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凤凰甫出群雀伏,风云交汇龙生翼

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———浅析F/A-22及我国战斗机发展道路

第一部分

从20世纪90年代后期至今,世界先进战斗机的研制和改进掀起了新的高潮。这其中最引人注目的无疑是美国的F/A-22“猛禽”(Raptor)。该机是当今技术水平最高、作战能力最强的战斗机,也是目前第四代战斗机的唯一典型代表。本文拟对这种战斗机进行简单探讨,并探寻我国四代机的发展思路。

凤凰甫出群雀伏——F/A-22浅析


远见成就超凡——从概念起源到全速生产

众所周知F/A-22是美国“先进战术战斗机”(ATF)计划的产物,不过该计划并不是很多人所认为的那样是针对前苏联苏-27和米格-29的威胁才提出的。早在1971年美国战术空军司令部便提出了ATF概念,在整个20世纪70年代ATF都被定义为一种先进攻击机,并且在将制空作为它的一项作战任务考虑之前,美国空军已在一系列的需求和概念分析研究中,逐步明确了该机应具有超声速巡航、高机动性、综合化的航电系统、大航程、低可探测性和改善的可保障性等特点。


在气动设计上,苏-27S堪称早期三代机的颠峰之作

美国空军对这种攻击机需求的推动力同样来自当时欧洲大陆上的军事态势。首先,1967年北约组织批准了1959年由艾森豪威尔政府的陆军参谋长麦克斯韦尔 泰勒首次提出、1961年1月约翰 肯尼迪就任美国总统后开始推行的“灵活反应”核战略的实施,该战略的基点是美苏双方的核力量可以“相互确保摧毁”,重点强调美国应具有应付各种常规战争及其升级的能力。这种战略的实施,使北约以前阻滞华约突破的“前沿防御”战略由过于依赖战略核武器的,转变为依靠战略核武器、战区核武器及常规武器组成的“三位一体”的综合作战力量。而到了20世纪70年代美苏和力量对比更加均衡,欧洲大陆上战区核武器的使用门槛也因此提高,所以双方都大大加强了常规武器的研制并力求取得优势。

此外,北约在欧洲大陆部署战区核武器后,华约将其纵深的第二、三梯队的部署得更加分散,避免因过分集中而在战时遭到北约战区核武器的毁灭性打击。比如在北约部署战区核武器之前,苏军一个坦克师的集结范围是3×3千米(宽×深,下同),一个集团军、方面军分别是10×20千米、100×40千米;北约部署战区核武器之后师、集团军的集结范围分别增加到20×30千米、75×100千米,一个师的编制人数也由原来的5000人增加到12000人。同时,华约将集中到前沿的打击力量比例减少到约20%(其中约60%集中到第一梯队),而其余80%都部署在离前线500千米以内的纵深。

显然,北约若要在与华约常规战争中确保实施“前沿防御”战略,就必须具备对华约分散部署的纵深目标进行常规打击的能力,由此便导致了对能穿透华约前线和纵深防空火力、具备纵深攻击能力的先进攻击飞机的需求,前述对ATF的技术要求便来自在纵深打击中保持效率和高生存力的需要。当时美国的研究结果认为,这种攻击机的巡航高度应达到50000~65000英尺(15240~19812米),最大马赫数应达到1.6~2.2。

但是到了70年代后期,情况发生了一些变化。1977~1979年,美国侦察卫星在莫斯科附近朱可夫斯基城的拉明斯基(Ramenskoye)先后发现了苏联两种新型战斗机的试验机,并根据发现地点将其分别称为拉明-K和拉明-L,它们实际上分别是苏-27和米格-29的原型机。当时美国情报部门认为这两种飞机将分别在1987年年中和1985年年初具备初始作战能力(IOC),且性能可与F-15和F-16相匹敌;同时美国的情报显示其他国家也在研制或准备购买新一代战斗机。为继续保持美军战斗机领先一代的优势,美空军在1980年4月将制空列入了ATF的任务考虑,其后一系列的研究表明此前明确的ATF攻击机应具有的特征同样适用于未来空战环境。1982年8月,美空军首次明确将争夺制空权列为ATF最优先的任务。


ATF竞争的失败者,YF-23A


与前卫的YF-23A相比,YF-22A看上去有点像F-15的进化


画面远处那架安装反尾旋伞的是第一架YF-22A,装T-GE-100发动机;第二架则装YF119-PW-100发动机。
1990年4月YF119-PW-100战胜T-GE-100,被选为F-22A的发动机进行工程发展

1981年11月获得五角大楼批准了美空军有关ATF的需求报告,经过概念发展研究(CDI)和演示/验证(D/V)两个阶段后,洛克希德(今洛克希德 马丁公司)小组的YF-22A于1990年4月23日击败诺斯罗普小组的YF-23A,赢得ATF的工程制造与发展(EMD)合同。虽然YF-23A在隐身和超声速巡航能力上高于YF-22,但美空军认为该机的设计过于冒险。YF-23A若能赢得合同并发展成功,其超视距空战能力将比今天的F/A-22更强。下表显示了YF-22A在与YF-23A进行竞争试飞的过程中达到的一些性能:




第一架F-22A EMD飞机(4001)

1997年4月9日F-22A被命名为“猛禽”,首架EMD飞机(4001)于同年9月7日首飞;1998年5月17日该机开始了发展试验与评估(DT&E)阶段试飞;2001年8月15日获准进入低速率初始生产(LRIP)阶段;2002年9月17日编号改为F/A-22,表示它也可用来对地攻击;2004年4月29日开始进行初始作战试验与评估(IOT&E);相当于部队试用;2005年4月15日,美国国防部批准该机进入全速率生产(FRP)阶段,这标志着该机研制工作已经结束。下表显示了9架EMD飞机的基本情况:




4011进行出厂试飞

1998年7月10日,美空军与洛 马签订合同生产2架生产型代表试验机(PRTV)和6架初始生产型F-22A。这些飞机编号为4010~4017,其中两架PRTV:4010、4011分别于2002年10月12日和2002年9月16日首飞,它们与4008、4009号机参加了IOT&E。截至目前F/A-22工业小组已获得5批低速生产合同,第6批的生产数量已确定为26架。LRIP阶段的生产率约24架/年,FRP阶段将提高到约32架/年。目前美空军与国防部就该生产多少架F/A-22仍在争论不休,空军坚持需要381架,但其预算最多只能支持295架;国防部则打算将生产数量砍到181架。该机前5批生产合同的基本情况见下表。到第4批时,其单价已降低到约1.3亿美元。

截至2005年4月26日,F/A-22公布的最大飞行高度超过60000英尺(18288米),迎角范围超过-60°~+60°。达到的主要关键性能指标中,超声速巡航速度达到M1.72,比指标要求的M1.5高15%;加速时间53秒,比指标要求的54秒高2%(未指明具体条件);M0.9时的机动性满足指标要求;某种任务构型下的作战半径(亚声速+超声速)达到574+185千米,比指标要求的370+185千米高14%;雷达探测距离比指标要求高5%;完成部署需要8.4架C-141B运输机支持,与指标要求的8架略有差距;平均故障间隔时间(MTBF)3.0小时,满足指标要求;隐身性能高于指标要求。

美空军预计,F/A-22将在2005年12月形成IOC(初始作战能力),驻扎在佛罗里达州的廷德尔空军基地的第325飞行联队将成为首支训练部队,驻扎在弗吉尼亚州的兰利空军基地的第1飞行联队第27中队将成为首支作战中队。

