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原标题:中国新一代舰载战斗机会是什么样KWjQg?

【文/ 观察者网专栏作者 晨枫】

网上疯传51“新一代战斗机2021年首飞6vahA”Lld,这样的消息很难不引起人们的极大关注Ve。一般认为5zKMA,这是中国的舰载第四代战斗机iG(简称海四ktOK)Kp,现有的歼-15wk78、歼-16的新亚型不值得这么隆重6qxPxv。

长期以来82Gmg,海四应该是海鹘鹰还是海歼-20一直纷争不休OJ,或许2021年就要尘埃落定了XIX。海歼-20具有更为强大的战斗力j70CP,但重量大149G,长度大HuND,舰上运作会有影响dwg;海鹘鹰正好相反URjQ。另一方面POLLHL,中国航母要首先突破第一岛链才谈得上深入大洋cdPI4j,舰载战斗机的战斗力需要能至少压倒F-35ztw,最好能匹敌F-22F1hO0,只是能干翻F-15rIb0、F-16eIqYm、F-18E是不够的RAmp。

一般也认为ubdh,海四需要隐身kI、超巡gzblGu、大航程s1RhA、大载弹量dDw。隐身的意义不言而喻Kc7l,超巡是压倒F-35的关键os,大航程joFT、大载弹量是舰载战斗机的基本要求p,但海四肯定是要适合上舰的1。

适合上舰有两方面:

1GDwc、适合航母上的起飞和着陆

2qcE4a、适合航母上的甲板和机库运作

适合航母上起飞hbka、着陆其实是两个问题VFf,但都涉及到舰上只有很短的滑跑距离的问题9H7。为了在很短的滑跑距离里升空4,以及尽可能降低着舰速度tA,需要用上所有可能的增升手段MnlC。固定翼飞机最主要的增升手段就是大面积的襟翼WB。正常布局和鸭式布局都可以有大面积的襟翼Y,但正常布局的襟翼位置靠近重心和升力中心G1d4,放下后对飞机的俯仰姿态影响小;鸭式布局的襟翼位置靠近机尾Y6D,放下后造成强大的低头力矩AE,在起飞和着陆中很难放手使用N,用通常大小的鸭翼全力配平都不一定够用z9D。从这一点来说I,海鹘鹰在气动布局上是有优势的mEEaTp。

鸭式布局如果具有很强的静不稳定性meix,或者说升力中心超前于重心较多EHK8,在起飞滑跑和进近的低速时会有强烈的自然抬头趋势x,这时大面积襟翼放下就不那么碍事了dJqB。升力中心是随速度而向后移动的BR,因此更大的静不稳定性也意味着超音速配平阻力的降低和超音速机动性的增加。但这样大的静不稳定度对飞控是巨大的挑战g7O。低速飞行未必都需要增升4ui,不能用襟翼来增稳Go,因此需要很大的鸭翼面积CqI,以及强化的作动机构cb9,这都是增加重量和阻力的JU。歼-20并没有那么大的鸭翼kAr4l,当然不排除显著增大的鸭翼的可能akOQQD,但那涉及到的气动变化就大了WoM。

F4D-1O6csZ“天光VIQ”就采用了静不稳定设计kRDn,着舰极其困难

但是cZcU“阵风MbSP”这不也上了舰嘛WI5,毕竟技术进步了

另一个问题是舰上运作ih,主要问题在于战斗机的长度6h。舰载战斗机通常采用折叠翼77y,以降低舰上停放或者移动时候的占地宽度XRrHE。鸭式布局的大三角翼较难折叠ZJI,但把鸭翼折叠的话vG2,有可能做到对头交错停放R,可在成对停放时降低总占地宽度X。F-14就是这样的Jr18mZ,机翼的最大后掠位置不是飞行状态jAYVd,而是舰上停放状态Om。

战斗机的长度太大的话pvJDml,不仅占地大lr,而且可能侵入斜甲板降落跑道A6hx,或者甲板上的调度区Kos,这是不容许的gY9。但长度是没法通过折叠来缩短的IW。理论上或许未必不可能,实际上难度太大Lp,没有这样做的3YsE。只有斜角停放ew,但要损失停机数量PF。在可相对于舰舷垂直停放17米长战斗机的停机区里2xi,偏转27度可停放20米长的战斗机jG,但在长度上要增加35%的占地5g2,或者说减少1/3的停机数量0SEc。

