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日本现在的心神距离真正的四代机仍然很遥远,但作为验证机,它所揭示的发展潜力仍然值得我们密切关注。二战以后日本在航空上的发展比德国要强得多,实际上认真去了解一下航空型号历史就能发现,日本仍然保留了很强的航空研发能力,是非常值得警惕的潜在对手。

一.现有心神为验证/教练原型机,正式型号必将放大

尺寸和吨位一直是影响战斗机造价的关键因素之一。按照一般规律来说,战斗机越小,它的结构制造费用也越低;而更轻的重量可以让战斗机选用推力更小、价格更低的发动机,而且耗油率上的经济优势会在批量装备以后的使用中体现的极为明显。这也是第二、三代战斗机中都不乏空重控制在6~7吨内的轻型飞机的原因所在。

但是过小的尺寸吨位也会对飞机作战性能带来很大的负面影响:飞机没有足够的机身内部空间装载燃油和电子设备,挂载的武器重量和数量也被严重限制了。尤其是对于第四代战斗机来说,“轻型四代”这一概念实际上不可能存在,因为在工程技术上已经无法做到了。

或是歼20的潜在对手 即将首飞的日本心神战机

日本现在的心神战机模型

无论是隐身性能的雷达反射特征控制要求,还是强化超声速飞行持续能力的低阻力要求,都迫使四代机必须采用弹仓内置武器设计。如果飞机没有足够大的尺寸和吨位,根本无法在机身内安排出足以容纳多枚空空导弹、精确制导炸弹的空间用于设计弹仓。

在我国对于新一代战斗机的探索研究过程中,某单位曾经对低成本型四代机的吨位尺寸控制做过较为深入的研究。方案迭代的结果显示,10吨空重已经是四代机的下限;这个数字是在飞机采用重量最小的无尾三角翼布局,放弃超机动能力和损失一部分短距起降能力后才得到的结果。

或是歼20的潜在对手 即将首飞的日本心神战机

图:无尾三角布局拥有最低的阻力和重量

对于日本的战斗机研发来说,它的作战环境和假想目标是都非常明确,就是在东海、日本海上空与俄罗斯、中国的战斗机交战,并具备打击上海等中国东部沿海地区、俄罗斯远东边界地区的能力。这种背景要求日本新一代战斗机在执行对地攻击任务时具备至少要达到800公里以上的作战半径。

从心神来看,日本新一代战斗机采用了常规布局设计。由于多出一对平尾和飞机长度要更大等因素,其重量比无尾三角翼布局要高不少。即使是考虑日本领先我国的材料工艺优势,可以通过高比例的先进复合材料大幅度减轻结构重量;其空重至少也要接近12吨才能满足要求。但是根据现有信息,心神样机的起飞重量也不过8吨左右,空重甚至不到6吨,显然与此标准相差极大。笔者认为,心神样机尺寸特别大、明显属于双座设计的座舱盖,是解释这一矛盾的关键所在。

和单座飞机相比,双座飞机会在性能上出现很明显的损失;飞机不仅需要付出很大的重量代价来安装多出的弹射座椅、仪表台、更大面积的座舱盖等设备,还损失了相当可观的原本用于装载燃油的机内空间。事实上随着航电系统的高度综合化自动化,飞行员一人就足以驾驶飞机执行复杂的作战任务,这也是美国、中国、俄罗斯现有四代机均无双座设计的根本原因。

心神样机采用双座设计,吨位尺寸又特别小,这就只有一种解释:现阶段的心神既是承担气动外形/飞行控制系统试飞任务的验证机,同时也是日本新一代教练机的原型机。这实际上是一种很聪明的策略,进可攻退可守;无论将来政治局势对心神项目如何影响,日本都不会彻底荒废掉这一项目的投资和技术成果。

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图:心神样机采用双座设计

在顺利的情况下,心神样机试飞完成以后,会进一步投入全尺寸战斗机型的研制。事实上这就是照抄F35战斗机的发展经验——最早的X35验证机吨位和尺寸都比今天的F35小很多,而且同样没有内置弹仓。如果我们仅以现在的样机来评断日本心神战斗机的未来水平,那么就和用X35来评断F35的作战性能没有两样了。即使是项目发展不顺,日本也会将现有的心神样机稍加修改——比如去除矢量推力结构以后,投入批量生产,作为新一代高级教练机使用。

二.心神气动布局较为合理,放大后潜力不容小视

或是歼20的潜在对手 即将首飞的日本心神战机

图:F22的棱型机翼和切入式平尾

日本在心神上采用常规布局设计和F-2战斗机有很直接的关系。F-2战斗机是三菱公司与洛克希德马丁公司合作研制的产品,实际上就是在美国提供F16设计技术的支持下,日本半仿半研而成的F16放大改进型号。在F-2的研制过程中,三菱公司掌握了常规布局三代机的关键设计技术,比如边条翼的涡流增升设计、电传控制技术,为今天的心神验证机奠定了基础。

心神飞机在气动布局的总体设计上比较像F22,但是在机翼与尾翼的核心设计上却截然不同。F22采用棱型平面机翼设计,机翼的后缘带有很大的前掠角度;这不仅使机翼获得了更好的强度和刚度特性,而且机翼与机身的连接长度大大增加了,机翼受力能够更多更均匀的分担给机身。在机翼大幅加长以后,为了避免平尾向后超过喷管太多,引起重量的大幅度增加,F22的设计人员将机翼的襟翼内侧切除了一个缺口,使平尾的前端正好切入进来。

切入式平尾设计使F22不仅避免了严重超重的窘境,而且外形的紧凑在侧向隐身和整体阻力减低上也带来了非常优越的性能改善。但这一设计也存在严重的弊端:经过前机身和机翼的气流对平尾的干扰特别严重,这使F22在俯仰控制时的非线性问题特别严重,并引起了一连串的问题——包括坠机。后来F22电传飞控软件经历过反复多次更新,与此关系极大。

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