第二部分

“猛禽”雄风起,四海尽雌伏——设计特点及作战性能

作为一种空战平台,F/A-22的最大优势在于具备出色隐身性能的同时,成功融合了战后第二代战斗机的高速性能和三代机的亚、跨声速机动性能,并在超声速巡航和过失速机动方面取得了真正具备实战意义的突破,这是目前世界上其他任何战斗机都无法相比的。


--隐身
F/A-22隐身性能的实现主要通过外形设计和结构设计(主要是内部武器舱和S形进气道)实现,在雷达隐身方面,洛?马宣称该机与早期隐身飞机(F-117A、B-2A)相比,将吸波材料/结构的使用降低到了最低限度,改善了该机的后勤维护特性并减轻了重量。同时,射频管理和有关战术也有利于该机在实战条件下的隐身。

外形、结构与细节设计
F/A-22隐身设计的特点非常明显。最主要的是通过大量的平行设计使回波波峰集中到少数几个非重要方向上:F/A-22的进气道上/下唇口、主翼前缘、平尾前缘、平尾后缘内侧、尾撑后缘及矢量喷管表面一侧后缘;主翼后缘、平尾后缘外侧及矢量喷管表面另一侧后缘都是平行的,这样可把散射波峰合并到偏离头向及尾向的非重要方向上,尽管这会增加该方向的散射功率,但减少散射波峰数量确实能给隐身带来更大的好处。


F/A-22采用了大量的平行设计以确保散射波峰集中到4个非重要方向上,而YF-22A可能形成8个散射波峰

F/A-22在设计上还注意了减小侧向雷达散射截面积(RCS)。例如采用整个机身上部与机翼融合的设计和外倾的双垂尾;平尾前缘内侧切入主翼后缘内侧,后缘延伸到尾喷管后方,与机翼一起对后机身提供了最大限度的占位遮蔽作用;采用脊形(类似两个头盔上下合并成的形状)前体截面,进气道上表面成曲线形,侧缘有窄边条,与独特的座舱盖形成了头盔形剖面;机身侧面向内倾斜约35°(一般认为侧向雷达威胁的主要方向在30°以内)等。

该机的其他雷达隐身设计特点有:雷达罩设计成“频率选择表面”(FSS),能阻挡某些频率雷达波透过雷达罩照射到天线,同时保证对本机雷达的透波性能;雷达采用一个向上的固定安装角,使天线回波方向偏离头向的重要锥角范围;采用S形进气道,使雷达波不能直接从进气口照射到发动机叶片,同时在弯曲进气道内被多次反射而衰减能量;所有控制面端头的缝隙及全动平尾与尾撑之间的缝隙都开有菱形槽,避免控制面偏转后活动面端头平面及与其对应的固定部分端面产生强的反射回波(因为开菱形槽使两端面之间形成了足够的倾斜角);将主要天线和传感器采用内埋或共形布置;将各口盖边缘设计成锯齿形(如雷达罩与机身蒙皮的对缝、起落架舱门的前后缘、武器舱门的前后缘、附面层控制板的前后缘等),并且锯齿边与主翼前缘或后缘平行;口盖所采用的密封装置可保证95%以上的维修活动结束后,不必对口盖进行低可探测性复原处理;机体表面的通气口都采用精密加工的钛合金隔栅加以屏蔽等。


F/A-22进气口附近

F/A-22的红外辐射强度减缩措施主要包括:采用有利于喷流冷却的矩形(二元)喷管;垂尾、平尾与尾撑向后延伸,可遮挡尾喷管的红外辐射;在机翼蒙皮上采用波音名为“面漆”(Topcoat)的红外抑制涂料,降低超声速巡航时蒙皮气动加热产生的红外辐射强度;可利用机翼内部燃油对超声速巡航时的蒙皮加热进行冷却等。有报道称其F119发动机的尾喷口还采用了保密的红外抑制措施。


二元喷管因有较大的管壁面积和与外界空气的接触面积,更容易与后机体进行一体化设计,与轴对称喷管相比有利于隐身


F/A-22的垂尾外倾28°,布置靠前,同时兼顾了气动和隐身的要求

F/A-22的隐身设计水平较高,其RCS分析和计算采用了整机计算机模拟(综合了进气道、吸波材料/结构等的影响),比F-117A的分段模拟后合成结果更先进、全面和精确,同时可以保证机体表面采用连续曲面设计。该机的RCS试验结果与预测值的差异不超过1dB,其中关键频率上的RCS有73%与预测值的差异在2dB以内,97%在3dB以内。该机的头向RCS约为0.065平方米,比苏-27、F-15(空机前向RCS均超过10平方米)低两个数量级,而且特别要强调的是由于该机在作战条件下武器可采用内挂,不会引起RCS增大,故此时其隐身优势将更明显。此外,有报道显示该机的侧向RCS仅2~3平方米,果真如此,也只有典型三代机的1/100左右。通过隐身外形设计可能将战斗机的前向RCS降低到约0.5平方米,所以如果我们假定F/A-22不采用RCS减缩外形设计的前向RCS为10平方米,就可以计算出外形设计对其前向RCS缩减的贡献超过90%。在红外隐身方面,从一些资料可推断出该机在推力损失仅有2%~3%的情况下,将尾喷管3~5微米中波波段的红外辐射强度减弱了80%~90%,同时使红外辐射波瓣的宽度变窄,减小了红外制导空-空导弹的可攻击区。

F/A-22隐身设计的意义不仅在于减少了被发现的距离,还在于使得全机雷达散射中心及红外辐射中心发生改变,导致来袭雷达或红外制导导弹的脱靶量增大。这样该机的主动干扰机、光纤拖曳式雷达诱饵、先进的红外诱饵弹等电子对抗设备也更容易奏效。

根据有关模型进行计算,取F/A-22的前向RCS为0.1平方米,与10平方米的情况比较,在其他条件相同的情况下,前者的超视距空战效能比后者高出500%左右。


F/A-22打开侧武器舱进行机动,笔者认为飞行员在即将进入近距空战时就会打开侧武器舱门伸出导弹,以更快地捕获到射击机会

带二元推力矢量喷管的F119发动机,喷管上下表面可反向运动改变喷管面积(收/扩喷管),适应不同推力的需要,同向运动时即形成矢量推力。F119发动机的推重比高达12,是F/A-22卓越飞行性能的关键之一


射频管理及有关战术
要在实战条件下实现隐身,除采用隐身外形设计及武器内挂外,还应对本机主动辐射的电磁波进行控制和管理,否则可能反而在更远的距离上被对方发现。

F/A-22初步考虑了传感器的孔径综合设计,机上布置的20多个电磁天线可以完成以前60多个天线才能完成的功能,尤其是APG-77有源相控阵雷达,除了传统雷达的功能外,还能用于情报侦察、电子干扰和通信,三代机上APG-70(用于F-15E)、RDY(用于“幻影”2000-5)等先进雷达所具有的无源探测、空-空导弹中段指令修正、导航等能力也得到了提高。相控阵体制的采用使APG-77具有极快的扫描速度,减小了被敌方截获和识别的概率;同时该雷达及其他主动辐射源的波形都满足严格的低可截获概率(LPI)要求。APG-77采用的LPI技术包括根据目标探测需要控制发射功率(发射功率越大则越容易被敌方在远距离上截获),其他技术可能包括伪码扩谱,即将能量用伪噪声的形式扩散在宽的频率范围内。

