力学的工程运算能力随着计算机性能增长的不断进步,2020年代出现的J20舰载改型,完全可以优化翼型设计、改善机翼变弯度控制,采用更复杂的襟翼/副翼设计来进一步提高其低速升力性能。

尤其值得注意的是,随着采用WS15下一代大推力发动机,J20将有能力使用更大更重、超音速阻力更大的机翼,而超音速性能的损失则同时控制在一个可接受的范围内。这是因为有了更充裕的发动机推力,可以抵消采用更大的机翼带来的重量和超音速段阻力的增加。而更大的机翼,将直接改善J20的低速降落着舰性能。或许正如下图这篇过期论文中左侧的舰载J20A方案一样,略减小后掠角/增大了机翼面积,采用了扁平二元TVC的J20改进型,即可在超音速性能下降可接受的范围内,获得足够的低速着舰降落能力:

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C.

中型鹘鹰改装舰载机工程巨大,超音速性能将进一步下降。

鹘鹰改造舰载机是否比J20容易呢? 答案也是否定的。很多网友认为鹘鹰的原始设计就是适合上舰的,殊不知这种看法过于简单化。鹘鹰的原始设计就是彻底的陆基飞机,并没有为上舰做多少考虑。双方中型机也并不是天生为上舰设计的,米格29、台风设计之初都没有考虑过上舰,只有阵风,这个属于很多网友都不看好的鸭式布局,倒是一开始首先设计的舰载机,后来才发展了陆基型。

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如上图,观察鹘鹰和F35A陆基空军型的对比,可以发现两者的气动布局相似,鹘鹰的机翼后掠角甚至比F35A还大,展弦比比F35A的还小!由此可见,鹘鹰在低空低速阶段的升力特性不见得比F35A更好,而F35A,是不能直接用在航母上当舰载机的。美国对F35A做了重大的改造,发展出了独立的海军型号F35C,这才能够满足航母上使用的要求。由此可见,鹘鹰直接上舰也是不现实的,也需要经历F35A到F35C级别的变化,才能成为舰载机。然而,鹘鹰连基本的空军陆基型都尚未完成原型机的研制,以鹘鹰为基础研制舰载机,进度将更为滞后!

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从上图的F35C与F35A对比中可以看出,舰载型相对陆基型有很大的变化,尤其是机翼的变化非常巨大。F35C翼展13.1 m,F35A为10.7 m,F35C的翼展是F35A的1.22倍。而F22的翼展也仅仅13.56米,F35C的翼展竟然已经接近了F22! 同样,F35C的翼面积为62.1

m2,而F35A仅仅42.7 m2,F35C是35A的1.454倍!,近1.5倍了!而F-22的翼面积也只是78平方米,F35C的翼面积,已经达到了F22的80%!F35A的翼面积则仅仅是F35C的69%! 由此可见,F35C的翼面积显然更接近F22的。可见,就算是中型机改装上舰,也需要对气动做巨大的变化改动,才能满足舰上低速降落的升力要求。鹘鹰直接上舰,以它现在的气动布局,低速降落时的升力是远远不够的。

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事实上,观察美国现在的主要舰载战斗机,都采用了特殊的低速增升手段:F18采用了后掠角很小的大展弦比平直机翼和大边条;F14则采用了可变后掠翼和双发宽间距升力体薄机身。F35C则在四代机升力体机身和三段式折线边条的基础上,又采用了巨大的机翼。这样,才能满足航母降落时的低速升力要求,鹘鹰要上舰,也必须花费大量精力进行类似的改装。

更值得注意的是,F35C和F18这两种中型机,为了适应上舰的低速升力要求,都付出了超音速性能的巨大牺牲。而只有F-14这样的重型机,才有足够的重量和空间,来容纳增加低速升力的设计,同时并不影响超音速性能下降太多。

事实上,美国空军对F35C并不满意。一个原因是超音速性能太差。F35A原来的超音速性能就不好,是所有飞行性能指标里优先级最低的,后来F35系列研制过程中,屡次超重,超音速性能要求指标只好两次下调。第二次下调中,F35A的0.8M~1.2M破音障加速时间延长了8秒,而F35C的破音障加速时间则整整延长了45秒!可见,为了增强低速升力而扩大的机翼,带来了阻力和重量的巨大增加,严重降低了F35本就不怎么样的超音速性能。从这个角度讲,F35C已经更接近于美国海军早前的A6远程亚音速攻击机,距离超音速战斗机F14则越来越远。

