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晨枫:第二种四代机 F-35的教训还没看够?
送交者: 牛员外[♂★★★★慢慢行走★★★★♂] 于 2017-12-27 0:29 已读 8706 次 1 赞  

沈飞“鹘鹰2.0”越来越有样子了,巴基斯坦又宣称希望与中国一起研发四代机(巴基斯坦按照西方分代法称为五代机),中国的第二种四代机的讨论再度热烈。

“鹘鹰”是按照外贸要求设计的,最终是否会获得中国空海军订购众说纷纭,既有信誓旦旦说一定会甚至已经订购的,也有斩钉截铁说绝不可能的。真相只有等时间证明了。一般说来,已经进入原型机研发和试飞而依然没有确切订购的情况较少。但中国的事情就是特色多。南昌的L-15早就完成基本研发和试飞了,并得到教练-10的正式型号,但长期只有厂家涂装的公开照片,具有中国空海军涂装和战术编号的图片却鲜有流传。这不是值得保密的新飞机,其中含义只能猜测。

教练-10直到最近2年才有部队涂装的照片出现

中国需要第二种四代战斗机吗?这是一个不容易回答的问题。从高低搭配的角度来说,研制第二种成本较低、性能依然很高的四代战斗机是有必要的,这是实现全四代化的基础。从均摊风险角度来说,拥有两种四代战斗机有助于避免万一歼-20有什么大面积问题就一下子没有四代机可用的尴尬。如果第二种四代机落户沈飞,还有助于维持南北两大航空科研与工业基地。

但需要与可行性是双生的,缺乏可行性的需要或者缺乏需要的可行性都是没有意义的。一般认为,中国要研制第二种四代机的话,要避免美国在F-35研制过程中的弯路。具体来说,需要:

1.保持近似高端(对美国来说,就是近似F-22;对中国来说,今是近似歼-20)的空战性能

2.具有优良的对地攻击性能

3.具有显著更低的成本

当初美国提出JSF方案的时候,本来也是想着要保持强大空战能力的

但当初计划中的美少年,最后成了大腹便便的油腻中年

也就是说,依然是空战优先的思路。

F-35的研制过程有很多经验教训,但认为F-35的问题是因为美国航空科技“掉链子”或者美国军方瞎指挥,那是错误的。这些错误可以说基本上都应了一句老话:“通往地狱的路是由好心铺成的”。F-35的很多问题都是由海军陆战队的短距起飞-垂直降落(简称STOVL)要求带来的,但即使去掉这一条要求,除了与发动机和升力风扇有关的特有问题,F-35研发道路上该有多少坑,还是有多少坑。

人类是生活在陆地上的。不管是海军还是空军,最终都要能影响陆地上的事,才有存在的意义。因此,空军永远有对地攻击要求。但要能完成对地攻击要求,同时阻止敌人的对地攻击,必须首先控制天空。因此,对空军来说,制空权反而是第一要务。最先进的技术,最大的资源,总是首先用于制空战斗机。古今中外,概莫能外。

对于四代制空战斗机来说,在技术上需要具有隐身、超巡、超机动。网络作战能力也是四代机必须的,但未必是四代机特有的,所以没有在这里列为四代机的特点。

隐身的外形设计有诸多原则,隐身的实现还需要材质和细节的配合,勿需多言。应该说,中国在这方面已经取得相当的经验,设计第二种四代机在气动上没有问题。

超巡不仅需要大推力发动机,还需要高推重比的发动机,一般需要9-11的发动机推重比,战斗机的军推推重比则需要0.7以上。中国在战斗机发动机方面正在步入快车道,但依然只在快车道的起点。WS-10“太行”、WS-15“峨眉”、WS-13“天山”(一说“泰山”)的加力推力、军推和推重比依然缺乏确切的公开数据,坊间只能猜测,但一般认为,9-11的推重比依然是重如泰山的挑战。

超机动不仅需要优秀的气动设计,还需要推力转向的配合。在过失速和超音速飞行时,常规气动控制效率严重降低,需要推力转向帮忙。推力转向本身的技术难度和与飞控的整合且不去说它,推力转向是“吃”推力的。这进一步提高了对发动机的要求。以典型高机动三代机为参照,战斗机的加力推重比需要在1.1级别。