APG-77具有一定的非合作目标识别(NCTR)识别能力,可不通过敌我识别装置(IFF)的问讯/应答进行远距离目标分类,因此有利于隐身和提高超视距空战能力。这里说的“非合作目标”指不能对自己的敌我识别(IFF)问讯器进行正确响应的目标,并不一定就是敌机。NCTR的技术原理是通过雷达的高分辨力或模式识别能力识别目标类型。当前,号称具有这种能力的雷达除了APG-77,还有APG-70、RDY和ECR-90(用于EF2000“台风”)等。据有关资料,APG-77采用的NCTR技术至少包括 APG-70上已采用的“喷气发动机调制”(JEM)。美国空军的试验显示,有效的喷气发动机调制回波(喷气发动机转动的叶片将对回波的相频特性产生调制作用)在目标机头+/-60°范围内都可以检测到,80%迎头接近的目标飞机都将被脉冲多普勒雷达检测到此回波。通过提取这种回波并进行处理,可计算被跟踪目标发动机压气机的叶片数量和转速,进而实现敌我识别。此外,美国媒体还曾报道APG-77可利用“逆合成孔径雷达”(ISAR)工作状态获得对目标的超高分辨力(达到约30厘米),结合JEM处理结果实现NCTR。不过从系统的角度来看,NCTR的物质基础远远不止雷达,各种机载传感器及作战系统中所有传感器获得的信息均可用来在空战中实现NCTR。


APG-77有源相控阵雷达是F/A-22非凡作战能力的重要保证,该雷达具有NCTR能力

在战术上,F/A-22可利用其综合电子战系统(INEWS)中ALR-94雷达告警接收机(RWR)与APG-77相配合实现隐蔽接敌。ALR-94在方位和俯仰上都提供了全向覆盖,探测距离超过460千米,远超过APG-77雷达的200~300千米。ALR-94据称采用了长基线干涉测量技术,能在185千米以上距离为APG-77雷达提供精确的目标方位指示。在ALR-94的指示下,APG-77雷达可以不采用大空域扫描方式,而采用2°×2°(方位×俯仰)的针状窄波束对所指示的方向进行扫描,在减小被截获概率的同时提高搜索效率。ALR-94还可对高优先级辐射源(例如近距离上打开雷达的敌战斗机)进行实时跟踪,其测向结果可作为AIM-120中距空-空导弹的火控数据,目标精确距离和速度信息则由APG-77雷达提供。这种超视距攻击模式被称为“窄波束交错搜索与跟踪”(NBILST)。ALR-94获得的测向信息同样可作为目标要素提供给反辐射导弹。
俄罗斯苏-35和苏-30MKK等战斗机的RWR都能为Kh-31P反辐射导弹提供目标要素,实现这种战术的技术基础可认为已经具备。印度苏-30MKI则已知可采用与此类似的“预置远程瞄准”模式。在此模式下,N011M“雪豹”无源相控阵雷达在锁定一个目标后,将瞄准信息自动传送到机上导航系统,随后雷达停止辐射,飞机以雷达静默方式接近目标(飞行路线可选择杂波区)。抵达预定区域后,雷达瞄准系统重新接通,更新预置瞄准数据并将它传送到武器系统。在静默接近过程中,该机可通过RWR保持测向,或通过数据链接收目标信息。


苏-30MKI战斗机可采用“预置远程瞄准”战术避免雷达长时间工作而被敌方截获

F-15J垂尾顶端的J/APR-4雷达告警接收机(上方凸出物):战斗机也能利用其RWR实现对地面目标的精确定位。美军的这种技术在F-15和C-130上进行了验证,现已达到实用化阶段。其实现原理是比较机上两个RWR的信号差分多普勒曲线和到达时间差曲线,实现精确的辐射源定位

其实从工程的角度来看实现上面的战术并不难,关键是RWR有足够的精度——让雷达按低精度的方位指示进行搜索很可能根本抓不着目标。很多看似神奇的功能,其实要在工程上将已具备的技术条件进行综合就能实现,例如B-2A和F-15E可利用其机载雷达的“合成孔径雷达”(SAR)模式为GPS/INS(卫星定位辅助惯导)制导的“联合直接攻击弹药”(JDAM)提供坐标装订,如果机载雷达对地探测精度足够,又拥有GPS/INS制导炸弹,是否具有这种能力基本上就仅仅取决于是否去做综合它们的工作。如果对此进一步展望,我们很容易推断对于具备SAR及“地面移动目标指示/跟踪”(GMTI/GMTT)能力的机载雷达,可能实现使用没有末制导的GPS/INS制导弹药有效攻击移动目标,其中GMTI/GMTT的信息可通过数据链传输给弹药。

F/A-22还采用了综合飞行数据链(IFDL),能实现16机编队作战,具体形式是16机分为4个4机菱形小编队(前、后各2个),每个小编队内部的4架飞机可通过IFDL完全共享目标信息,各小编队内有一架长机,4个小编队的长机之间通过IFDL交换目标信息。毫无疑问,F/A-22以这种编队进行超视距空战,有很多战术可以选择:例如由于APG-77雷达具有卓越的多目标探测能力,整个编队可以只有2架飞机打开雷达,其他飞机可保持静默;前方2个编队可依次发射AIM-120攻击目标后机动脱离,由后方编队机进行中段制导;前、后编队或4个编队轮番进行超视距攻击……等等。与其他新型战斗机一样,F/A-22具有良好的可部署性。该机成建制(24架)完成部署需要8.4架C-141B运输机(最大载重约11吨)支持;达索则宣称20架“阵风”执行任务30天所需的设备和备件只需4个架次的C-130运输机(最大载重19吨)运输。

“蓝色801”(苏-35UB)和苏-30MKK 503号原型机:据报道,苏-30MKK的TKS-2数据链也可实现16机编队作战(编队划分方式与F/A-22相同),而鲜为人知的是,俄罗斯苏-27S上采用的数据链已可实现8机编队作战。但是这些数据链与F/A-22的IFDL相比过于简单,且该机缺乏F/A-22的持续超声速机动性和隐身能力,航电系统(尤其是雷达性能)也远逊后者,其结果就是无法采用更松散的编队控制更大的空域,并且在面对F/A-22编队时很难做到先敌发现和先敌攻击

事实上,有利于隐身的超视距空战战术不止这里简单描述的两种,若考虑与其他机种等协同作战以及战场具体情况,战术选择无疑将更加丰富。而且许多战术取决于机载设备和武器的能力,并非四代机的独有专利。


--超声速巡航与过失速机动
F/A-22的外形设计主要考虑的仍然是气动而不是隐身,但它将两者折衷得很成功。F/A-22达到的气动设计水平是:零升阻力系数约为0.034(第二、三代战斗机分别约为0.032、0.041~0.044),亚声速最大升阻比约为12(第二、三代战斗机的水平分别为8、12),超声速最大升阻比5~6,最大升力系数不低于1.8(第二、三代战斗机的水平分别为1.2、1.6,但米格-29和苏-27可达1.7~1.8),风洞试验和分析显示其最大可控迎角可达+85°(二代机一般不超过+20°,三代机一般不超过+40°)。相对于以前的作战飞机,该机在飞行性能上的最大突破是同时具有实战意义下的超声速巡航和过失速机动能力。

超声速巡航的一般定义是在作战状态下,以超过M1.4的速度(M0.75~M1.4属于跨声速)持续飞行30分钟以上。F/A-22不开加力的超声速巡航速度的设计指标为M1.5,实际达到M1.72。它实现这种能力有4个关键:低阻气动外形设计;大推力、小涵道比的F119发动机;大的机内载油量和武器内挂。