F35C还有一个大麻烦是尾钩,由于采用了单发布局,F35的尾钩布置成了一个问题,早先的尾钩设计被证明不够可靠,重新设计的的尾钩今年1月才刚刚完成了地面测试,计划今年10月在航母上开展飞行试验。(http://www.chinanews.com/mil/2014/02-10/5819696.shtml) 可见F35C至今连完整的舰上降落测试都无法进行。F35C的进度各种拖延,而美国海军本就对F35C这个强制的三军统一项目不满意。F35C最后会装备多少数量还未可知。

F35C替代的是早已经停产并且老旧的F18CD,而非较新的F18EF。美国海军现在已经开始了下一代舰载战斗机的研发工作。2012年4月,美国海军发布了对下一代舰载机F/A-XX的信息需求RFI,计划在2030年用以替代届时已经老旧的F18EF。值得注意的是,美国海军对F/A-XX提出的任务需求里首先就是空战任务。

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因字数限制,昨天没有发完,今天续完:

上图是波音响应FA-XX计划而先后提出的两个方案。可见,在美国海军下一代舰载机的研制中,又回归了F-14的双发双座重型机设计。在两个方案里,波音都选择了低阻力高升力的二元扁平喷口无尾三角翼布局,只是在后期方案里加上了鸭翼,以弥补矢量失效时候的控制效率下降。可见,即使是波音这样有F18系列成功经验的公司,对于未来舰载机,也看好无尾三角翼/鸭式布局。

可以看到,我国下一代舰载机开始上舰服役的2025年左右,正是美国海军下一代舰载机研究进入实质进展的时代。2030年代左右,美国海军的下一代舰载机可能也将投入服役。而F35C,美国海军本就不喜欢这一型飞机,现在研制测试又出现种种问题拖延进度,可能只是一种过渡机种,承担的任务也是以远程对地攻击为主,防空任务当前则由F18EF承担,以后交给F/A-XX。面对日益强大对手的崛起,美国海军在未来的防空/远程穿透主力机上,又重拾了F14这样的双发双座重型机路线、来满足高性能的需求。

四,总结:重型机J20为更适合作为基础研制我国下一代舰载机

正如在笔者此前一系列主题贴里提到的那样,对于空中战术飞机来说,双大推重型机天生具有巨大的体格优势,具有更大的起飞重量,容纳更多的内油和设备、武器,有足够的长度容纳超音速面积律优化的气动设计,有双大推更充分的推力来补充能量,有更多的内油可以开更长时间的加力等等。总之,重型机更像一把进攻的重剑,有着巨大的攻击范围和摧枯拉朽的攻击能力。中型机则更像是把贴身格斗的短剑,灵活敏捷,更适合在狭窄环境里防守自身。而考虑到我国未来继续大力发展航母、大力发展海洋战略的目的,就可以知道,我国的海洋战略根本上是进取的战略,是走出去的战略,我们也需要用航母,在遥远的大洋里维护我国的权益。我们的航母,不是在岛链内贴身防守的,那样的话,用陆基的空军和导弹部队就足够了。我们的航母,将开向印度洋、太平洋,面对美国、澳大利亚、印度、中东诸国等其他国家的陆基兵力,以及整个西方世界的海洋机动兵力。既然我们的战略是走出去的、是进取的,是要面对强敌环伺的敌方主场的,我们就应该为我国的航母,配上威力巨大的重剑,这才能在和平时期起到威慑作用、在战时切实做到保存自己、消灭敌人!

笔者还要重点指出的是,讨论J20还是鹘鹰更适合上舰作为下一代舰载机,很多网友是用机械的、固化的、停滞的思维来看待这个问题的,是用2012年左右的技术状态、是用当前我国的外交和战略形势来思考这个问题的。这种刻舟求剑的思维,是无法对下一代舰载机这种未来问题得出科学结论的。不要忘了,我国第一艘航母辽宁号现在都还没有完成全训形成战斗力,我国的第一代舰载机J-15几个月前才刚刚正式服役。我国的下一代舰载机,起码还有近十年的时间用来研制,它真正入役的时间,是在2025年前后,服役之后,又将至少使用到2040年!我国各方面的发展速度都很快,2025年,不光是航空技术、材料技术、发动机技术等各方面的能力,将比现在有长足进步,就是我国的综合国力、面对的国际环境,也将和今天的情况有很大不同。考虑下一代舰载机的选择,也要把这些未来的情况发展变化考虑进去。笔者相信,时间带来的技术和能力进步,足以使得J20这样的重型隐身战斗机获得足够的低速着舰性能。而国际环境的变化带来的更大压力,也会迫使我国对舰载机提出更高的性能需求,因而更要选择重型机作为舰载机!

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