F135这样的发动机中国短期内还难以模仿

贵发集团提出的推重比10级,推力9吨以上的新型涡扇发动机现在还只是纸上的想象

但技术是为设计定位服务的,首先需要确定的是战斗机的用途和重量级。

歼-20是中国四代高低搭配的高端,这个应该没有疑问。歼-20是重型四代,那低端只能是中四或者轻四(姑且统称为新歼),这样才谈得上高低搭配。

歼-20是空战优先的,但歼-20的重量、成本是规定空战性能条件后最优化的结果,并无不必要的“赘肉”。在缺乏革命性技术跃进的情况下,新歼要在空战性能方面接近歼-20,很难在重量、成本方面与歼-20相差太多。但这就有违高低搭配的初衷了。

三代机是高低搭配的成功例子,但三代机或许是特例。三代机为了追求机动性,采用低翼载、大推力、武器外挂的基本格局。低翼载提供巨大的剩余升力,大推力是低翼载发挥升力优势和以阻力换升力的动力基础,武器外挂则可根据任务需要灵活选择武器搭配,在重量和阻力上与任务达到最优匹配。

低翼载、大推力、武器外挂是可以“按比例”缩放的,但武器系统就不容易随意缩放了。要超视距空战,就需要大口径雷达和中远程导弹。在三代机时代,要达到超视距和视距内兼优,F-15是“最轻小”的战斗机了。但只要求视距内格斗的战斗机就可以更加轻小,这就是F-16。

在三代机研制的时代,超视距空战还属于“理想很美好,现实很骨感”的境界。“麻雀”中程空空导弹的战绩始终令人失望,直到AIM-120主动雷达制导中程空空导弹出现后,超视距空战才达到足够的毁伤率,但这是F-16首飞快20年后的事情了,所以F-16的视距内格斗定位并无错误。

由于基本尺寸和重量限制,后期F-16虽然有一定的超视距空战能力,能发射AIM-120,超视距空战能力依然和F-15不是同一等级的,但对美国空军的二线空战能力够用了,对躲在美国空军背后的盟国空军也够用了。这是F-16达到“足够”空战性能的原因。

YF-16战斗机当初研制的时候,就干脆放弃了超视距空战,轻型机、中型机在多用途方面很难完美

但放宽机动性要求的话,低翼载、大推力使得大量外挂武器成为可能,这是F-16后来成为优秀战斗轰炸机的基础。由于F-16兼具优秀的视距内格斗和对地攻击能力,不仅成为美国空军的主力战斗轰炸机,还成为盟国空军的主力“全能”战斗机。

但这样的好事在隐身时代难以实现。在隐身时代,超视距与视距内的关系是一个复杂的题外话,但两者不可偏废,科幻式的万人迷YF-23落选的原因之一就在于此。但继续像F-16一样定位于视距内为主就是错误的目标。然而,同样追求超视距的话,F-35没法与F-22拉开性能与成本差距,也就没有存在的理由,因此只能在空战性能上缩水,放弃超巡和超机动,转而强调对地攻击。被誉为F-35之父的美国空军缪尔纳少将在1995年就指出:F-35是70%空对地,30%空对空,当然那时美国空军还计划装备442架F-22,不需要F-35顾虑太多的空空作战问题。

这决定了F-35的机内武器舱的尺寸必须足够容纳当前和未来主要空地武器,也就决定了F-35很难成为F-16那样的轻型战斗机(F-16其实也不轻了,只是相对于F-15算轻型而已)。F-35的大部分苦恼来自于这里,STOVL只是雪上加霜。

对于中国新歼,F-35的坑可以绕过去一些,比如用双发中推,而不是在单发大推一棵树上吊死,但重量和成本的坑是绕不过去的。

如前所述,新歼要在空战能力上接近歼-20,不仅要在武器携带量上接近,还要在雷达口径上接近,这就决定了机头锥的大体尺寸和电力要求,以及一系列由此而来的气动外形、重量和动力要求。换句话说,很难做到在重量和成本上与歼-20拉开差距。最低限度,轻四是不可能了,必须是中四。

作为中四,即使空重控制在12吨级,正常起飞重控制在18-19吨级,最大起飞重控制在25吨级,为了达到战斗机军推推重比0.7,发动机的军推要达到70kN级(约7200公斤);为了达到加力推重比1.1,加力推力需要达到110kN级(约11200公斤)。战斗机的机体结构、发动机、燃油、航电、武器占正常起飞重量的比例有一定之规,过度偏离必将导致机体强度不足、机内燃油不足、航电偏弱、武器不足等问题,因此战斗机军推推重比0.7、加力推重比1.1也间接规定了发动机推重比要达到9以上。