低的超声速波阻还要求控制机身截面积的纵向分布,而进气道的位置对飞机截面积的分布影响很大。若要保证进气道纵向位置较好,通常就难以保证前翼和前缘边条等结合到好的面积律布局中去。为此一般采取的措施是像F/A-18那样将进气道充分后移,或者像苏-27那样将前机身加长。但F/A-22为保证隐身,进气道不能后移(S形进气道需要有足够的长度),故它的设计是进气道位置靠前,但只采用机头和进气道上表面侧缘的窄边条

在超声速过程中激波阻力(波阻)的比例可占到75%左右,所以为实现超声速巡航进行低阻外形设计的关键在于降低波阻,其途径包括减小翼型相对厚度(机翼纵向剖面最厚处的厚度与剖面弦长比值)、控制机身横截面积的纵向分布及对后机身进行优化设计等。F/A-22翼根的相对厚度为5.92%,翼尖为4.29%。为提高机翼的绝对厚度以利用结构,该机将机翼平面形状设计成菱形,这样在翼根处的弦长就很大,从而满足了气动和结构的双重要求。不过从隐身角度说翼型不但相对厚度应该小,前缘也要尖削(F-117A就是如此),但这样气动性能不好,F/A-22并未采用这种设计,但其机翼前缘半径也不大,综合照顾了气动和隐身要求。后体设计中双发喷管的间距是个非常重要的因素。亚声速时间距大则阻力小,但影响有限;而在超声速时,间距小阻力也小,并且影响很大(稍微减小间距就可以明显降低阻力)。F/A-22和F-15一样采用了小间距设计,表明它更注重超声速阻力的减小,而重视低速性能的舰载机F-14则采用了大间距设计。同时F/A-22的后体扁平(与二元推力矢量喷管平滑结合)对减小超声速阻力也有好处。


脊形机头棱边、进气道上表面涡流发生器和外侧凸缘能在大迎角下保持涡流的对称性并控制气流分离,由此获得卓越大迎角飞行性能

采用大推力发动机(在超声速状态下有足够剩余推力可用)、低阻外形设计、武器内挂和大幅度放宽静稳定度使F/A-22具有了作战状态下的、优良的持续超声速机动能力【注1】。F/A-22在亚声速时具有高度的纵向静不稳定度,尽管具体指标并没有公布,不过美国在20世纪80年代的前掠翼验证机X-29A就达到了亚声速时35%(“幻影”2000为中立稳定;我国歼-8Ⅰ主动控制技术验证机为4%、F-16A/苏-27S为5%)、超声速时中立稳定的水平。不过必须指出的是纵向静稳定度并非可以任意无限制放宽,必须考虑全机的配平能力。亚声速时具有高度的纵向静不稳定度,那么到超声速时焦点(迎角变化时升力增量作用点)后移也不至于离重心太远,这样此时飞机比较容易配平,敏捷性和机动性也由此得到提高。

【注1】若不考虑飞机能量的丧失(机动中急剧损失速度和高度),许多飞机都可以在超声速下完成有相当过载的瞬时机动,例如美国空军研制“轻型战斗机原型机”时(赢得该项目的就是大名鼎鼎的YF-16),就要求它能在12千米高度以M1.5进行3~4g的急盘旋;有些三代机也具有一定的持续超声速机动能力,如苏-27S(半油+2枚R-73)在高度10千米、M1.6时的稳定盘旋过载为3.4g。尽管此时苏-27S携带的并不是中距弹,并且也没有证据表明它能在这种状态下发射R-73,这个指标仍然比F/A-22有明显差距。

笔者认为,优良的持续超声速机动能力的战术意义体现在整个战区上空执行超视距空战任务和躲避超视距导弹攻击两方面;而随着先进头盔瞄准/显示系统和近距空空导弹发展,在亚、跨声速格斗状态下,瞬时机动性能已成为平台更为关键的性能指标。从这个角度,四代机能量机动的重心在超声速、超视距作战。

过失速机动(PSM)的定义是飞机在失速状态下仍可进行可控的机动。F/A-22的PSM能力源自其先进的气动布局、推力矢量控制(TVC)、适应性良好的大推力发动机及飞控系统控制律(本文不再具体分析)。PSM可快速改变机头指向(通常不是速度矢量方向),主要在近距格斗中快速获得攻击机会或转换敌我态势,需要与具有大离轴攻击能力和高机动性的近距弹相结合才能充分凸显其价值。F/A-22在+60°的超大迎角下进行滚转时,机头指向的改变速率可达近90°/秒;还能在40°的大迎角下进行360°横滚。推力矢量技术还提高了飞机的敏捷性,使F/A-22在20°迎角下的滚转速率由50°/秒增加到100°/秒(早期美国为F-14A安装偏航折流板试飞时,在241千米/小时的速度、40°迎角下滚转90°的时间由原来的30秒缩短到了5秒)。该机的电传操纵系统还可实现多种直接力控制机动(DFCM)模式,可改善飞机对地攻击时的瞄准精度、增加攻击机会、减轻机体/飞行员的疲劳和改善飞行品质。

苏-35战斗机:笔者认为,尽管苏-27“眼镜蛇机动”的实战意义不大,但俄罗斯没有理由在苏-35上再搞这样的噱头。我们可以思考,苏-35的“钩子”机动是如同苏-27的“眼镜蛇机动”那样意外的发现,还是在设计上已作考虑,使这类机动得到了保证?为什么苏-27无法完成“钩子”机动?有关报道显示,俄罗斯已能做到在“钩子”机动等大迎角状态下发射R-73近距弹进行攻击

超声速巡航能力带来的好处是可外推拦截线、快速接近敌机和占位、扩大导弹攻击区、高速脱离战区摆脱攻击等。按有关模型计算,在进行超视距空战时,F/A-22在超声速巡航状态下的空战效能比在跨声速状态下提高了100%~200%。而在进行拦截作战时,国外的研究表明若拦截机相对于目标有2:1的速度优势(这恰好是F/A-22的超声速巡航速度相对于当今战斗机巡航速度的优势比值),则拦截能力可比1:1的状态提高500%。此外,超声速巡航能力与F/A-22的大航程、先进的综合式航空电子系统结合,使其可控制空域面积大大增加,据报道比三代机增大11倍。

推力矢量控制(TVC)的采用能极大地提高战斗机的近距空战效能。一些研究结论如下:
(1) 法国航宇研究院的进行同一机种一对一的数字模拟结果:在M0.9,10800米高度,获胜率比值为1:3.55(78%:22%);在M0.5,1500米高度,获胜率比值为1:8.1(89%:11%),都是采用TVC的一方胜出(仅考虑了在俯仰方向上采用TVC控制)。

(2) 德国的赫布斯特在3种不同的有人驾驶模拟器上进行了3000次模拟近距空战,得出如下结果:1架采用俯仰-偏航TVC的战斗机可压制带有同样武器的2架不带TVC的同型机,在双机和多机战斗中也有明显优势;大多数射击机会发生在完成一个PSM后开始返回常规飞行状态的时刻;具有PSM能力的战斗机能在很大的迎角下绕速度矢量滚转,能在整个近距空战过程中保持有效控制。

(3) 德国和美国联合研制的X-31A“增强战斗机机动性验证机”(EFM)与F/A-18进行一对一模拟空战的结果是,前者不使用TVC时交换比为2:1(X-31A损失:F/A-18损失,下同),使用则达到1:8。