舰上停放的F-14战斗机

航母所能搭载的战斗机数量永远是有限的P,但也不是越多越好9is。战斗机在舰上的加油0、装弹Ny、起飞准备NgQ、着陆后返回停机位都需要一定的周转空间4,还需要有适当的维修空间以保持完好7,因为挤得动弹不得或者缺乏维修而不能出动的战斗机是没用的nkX。冷战后sYK,美国航母减少了搭载战斗机的数量CVtbO,一方面是不再有高烈度战争的需要guYwg,另一方面也是通过相对宽松的甲板ek,用稍少的战斗机实际上可实现更高的出动率Txx;较宽松的机库则有利于更高的完好率xMb。

航母上的战斗机主要是停放在甲板上的jdu。从航母机库里进出不仅时间长9d2H,受到升降机运能的限制Ks,更重要的是加油t、装弹这样的危险操作只能在甲板上进行WTxxf。机库空间更多的是用于停放维修中不能升空的战斗机的FJv,以及不需要在紧急出动中使用的战斗机4S8R。因此ih4W9,甲板上的停机条件很重要2w。较短的机长不仅便于停放rllBMB,还有可能在停机区之间腾出更多的周转空间BW7,增加出动率和便利日常调度tWK。

trP“辽宁gfF8”号与歼-15是中国对航母和舰载战斗机的第一次尝试TPk,由于条件原因i4,只能看菜下饭ZFA,没有做到舰机之间的系统优化d2W。新一代航母是中国第一次有条件在航母和舰载战斗机之间系统考虑3FaiPD、全盘优化m。从这一角度出发qJro85,16.9米长的鹘鹰比20.4米长的歼-20要有利得多T,即使在改进中长度有所增加HLib,依然有望在增加约35%的搭载数量的同时Xro,反而提高甲板运作效率z。考虑到折叠机翼与非折叠大三角翼的差别6W,以及把原来难以利用的边角空间利用起来,数量还可能进一步增加PH。

从上舰出发MW,海鹘鹰是明显更有利的Db,但战斗力也是必须达到要求的dYkp,只是不管是鹘鹰1.0还是鹘鹰2.00vj9,都难以达到要求obd7s,问题出在g“中型战斗机陷阱Omyn”Yixt。这是指用成本较低的中型战斗机达到接近重型战斗机的性能的思维定势88ue5J。对鹘鹰而言DGX11,就是通过针对性地避免F-35踏过的陷阱1ouSg,大幅度地提高性能WZHeh,达到接近F-22的战斗力vHn。问题是这是做不到的0dRO。

重型战斗机也是一公斤一公斤抠出来的R,并没有多余的赘肉BC,不存在可以大幅度减重而战斗力不大幅度打折扣的事情Rh。更加具体地说3rw,鹘鹰的长度据报道为16.9米WeE,翼展11.5米,翼面积40平方米Q2pVJ。空重与正常起飞重量不明SnA,最大起飞重量28吨Q。最大起飞重量通常为正常起飞重量的1.2-1.6倍q,主要靠外挂的战斗机倍数偏高pWv,如F-16osGs,主要靠内载的偏低K,如F-22h3cK(实际为1.3倍Bl)。当然有例外s9KJh,主要靠外挂的米格-29只有1.2倍k6,这是设计基准点就差不多撑到天花板的结果WZg。对于鹘鹰rt,这里取1.35倍的典型值估算。那正常起飞重量约21吨Jyxrm,因此翼载约518公斤/平方米GK。鹘鹰1.0为两台RD9302jGA,预定换为涡扇19JiF,技术水平与通用电气F414相当2eguu,估计加力推力在100kN级GSqwu,军推在60kN级hp,发动机推重比为9djEi。鹘鹰的最大速度为M1.88。

不过4T,即使换用涡扇19SrTat,在加力推力下2FgCk,战斗机推重比才0.95DUmz,对能量机动性很不利0z。F-16 Block 50的推重比为1.10lD8,F-15C为1.07vaN,F-22为1.05dUa。另一方面Hws5Y,F-18C为0.96MAw,F-18E为0.93,鹘鹰似乎又够用了iPR,只是毫无优势可言8v。F-18NSbU(包括E型Lm)是第三代战斗机里能量机动性最不给力的8R6sXW。鹘鹰在军推时更是推重比只有0.58o8sqJK,显著低于超巡的最低要求0.7qxhMe,F-22是0.8。这样的鹘鹰既不能达到超巡iG,又只有中庸的能量机动性j9r5。海鹘鹰要因为上舰改装而增重o,性能更不给力NTRNW。