“天山”如果是参照RD33设计的,那基准军推为50kN,加力推力81.3kN,推重比6.5(计入附件,按照俄罗斯不计附件的算法可达7.9,但那没有意义)。也就是说,所有主要指标都要提高约40%。这几乎是不可能的任务。否则就只有大幅度降低机内燃油量,打造隐身米格-29,这显然是不适合“首战用我、攻防兼备”的新时代中国空军的要求的。

“太行”在推力方面超过要求,重量大、耗油大、成本高,而且推重比还是缺一点,容易陷入添水加面的怪圈。另外,双“太行”的中四已经危险地接近重四了,难以与歼-20拉开距离,反过来危及自身的生存。

新歼可以指望用扁平、较小、只适合携带空空导弹的机内武器舱降低基本重量,还可以取消近程空空导弹专用的武器舱和可伸缩发射导轨。中程-近程合一的新型空空导弹也可在一定程度上缓解没有专用近程空空导弹的问题。但在激烈格斗中,抛放发射的空空导弹不可能做到可靠分离,为了限制重量和复杂性而放弃导轨发射,必定使新歼的空战优先定位进一步受到破坏。这样的新歼在超视距空战依然略逊于歼-20,在视距内格斗方面远逊于歼-20,新歼的空战优先到底定位在哪里呢?

另一方面,全四代机队需要对地攻击的战术飞机。如果歼-20和新歼都以空战优先,那需要另外研制和装备四代战轰。既然如此,而且新歼的空战性能足够接近歼-20,那歼-20和新歼只有一个有存在的必要,谁留谁弃不难想象。

一圈绕下来,新歼的准生证取决于对地攻击性能。新歼较浅的扁平机内武器舱或许可以携带SDB一级的小直径炸弹。通过精确制导和特殊的弹头设计,SDB也在试验中证明了具有足够的穿透力,但对于对地攻击的主力飞机,大尺寸、大威力武器依然是必要的选项。

战争中总有些目标是需要重型弹药来摧毁的,因此结果还得是四代机掩护三代半去扔重型弹药

即使新歼用作踹门,而依赖三代重战“抄家”,歼-20也能携带SDB,完成同样的任务。换句话说,新歼要脱颖而出,还只能走F-35的老路,成为“肥电第二”。这当然是不妥的。

如果“准歼-20”不行,“肥电第二”也不行,新歼没有生路了,那空对地怎么办呢?在歼-20踹门之后,三代机依然是可以胜任的,三代重战更加胜任。

对于三代机,有两个常见误解:一是三代机在隐身时代已经没有生命力了。这是片面的。事实上,对隐身技术有第一手了解的美国海军对全四代化并不热心,而是继续在半隐身的三代半战斗机和电战机上倾注精力,就说明了问题。

四代机的隐身当然是针对三代机的弱点来的,这弱点就是对厘米波雷达的依赖。雷达波长对雷达性能有决定性的影响,米波雷达探测距离远,毫米波探测精度高,厘米波是两者的最优折衷,可以兼顾探测距离和探测精度,因此成为防空、制空和导弹制导的常用波长。

四代机的雷达隐身是针对厘米波的。用隐身飞机飞向厘米波雷达而在很晚才能发现(传说是都能听到外面的发动机轰鸣了,这可能有点夸张),只能证明此言不虚,但隐身飞机对米波和毫米波并不隐身。

大功率厘米波雷达是可能烧穿隐身的,但这毕竟很被动,也很危险,好像夜间扛着探照灯试图抓躲在暗处的隐身杀手一样。但把米波(甚至分米波)与毫米波相结合,把主动探测与被动探测相结合,这是提高隐身飞机的可探测性的一个途径。这是反隐身的攻的一面。

三代机也可以采用隐身材料和局部修形,达到半隐身。辅以电磁压制迷盲隐身飞机的态势感知,是可以有效地保护自己的。隐身战斗机和空空导弹也是靠厘米波雷达的。这是守的一面。

另一个因素是有人机-无人机的组网作战,但这个话题太大,这里就不扯远了。

三代机要是无视四代机的特长,以己之短击彼之长,这就像波兰骑兵试图用马刀和机枪打退德国坦克一样徒劳。但换一个思维,用地雷可以绊住坦克,用反坦克炮可以打穿坦克,坦克是可以制服的。对隐身飞机也是一样,关键是要用技术和战术相结合,避开锋芒,击其弱点。

在对地攻击中,电战机的作用更大。如果强有力的电磁攻击能迫使对方防空导弹“闭嘴”,这不是失败,而是达到目的了。己方战术飞机能不受干扰地有效消灭对方目标,还能要求更多吗?