虽然基本的物理定律决定了任何采用锑化铟红外敏感材料的近距弹对机头和机体侧面蒙皮温度的感应距离不及对工作中的尾喷口,但笔者认为这绝不意味着现代近距空战仍然会需要采用狗追兔子式的咬尾模式。因为先进近距弹已基本实现全向攻击,并能与头盔瞄准/显示系统交联攻击大离轴目标,在双方都可能装备这种武器系统的情况下,飞行员是否愿意冒着机动过程中被对方直接采用大离轴攻击命中的危险,坚持绕到后方发射导弹?在笔者看来,技术决定战术的一个典型体现就是:为防止对方使用装备的最大性能先行杀伤我方,我方也必须发挥出同类装备的最大性能以争取首先杀伤对方。所以前面问题的答案显然是否。这样,机身快速指向加离轴攻击必将是未来近距空战的主要模式,为了保持能量而对采用这种战术过于审慎,其结果将极可能是被采用这种战术的对手迅速击落。

F/A-22的座舱设计比较传统,尚不如“阵风”前卫。“阵风”在座舱设计上目前超越F/A-22和F-35的地方是其平显结合下方的正视显示器更有利于形成直观的态势认识并减轻飞行员的疲劳。F/A-22也未采用直接语音输入控制,美国人的理由是:“美空军基于很多理由排除了(在F/A-22上)采用话音控制(话音识别)。原因之一是使用双杆操纵(HOTAS)时,你按一个开关就可以办到你想要办的事情;而使用话音控制时,你不得不按一个按钮,发出指令并由视听加以确认”。但笔者认为如果说这是问题的话,也完全可通过工程设计优化或技术进步解决


--综合式航空电子系统
F/A-22还采用了大量其它先进工程技术,其中对作战效能影响最大的无疑是其先进的航空电子系统。该系统以美国空军莱特实验室在20世纪80年代中期提出的“宝石柱”(Pave Pillar)综合航电结构为基础,但进行了适当简化。系统的总线有多种,包括传输速率达50兆比特/秒(50Mbps)的光纤“高速数据总线”(HSDB,每条线可挂128个终端)、1553B总线(也是大多数三代机采用的标准总线,传输速率仅1Mbps,每条线只能挂32个终端)、“共用综合处理机”(CIP)底板上的并行模块间总线(PI-Bus)及测试/维护总线(TM-Bus)。
采用“共用综合处理机”(CIP)及其内部的软件完成除雷达和电子战系统的信号处理外,所有传感器及设备的全部信号/数据处理工作是F/A-22航空电子系统的最大特色。该CIP是32位的精简指令集(RISC)并行计算机,运行速度4亿条指令/秒,是早期F/A-18任务计算机的400倍;信号处理速度80亿次运算/秒或23.5亿次浮点运算/秒,而早期F/A-18的任务计算机基本为零(因为包括该机在内的大多数西方三代机都采用分立的传感器信号处理方式);
数据处理部分采用了英特尔公司主频25兆赫的I960MX等处理器。每个CIP有66个外场可更换模块(LRM)插槽,但1、2号CIP目前分别有19、22个未使用以备日后扩展,机上还为安装第3个CIP准备了空间、功率和冷却装置。因此从可增加的LRM数量计算,F/A-22的信号/数据处理能力还有超过80%的升级潜力。CIP采用液冷,介质为聚α-烯烃(PAO)的,其流动冷却可使每个CIP获得4000瓦的冷却能力,但目前只需要2500瓦,冷却温度为35°C。

F/A-22全机软件规模达到约170万行(此外,“猛禽”项目的软件开发还包括300~400万行用于地面训练和支持的源代码),90%用Ada语言编写。为得到更好的探测效果并为飞行员提供真正有价值的信息,该机的任务软件具有传感器数据融合处理能力。传感器获得的信息由任务软件中的融合处理部分进行相关判断和处理,将来自不同传感器的同一目标信息融合,然后建立起跟踪文件,任务软件的任务管理部分对跟踪文件进行目标位置和威胁等级评估,确定跟踪优先级、跟踪精度和跟踪数据刷新率。任务软件的传感器任务设置部分,根据跟踪要求,控制传感器在保持搜索的同时不断刷新有关跟踪和识别信息。上述过程连续、自动进行,但飞行员可介入对目标跟踪优先级的修改。机载软件的可靠性曾成为F/A-22试飞阶段整个航电系统的关键问题,不过目前已得到解决,其平均中断事件间隔时间(MTBIE)已超过21小时(早期不到3个小时)。不过软件算法已成为该机未来发展的一个瓶颈。

限于篇幅,这里不介绍F/A-22在总体优化设计、结构/材料/制造、推进系统(进气道、发动机系统和尾喷管)、机电系统(电源、第二动力、液压、环控、燃油、机轮刹车、生命保障、弹射救生等)、可靠性/可维护性/可保障性(RMS)等方面采用的先进思想和技术,隐身、气动和航电方面的内容也只进行了简单探讨。但凭一斑已可窥全豹,F/A-22的技术及作战能力优势是无可置疑的。国外的研究数据显示该机与与苏-27S的空战效能对比为(F/A-22:苏-27S),仅考虑常规性能时为1:1;考虑前者的超声速巡航能力为2:1;加上隐身为8:1;再加上先进的航电系统为20:1!F/A-22也能很好地融入美军的作战体系,并使这样的体系“奇正相生”,极大地增强其攻防能力。F/A-22并非所有性能都领先于其他战斗机,例如该机未采用EF2000上的飞机结构健康监测系统(但F-35装备的此系统则比EF2000更完善)。EF2000和“阵风”还宣称能在携带4枚中距弹的情况下不开加力超过声速,但其速度实际上仍在跨声速范围,而F/A-22可达M1.72。(未完待续)

第三部分

风云交汇龙生翼——探讨我国四代机的发展


迄今为止世界上只有美国研制了F/A-22和F-35两种四代机;欧洲除了一些国家参与了F-35的研制外,还没有提出一个明确的四代机型号发展计划;俄罗斯五代机(俄标)虽然正在积极研制,且印度、法国已分别于2003年1月和7月决定参与研制,但迄今只达到电子样机和设计草图阶段;印度、日本虽然曾各自提出MCA(“中型战斗机”)、FIX隐身战斗机研制计划,但都还只是一种纸上谈兵的设想。那么我国是否需要研制四代机?该研制怎样的四代机?以下是笔者的一些个人观点。

四代机必须上
我国周边地区计划研制或积极计划装备四代机的国家和地区除了俄罗斯、印度和日本,还有韩国、台湾地区和新加坡。其中,日本和韩国目前更倾向于获得F/A-22,新加坡和台湾地区则对F-35有兴趣(有报道称台湾计划在IDF基础上发展所谓的四代机ADF,但笔者认为其实现的可能性基本为零)。此外,韩国将从明年开始将装备F-15K【注2】;日本研制和装备了F-2A/B支援战斗机,并正在改进F-15J,使之能在空战中对抗苏-30MKK和F-15K;新加坡正在从“阵风”和F-15T(与F-15K类似)之间选择新一代战斗机(2003年10月另外3个竞标者:F-16第60批次、F/A-18E/F和苏-30MKS已经被淘汰,2005年4月EF2000也被淘汰);印度和马来西亚分别装备和购买了苏-30MKI和苏-30MKM(两种型别相似),前者还在研制LCA“光辉”轻型战斗机;印度尼西亚购买了新型的苏-30MK(外形和结构与苏-30MKK接近),越南订购了4架苏-30MK(总价格不低于1.1亿美元),而此前越南已花3.8亿美元购买了12架苏-27,包括7架苏-27SK和5架苏-27UBK。