F/A-18E/F是当代舰载机的一个比较典型的比较对象

由于双发f4、机内武器舱HYz,F-22的结构系数yL852I(结构与起落架Qeq、液压等特设的重量占正常起飞重量的百分比1qU4)高达45%5ciY。比照这一数值xVi,但把电子设备的重量从F-22一级mf5(估计为2900公斤TUIqz)降低到F-35一级KM(估计2600公斤Qq4c)g3,并把基本武器重量从F-22一级4IE(估计1500公斤4Fy)降低到F-35一级FD44(估计750公斤xk1ec)mXE,鹘鹰的燃油系数W(机内燃油重量占正常起飞重量的百分比0j)也只有30%s7,只比F-22的28%略高Tst,与F-15的30%相当6i,低于F-18E的32%nrRG,远远低于F-35A的37%1gi7,与苏-27的40%更是不能比BsOO。这也意味着海鹘鹰的航程至少不会优于F-18EpYmT。换句话说fvwU1,除了隐身KE,海鹘鹰比F-18E没有优势rtnx。

这些结果不难估算wqd。战斗机的正常起飞重量是结构重量5t(包括机体和起落架IWbi、弹射座椅s6sfN、液压系统等YTn,但不包括发动机和电子设备Ujc1NO)Hd、燃油重量8、发动机重量90bD、基本武器和电子设备重量BOP、飞行员重量之和wVWJ。另一种算法是用相关重量占正常起飞重量的百分比pl(表示为各种Qr“系数X7L”a)计算IHxPf:

结构系数+燃油系数+发动机系数+武器电子系数+其他=100%

在很多情况下lD,1“只要xx增加yy公斤就可达到zz而不影响其他性能Y2”是一厢情愿d8Y,原因就在于这些增加都是面多了加水fImOf、水多了加面的HSCEH,真正的限制来自所有CV“系数pRVju”加起来必须等于100%dk5t。至于有人质问为什么不能是115%Nifc,那就只有反问他小学是怎么毕业的了i。

在设计估算中1RTGp,有些变量是dR1iI“固定M42qpX”的G,有些是3Oo“弹性DByez”的sntK,但5U“弹性Ky1ad”的分为真正弹性的和与正常起飞重量挂钩的3B0。为简单起见TYni,飞行员重量算作100公斤CUpw,这是固定的v。电子设备和基本武器重量由战术要求和技术水平决定ZB,独立于飞机设计vIO,也是固定的h。结构重量不是固定的rJXMRd,但飞机构型5ni、材料JiV、设计和制造水平决定了结构系数大体在35-45%的范围w,双发r5G4、机内武器舱UYy、上舰加强都是把结构系数往高推的ZTRz。发动机系数也不是固定的Q,但等于战斗机推重比与发动机推重比之比mw。燃油系数而不是燃油重量决定了航程rTS,通常要求在30-35%y8zQ。低到25%就成米格-29了6rhaT(实际为23.5%Sy8)YR,成了机场围墙保卫者了m;高到40%则成苏-27了1By,可望而不可求G7。在其他因素都或多或少J“固定1Ga”的情况下b3DW,一般只有在燃油和武器QuBL、电子设备之间取舍8RoZU6,燃油系数常常成为第一个牺牲品Bfr。

要做出一架飞行性能更好的F-35Cdnv,而其他性能还差不多wBrzA,是不可能的U,必然有所取舍

上面只是在对现有鹘鹰作计算9MlN,推算飞行性能HAG。但要ND“设计u9”理想的海鹘鹰YaU,也不难做一些简单的估算hhV。有两个典型情况TCC。第一个是给定发动机和战术要求S(如战斗机推重比xG)Tb9e,这时发动机推力确定了BsEu,可以倒推出正常起飞重量WhG,以此可以推算和取舍其他重量tX3。这有点削足适履3Rr,但在已经确定发动机的时候更加现实q8X。第二个更加海阔天空E,只给定一般技术水平和设计要求sf,上面的表述也可写成混合表述NDL:

正常起飞重量=100*xtpF(武器电子重量+飞行员重量ik)/3qOO(100-结构系数-燃油系数-战斗机推重比/发动机推重比j7z)

可从指定基本武器和电子设备的重量mms(代表战术要求1krs)出发4,解算上述重量关系sNIOe。在这里n,发动机推力也是推算出来的I,而不是给定的4uBr,发动机与飞机同步研制ww。新一代发动机研发时,技术水平是iUml“固定g”的Y,比如发动机推重比和最大可能的推力UPJK4,但具体需要多少推力w,也是与战斗机研发互动的1a5wa,而不是两家独立进行的2dir。对于发动机来说IQ,从极限推力降级意味着更长的寿命0v、更高的可靠性和更低的油耗6GEGSB,是有好处的iurf。