电子战飞机对压制防空的意义更大,不必纠结于一定要摧毁敌人防空系统

对方防空导弹可能生存下来了,但需要保护的目标都被打掉了,防空导弹存在的目的也就没有了。存在舰队的错误不光可以存在于海上,也可以存在于地面和空中。

对三代机的第二个误解是:三代重战的成本已经和四代机危险地接近了,这是似是而非的,尤其不能用外销价与本国的飞离价相比。

飞离价(简称URF)仅包括飞机制造本身,不带备件、技术支持和训练,甚至不包括保修。但打入研发、生产线和维修设施建设、专用工具和设备、初始备件、技术支持、训练、保修、基地相关配套建设,除以整个项目采购数量,这才是有意义的计价。以F-22为例,2009财年飞离价为1.5亿美元,但以到2011年为止667亿美元项目总开支除以187架战斗机,单价就是高得多的3.57亿美元,但这才是更有意义的单价。

对于F-35A还说,现在飞离价降低到8000万美元级了,但加上550亿(一说650亿)美元的研发费用分摊,就要显著增加。F-35原计划生产至少4000架,现在美国的约2500架订购还基本可以保证,盟国的就难说了,在近期内能达到500架就不错了。不管最后能达到多少产量,研发费用只能在生产前半期收回,不能等到最后。这样,至少前十几年每架F-35可望分摊至少2000万美元的研发费用,加上备件、专用工具和设备、技术支持、训练、保修和必要的基地建设,再加上“必要”的利润,韩国的1.75亿美元单价还是“良心价”呢。

对于中国来说,三代半的成本优势还是显著的。除了飞离价,其他附加开支因为容易和现有体系融合而降低了。最重要的是,中国有歼-20,三代半不是一个人在孤独地战斗。在歼-20的支持下,三代半的性能在全寿命周期内与周边威胁程度是相适应的。全四代化是不必要的,也难以在技术和经济上达到所需要的平衡。

即使是美军,也不可能仅装备F-35和F-22,F-15得服役到2040年,中国没必要急着去搞全四代空军

歼-20之外的四代新歼在功能上可以由三代半填补,在经济性与歼-20相比无显著优势,很可能将长期成为人们的话题,也仅此而已。

但另一方面,改变一个思路,不在纠结于空优要求,只要求具有自卫空战能力,而转向对地攻击为主,这就是另一个局面了。这样可以放弃超巡、超机动这些要求,动力要求大大降低,采用两台非加力“天山”就够用了,最多两台非加力“太行”。还可以采用高度隐身的无尾飞翼,实际上相当于中国的A-12“复仇者”。无尾飞翼还具有很高的气动效率和很大的机内容积,适合装载大量弹药,也适合远程攻击。高度隐身加上自卫空战能力使得“中国A-12”成为“自护航”的四代打击力量。当然,这肯定不是战斗机,战轰都不能算,应该算轻轰了。但由于成本限制,这也会是“四三搭配”,依然不足以全四。

再换一个思路,不纠结新歼在中国空中力量中的地位,而是专注于外贸四代,这又是另外一个局面了。为了控制研发风险和成本,可能需要保持高机动(但不一定是超机动),但放弃超巡,降低对发动机的要求。空战优先的中四新歼对于对象国是高端战力,可在空战中担任猎歼,在对地攻击中担任踹门,而把“重活”留给三代机或者三代半。这样的高低搭配对于没有歼-20“压顶”的很多国家的空军是很理想的。沈飞“鹘鹰2.0” 与“天山”增推型搭配就是不错的候选,如果投资问题解决的话。

中国需要第二种四代机吗?要看你怎么问了。中国空中力量会走向全四代化吗?在可预见的将来,可能不会。

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