【注2】F-15K在2002年3月27日在竞标中击败苏-35、“阵风”和EF2000,4月19日韩国空军正式宣布将购买40架该型机。随后签订了价值42.28亿美元的合同,其中约36亿美元用于采购40架飞机;约3亿美元用于购买密码设备和AIM-120中距弹、AIM-9X近距空空导弹、AGM-84“鱼叉”反舰导弹和配合AN/AWW-13武器控制数据链吊舱使用的AGM-84H“增敏型斯拉姆”防区外空对面导弹等武器装备;约3亿美元用于购买美国通用电气公司的F110-GE-129发动机作为动力装置(包括80台安装在飞机上的发动机和8台备用发动机,韩国三星公司将参与大多数发动机的组装工作)。飞机将在2005~2008年间交付,首架F-15K已于2005年3月3日首飞成功。

F-15K很可能选择APG-63(V)1脉冲多普勒雷达,也可能采用(V)2或(V)3型有源相控阵雷达。F-15K的(V)1雷达与美国空军F-15C/D改装的同型雷达不同之处在于具有很强的对地能力,且对地功能可升级到APG-70的水平;采用霍尼韦尔公司基于摩托罗拉公司的PowerPC处理器的 “先进显示核心处理机”(ADCP)代替了F-15E的中央计算机和多功能显示处理机;采用诺斯罗普?格鲁门公司的新型ALQ-135C电子战系统,具有了对防空监视雷达等低频段威胁信号实施干扰的能力;采用恺撒电子公司的座舱显示器,包括“联合头盔提示系统”(JHMCS)和7个有源矩阵液晶显示器(AMLCD);装备“多功能信息分发系统”(MIDS)终端和英宇航系统公司的AN/APX-113先进敌我识别器;外挂Litening ER先进瞄准吊舱;外挂点数量增加到15个。

按照合同,韩国空军在获得F-15K的同时可以获得如下装备:60套JHMCS、157枚AIM-120C5、105枚AIM-9X、48枚AGM-84H、118枚JDAM、45枚JSOW AGM-154A 、42枚AGM-142、42枚AGM-130A改型(采用GPS/INS加256×256元红外凝视成像导引头)、18枚AGM-84和20枚AGM-88C“哈姆”。


总装中的韩国F-15K:目前国外认为东亚地区最强的战斗轰炸机是苏-30MKK,但这一荣誉很快将被F-15K拥有


法国“阵风”战斗机

“阵风”战斗机的座舱设计独具匠心:以笔者的了解,俄罗斯和法国在武器装备发展方面总有自己独具特色而巧妙的思想,俄罗斯在系统综合方面的造诣更可称独步天下。这些很值得我们借鉴

EF2000“台风”:在一些美国专家看来,EF2000航电系统采用的总线标准相当失败。该机采用STANAG3838/3910混合总线,3838总线速率1Mbps,传送指令/控制信息;3910总线介质为光纤,速率20Mbps,传送数据信息。该混合总线不仅速度远低于F/A-22的HSDB,更重要的是仍采用集中控制(总线上所挂设备中有一个要负责控制总线),而不像F/A-22那样采用令牌传送协议方式的分布式控制,所以在系统容错和可靠性方面有严重缺陷

最关键的是,随着美国军事战略和在亚太地区军事部署的调整,其空中力量将在西太平洋的天空中编织出愈加坚硬的天幕。目前美空军正在对F-16进行“通用构型实现项目”(CCIP)改进,将为其装备“多功能信息分发系统”(MIDS)、“联合头盔提示系统”(JHMCS)和AIM-9X近距弹,还将携带射程超过370千米的AGM-158“联合空对地防区外导弹”(JASSM)。此外还计划对F-15C进行装备有源相控阵雷达等改进以提高空战能力【注3】,这两种战斗机美国在日本都有部署(其中F-15C可能会前出部署到距钓鱼岛120千米、台湾岛460千米的下地岛)。美国海军航空兵已经装备作战性能非常优异的F/A-18E/F。最近,又有报道说美国空军计划将F/A-22部署到关岛基地【注4】,以后该机还可能部署到日本。

【注3】2000年12月20日,美国太平洋空军部队驻阿拉斯加州埃尔蒙多夫空军基地第3航空联队的18架F-15C已试改装完毕APG-63(V)2有源相控阵雷达。美空军计划总共为179架F-15C 和224架F-15E加装有源相控阵雷达。


【注4】美国近几年加强关岛基地力量的主要动作有:为安德森战略空军基地的B-52H战略轰炸机准备AGM-86C空射巡航导弹(其硬目标穿透改型:AGM-86D也有可能部署),这也是该导弹首次海外部署;为B-2A隐身轰炸机建造机库,该基地由此成为B-2A全球三个基地之一(另外两个是美国本土密苏里州的怀特曼空军基地和印度洋的迪戈加西亚空军基地);今年还将把B-1B部署到关岛;计划部署“全球鹰”无人机中队;已部署3艘“洛杉矶”级核动力攻击潜艇及“黄蜂”级两栖攻击舰等。可能组建的、由12架B-2A和48架F/A-22组成的隐身特遣打击部队也将把关岛作为基地之一。

F/A-18E/F“超级大黄蜂”战斗机:F/A-18E/F“的最大持续机动过载只有+7.5g,因为美海军认为多增加几个g会在重量和费用上付出很多,而新的导弹技术又会使这些显不出优势。该机具有极好的大迎角可控机动能力,配合AIM-9X导弹和“联合头盔提示系统”(JHMCS),在近距空战中将是一个可怕的对手;而准隐身设计、先进航电和武器使之在超视距空战中同样具备卓越的作战能力


F/A-18E/F的APG-79有源相控阵雷达,在某些方面比F/A-22的APG-77更为先进

由此可见,我国周边地区的战斗机现代化正处于一个高潮时期,为确保国家安全及具备完成国家统一的能力,必须拥有更为先进的战斗机平台。在笔者看来,“攻防兼备”的建设目标是一个相对的概念,装备有多用途战斗机并建立攻击体系并非判断这个目标是否达成的充要条件,只有我空中力量可以确保在当今高技术条件下的局部战争中,能在与潜在对手的对抗中有效地完成攻防任务,才能认为它达到了这个建设目标。

美国AGM-158“联合空对地防区外导弹”(JASSM):AGM-158是目前最先进的防区外空地导弹,但不清楚该导弹是否能装到F/A-22弹舱中。AGM-158虽然已是美空军的保守设计选择,但与其他防区外空地弹相比仍过于前卫,美海军已退出该弹研制,而专心发展保守得多的、在“鱼叉”反舰导弹基础上发展的AGM-84H“增敏斯拉姆”(SLAM-ER)。现在AGM-84H已成为世界上作战灵活性最高的防区外空地弹

从装备现状看,尽管我空军目前已装备三代重、中型机,且其改进潜力都相当可观,但其改型即便最终能与周边出现的三代后期对抗,也始终无法对抗不久的将来就很可能会在我国周边出现的四代机——前文通过对F/A-22的简单分析,我们已可以看到它与其他现役战斗机有质的差别。美俄过去也都曾为满足未来战斗机需求而提出一些三代机改进方案,但最终都放弃了这些方案而选择了全新研制的道路。这分说明在现有技术条件下,三代机的改进改型不可能有效地与四代机对抗,大量的作战模拟分析、计算与仿真也反复证明了这一结论。

至于三代机以“网络中心战”(NCW)模式与四代机对抗,或越过四代机直接发展无人作战飞机,笔者认为都是不切实际、急功近利的设想。NCW和无人战斗机争夺制空权的真正实现和成熟还需要很长的时间,而我国在这方面对潜在对手同样没有优势可言。而在一个作战体系当中,四代机的存在可极大地增强体系的攻防能力,例如可完成偷袭对方预警指挥机这样的高难度空战任务——F/A-22在IOT&E中已多次模拟这种作战任务,攻击由三代机护航的E-3预警指挥机。如果由三代机面对对方的体系去执行这种任务,其结果几乎与自杀无异。
综上所述,笔者认为我国必须发展四代机。

该研制怎样的四代机?
接下来我们要讨论,我国的四代机应是F/A-22那样的以制空为主的重型战斗机,还是F-35或俄罗斯PAK-FA计划要求的多用途中型战斗机?我们知道,美国ATF的正式研制目标就是取代F-15,有效压制俄罗斯苏-27、其他国家新型战斗机及未来空中威胁,确保夺取绝对的空中优势;后来才定义为多用途战斗机。而F-35从一开始就是作为主要用于对地攻击的多用途战斗机研制,并辅助F/A-22夺取制空权;俄罗斯PAK-AF的任务则两者兼备,要承担俄罗斯广袤国土的防空任务并具备卓越的多用途能力。与F/A-22争夺制空权应的任务也包含在PAK-AF的防空任务之中(但从目前情况看,PAK-AF并不会完全取代苏-27/-30改型系列和米格-31改型)。


F-16试射AIM-9X:尽管AIM-9X是一种相当先进的近距弹,但美国在空空弹方面相对于其他国家的领先远不如空地弹


AIM-9X前段特写

在同一技术水平下,重、中型战斗机之间作战能力的差别主要来自武器载荷、航程和改进潜力的差距。F/A-22能同时内载6枚AIM-120,而F-35只能带2枚(外加2枚口径453.6千克的炸弹)。但笔者认为,造成这个差距的最根本原因并非两者的重量差——根据目前公开的数据,F/A-22的目标空重估计值为14吨多,F-35各型在12.0~13.6吨之间(对比F-15C重型战斗机的空重:12.973吨);最大起飞重量F/A-22估计数据为27吨多(有的资料为30吨),F-35公布数据为22.7~27.2吨(简氏的数据则称3种型别的最大起飞重量都是大约27.2吨),可见差别并不大。不过在尺寸上,F-35确实明显小于F/A-22。而F-16系列中最重的作战型F-16E/F(阿联酋订购)最大起飞重量也才22.7吨,比F-15C轻8吨,大多数F-16C的最大起飞重量更只有19吨左右,与F-15的差距超过10吨。

那么,是什么造成了F/A-22与F-35内挂武器数量的差距呢?是不同的设计要求。F-35设计要求能买得起、只用一种机体实现三军通用(且不同型别的机体可在同一生产线上生产)。所以,其中有短距起飞/垂直着陆(STOVL)的F-35B由于要布置升力风扇及发动机到升力风扇的传动轴,F-35各型别的武器舱就只能推向两侧布置,同时单发设计又使该机机体的宽度受到了限制。其结果就是,对F-35这种两侧进气的又有隐身要求的战斗机来说,其本来有限(单发)、但却最为宝贵的机腹空间不能充分用于设置内部弹舱。由于F-35各型别的最大起飞重量与EF2000、“阵风”和F/A-18E/F接近或相当,如果它也采用双发设计并放弃STOVL要求,机腹下完全能安排出能内载4枚中距弹的空间——特别是当采用两侧进气时,在同样的条件下其机腹可利用空间比机腹进气和肋下进气方式都大。也正基于这一分析,笔者推断俄罗斯的PAK-AF应是一种双发中型机,其机体设计与F/A-22相似。

至于航程,美空军要求F/A-22要求具有足以“飞越整个战区”的航程,其内部载油量数据未公布。但F-35的内部载油量相当高,按洛?马公布的数据,F-35A/C都超过8000千克,F-35B也超过5897千克;其他数据有6810千克(F-35A/B)/7260千克(F-35C)。但无论如何,这种所谓的四代抵挡机的载油量都与F-15C/D的6103千克(不携带保形油箱时)相当或超过。加上发动机耗油率较低,F-35的航程和作战半径不会低于三代重型机,至少足以满足我空军的要求。而考虑到F-35的航电系统在体积、重量都比F/A-22明显降低的情况下却有更强的功能,以及目前采用开放式系统结构和广泛使用“商业现货”(COTS)的作法(这两点都已在我国战斗机上得到体现),笔者认为在改进潜力方面,双发中型机和重型机之间的差距并不大。

通过以上分析,笔者的结论是最大起飞重量25吨左右的双发多用途中型四代机和30吨左右的重型四代机的作战效能不会有明显差距,但前者的成本肯定低于后者。这样,就有可能用这样一种飞机完成与F/A-22争夺制空权和与F-35争夺国际市场的“双重任务”。笔者极力主张我国应当研制这样的四代机。也许有人要说因为某些技术达不到,而不得不把飞机做很大以求能在空战中胜过对手,先不论这种观点本身的谬误,笔者认为其本身就代表了一种错误的思维方式——研制四代机必须立足长远,方向的正确性高于一切。技术问题可通过不断改进和升级解决,而如果方向错误,其结果将很可能是走入歧途,再回头时已百年。


三军通用的F-35是美军自身独特需求的产物,除了所采用的一些技术外,不足以作为四代机发展的参照标准


F-35各型武器挂载图:武器舱布置被迫偏离机腹中心,而且空空弹是挂在舱门上

为此,我们应放弃死板、僵化的纯跟踪/对抗思路,认识到四代机的发展并非只有双发重型的F/A-22和单发中/重型的F-35两条路,而要与F/A-22对抗也并非一定要研制和它同一重量级的四代机——再次强调,F/A-22与F-35空战能力的差距并不是来自两者的重量差,而是来自不同的设计要求和思想!我国自行研制的三代机价格已经不菲,重四的单价谁敢预测?这样的重四即便真的能在空战中对F/A-22战而胜之,它的市场又在哪里?而且,若是其“抗衡”与“压制”F/A-22的思想体现得过于浓重,就很可能忽视我空中力量自身长远发展的需求(清对比美国ATF超过10年的需求论证和研究过程),给日后使用的拓展带来麻烦。

具体到我国四代机的基本技术特征,应以F/A-22为参照,具备典型四代机所应具有的“4S”特性:隐身、(不开加力)超声速巡航、超机动性和短距起落性能。其中前两点最为重要,是我国四代机平台在超视距空战中能与F/A-22对抗的关键。俄罗斯对PAK-AF的要求也明智地同时包括了隐身和超声速巡航,其他还有多用途、短距起落(使用长度300~400米的跑道起降)和高机动性(具有低速超大迎角可控飞行能力)等。(未完待续)

如何研制我国的四代机?
这里笔者不讨论与国外合作研制的问题,因为很可能沦为一厢情愿甚至竹篮打水。在国内,仅中航一集团的旗下就有沈飞公司/沈阳飞机设计研究所、西飞公司/第一飞机设计研究院和成飞公司/成都飞机设计研究所三组具有现代固定翼战斗机设计和制造能力的企业,如果它们都想突破四代机平台的核心技术,该怎么办?别忘了,中航二集团旗下还有洪都公司,既然它可以通过L-15“飞狮”突破先进三代机核心设计技术,那么将来尝试突破四代机的核心技术也是很自然的事。到底该怎么协调?这是一个相对来说处于战略层面的问题,笔者但愿这不会对我国四代机的研制造成不利干扰,相反,四代机的研制能成为有关企业重组或产业调整的一个契机。

在技术层面上,这里仅讨论一下发动机和航电系统。虽然通过“昆仑”发动机的研制,我国成功地贯彻着研制规范走过了发动机研制全程,但先进发动机需要许多高技术支撑,并非一朝一夕就可以突破。我国有关部门所进行的分析表明,在推比7~8的发动机基础上,单纯采用提高空气流量、提高增压比、提高涡轮前温度、提高涡轮效率、改善冷却方式和采用新型材料等措施的一种或者少数几种,都无法使发动机的推重比提高到四代机所需要的10~11的水平,只有将各方面的先进技术综合运用才能实现这样的指标——综合运用的结果就是重新设计。


雄鹰扬首向天行——苏-30MKK战斗轰炸机

在中航一集团网站上庆祝集团成立五周年的文章之一:《航空动力篇——开创航空发动机事业新局面》中曾提及,我国已完成了高推重比发动机核心机的工程图设计和发图,这表明我国新一代发动机已经进入设计验证试验阶段。今年4月14日又传来了新一代高推重比发动机核心机点火的好消息,笔者希望该核心机能顺利完成试验并转化为型号,为我国四代机提供强有力的心脏。另外,在发动机进行研制和试验的同时,与其相关的技术可以在现有平台上进行试验。例如根据公开报道,我国已设计并制造出了轴对称推力矢量喷管。那么可以考虑将它安装到苏-27SK上,同时为试验机改装飞控系统,进行TVC控制律、飞行载荷、作战效能和作战战术的试验与研究,为四代机采用TVC提供技术储备。


米格1.42验证机,尽管它已注定无法成为俄罗斯五代机,但从现实分析它要比苏霍伊的第五代战斗机验证机——苏-47更接近PAK-AF


米格早期LFI轻型战斗机方案(I-2000)

在综合航电系统结构方面,笔者认为我国四代机融合F/A-22和F-35的特点是可能的。F-35的航电系统结构与F/A-22的主要区别是:采用统一的光纤数据网络,而不是F/A-22那样多种总线混合,提高了性能和可靠性;处理综合进一步深化,采用“综合核心处理机”(ICP)完成包括雷达和电子战系统在内全部传感器和设备的信号/数据处理工作,传感器数据融合的水平也有进一步提高;射频综合更为彻底,射频天线数量进一步减少到了13个。这其中射频前端综合对我国来说可能还不现实(尚未见过国内已展开相关研究工作的公开报道),但是在笔者看来,突破统一光纤数据网络的技术难度却不大——这更多的是一种思想的体现,而不是技术的革命。各传感器和设备的信号/数据处理完全综合可能也还有技术难度,这也不是大问题,可以先通过适当降低处理综合程度解决。重要的是系统最后能完成什么样的功能,对某方面的技术特征无需过分强调。而且,工程上的问题用一定时间一般总能解决。

日本F-2战斗机:日本防卫厅已订购76架,日本政府准备从明年追加采购10~20架该机后将其停产,原因是该机效费比太低、改进潜力有限。《简氏防务周刊》在2004年4月曾报道该机的有源相控阵雷达(J/APG-1)仍存在问题,探测距离只有37千米,仅为指标的1/3



飞行中的印度苏-30MKI,该机采用一体化三翼面布局,具有较高的纵向静不稳定性。推力矢量喷管的控制综合在数字式电传操纵系统中


苏-30MKI的N011M“雪豹”(Bars)无源相控阵雷达:该雷达目前存在重量过大、分辨率差和难以在地杂波环境下探测目标等问题,但一旦这些问题得以解决,苏-30MKI的实际作战能力将不可小视

飞行中的LCA:该机两架技术验证机(TD-1/-2)复合材料占结构重量的比例达到30%(铝合金占57%),2003年11月25日首飞的第一架原型机(PV1)95%的蒙皮采用复合材料,复合材料占结构重量的比例提高到40%~45%(铝合金占43%)。该机是目前世界上复合材料使用比例最高的战斗机,与之接近的是EF2000

LCA“光辉”战斗机的先进座舱:根据目前公开的资料,该机是除美国四代机、EF2000与“阵风”之外唯一一种采用了“公用设备管理系统”的战斗机。该系统对液压、燃油、环境控制、救生、刹车等机电系统进行统一监控,并将信息显示在多功能显示器上,可提高可靠性和安全性。据公开报道,我国新歼、L-15、FC-1、“飞豹”改型等作战飞机也采用了机电设备综合管理系统,但其综合程度可能不及前几种机型



越南空军装备的苏-27

据报道,我国已预研出新一代的航电系统的原理样机并进行了试验。但该系统就组成来说显然还不完善,例如迄今为止没有我国已研制成功机载有源相控阵雷达的报道。相比之下,我国三代机水平的航电系统已相当成熟,在重型战斗机改型、新歼、J-8Ⅱ改型、JH-7“飞豹”改型、JL-9“山鹰”、FC-1“枭龙”、L-15“飞狮”等机种上已经或即将得到应用。

一百年的时光匆匆流过,第四代战斗机将航空技术推向了又一个挑战人类想象力的高峰。中国的航空工业经过多年的发展,现在已经有了可望先进国家项背的能力。20世纪80年代之后对西方战斗机设计思想、规范和技术的学习与引进,以及90年代之后对原苏联/俄罗斯战斗机的引进和研究,加上中华民族非凡的聪明才智,使我国有可能在融合东西方所长的基础上,在四代机的研制中再创辉煌。笔者的心中,始终有着这样的一个梦想:当我们这个数千年来屹立不倒、不可征服的民族自己的四代机飞天的那一天,我们能够自信而自豪地为它写下这样的句子——“一代翔龙出世,冠绝四海雄风”!

以上图片为国外报道的中国四代机想像图


附录:国外有关我国新一代战斗机发展的报道

国外媒体对我国新一代战斗机有一些猜测性报道,主要的说法归纳如下:
1.大约在2000年初,英国《飞行国际》杂志称中国的下一代战斗机称为XXJ,设计与波音F-15相似,系采用三翼面布局的双发多用途隐身战斗机,发动机单台加力推力115千牛,装有推力矢量喷口。飞机空重达20吨。可能在2015年前后开始在中国空军和海军服役。2001年,该杂志又报道称中国正在研制被称为XXJ/J-12的第四代战斗机,并引用美国海军情报处官员的话说,该机由成都飞机公司研制,双发,可能有单、双座型别。其它推测包括内置武器舱,性能与F-22相当。该杂志还给出了采用轴对称喷管、常规布局的想像图。

2.简氏早期对XXJ的一些报道综合如下:XXJ采用的发动机可能从俄罗斯AL-41F的研制获益,有谣传称它将采用涡扇-14A(WS-14A)发动机,但不能证实;中国还在2000年左右通过官方电视节目展示了风洞中的前掠翼模型等。简氏同样有过三翼面布局的报道,内容与前述《飞行国际》的报道相同。

3.香港媒体报道中国大陆正在开发两种下一代飞机,除了XXJ(J-12)之外(其描述与《飞行国际》并无不同),还在FBC-1战斗轰炸机的基础上通过增大发动机推力、强化隐身性能,设计可能命名为FBC-2的隐身战斗轰炸机。

4.《简氏防务周刊》2003年1月8日的报道宣称中国完成了J-10A战斗机的改型方案设计工作。据称采用隐身布局、双发动机(带推力矢量控制)和外倾双垂尾,保留了鸭式布局和三角翼(转引自《现代兵器》杂志2003年3月报道)。

5.其它猜测包括我国参与俄罗斯原米格设计局米格-35的研制,可能参与俄罗斯PAK-AF的研制工作等。


作者:张洋,刊于《海陆空天惯性世界军事力量》

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