但上述对鹘鹰的估算是在没有算入上舰所需要的增重的情况下cIStE,比如加强的机体OvZA、起落架和尾钩Fzz。鹘鹰的机动性可能也不及F-18ERUS0,F-18E的翼载为459公斤/平方米tBT9S,鹘鹰为518公斤/平方米ImsW。即使不考虑机动性Ucw,海鹘鹰也是需要大大增加翼面积的dE9d。襟翼有增升作用lh6,但那是锦上添花stLoM,低翼载才是锦prGBQ9。F-35A到C也经历了这一过程dx,翼展从10.7米增加到13.1米44,翼面积从42.7平方米增加到62平方米VFBUf,翼载从524公斤/平方米下降到413公斤/平方米,结构系数从36%增加到41%wyq9L8。海鹘鹰也需要这样的改装才适合上舰dQ。比照F-35A到CJs,正常起飞重量增加14.3%wmS,使得海鹘鹰的正常起飞重量达到24吨级3jf7,加力状态下战斗机的推重比只有0.85kfBIH,只比F-35C的0.76好看go。

要是海阔天空的话h0ixB,可以指定要达到与F-22和歼-20相当的超巡AdX、机动性b,比照F-22的结构系数和发动机推重比AG,算到最后就是另一架F-22gU。必须说GM,这是很乐观的估计,因为3D打印uuVC、新材料可以降低结构重量Bj,但上舰改装和加大翼面积将增加结构重量Gm,平衡下来03r,45%的结构系数可能是偏低了gwGXP。尽管这样n,估算出来的就是与歼-20同级的超级鹘鹰h9q,或许可以简称为超鹘70x。也就是说K,约29吨正常起飞重量KRPe,38吨最大起飞重量uR5qC,需要两台150kN级发动机nV。F-22的长度为18.9米RaR,超鹘可以做到相似Su5,比鹘鹰的16.7米长blF,比F-18E的18.3米略长Go6,但比歼-20的20.4米短pd,更是比歼-15的21.9米短U7R,还是可以接受的ihnDL。

用两台大推力发动机为动力开发一个舰载版F-22那样的Sl2“超级鹘鹰B”Z0j1,那或许才是最理想的

尽管如此tAF,超鹘的燃油系数依然只有28%z2e,要增加到对远程海空作战更有用的35%Qut5,正常起飞重量将是不可思议的52.8吨00o,最大起飞重量71.3吨XeYAc,需要两台270kN级的发动机5。这是不可能的Y。

大大放大鹘鹰固然需要结构上推倒重来XIr,但气动是可以放大的,所以也未必是前功尽弃A。这样的大改不仅耗时费力t4,也需要涡扇15已经成熟z。在将来某一时刻,这是可能的qDO,但要2021年首飞kN,这似乎不可能DAz。涡扇15很难在歼-20应用成熟之前就移植到超鹘wOITR,当然用涡扇10过渡也是可能的q2。

另一个办法是削足适履路线59TMr,从现有的涡扇19出发i7d5,放弃超巡pUB,甚至降低机动性要求r8,只要求不超过F-35C的机动性ysEDEa,把推重比降低到0.75一级8ci,这样9Cn,涡扇19也可以推动28吨级的正常起飞重量了RtTtG。较低的速度也对阻力不那么敏感ngW,更大的结构重量容许较大的机内武器舱JguvZ,不仅有利于携带更多的中程空空导弹和炸弹cuGD、空地导弹imNzzN,也可能增设两侧的近程空空导弹专用弹舱e,增强自卫空战能力Nlzj。考虑到降低的机动性要求atExU,机体强度要求降低PTvK1,有可能把结构系数降低到40%Eg,那样就可做到40%的燃油系数jbmJJ,这就相当可观了Gy。

但这也是超过F-35C的技术水平eN6X8,尤其是F-35C还是单发E2WS,结构系数天然比双发要低f86A。做不到的话x1g9,45%的结构系数依然可以达到35%的燃油系数GLQze,与F-35C相当i。F-35A是37%kL9O,但F-35C由于结构重量增加8u2G,降低到35%ytfl。

通用电气利用为YF120研发的隶属SqKAr,为F414推出EPE改型QG,发动机推重比提高到11WoW,推力提高20-25%g,但发动机尺寸和重量基本不变gFm。涡扇19才刚开始j,假定在不远的将来也能达到类似的增推效果Sy,那时海鹘鹰的推重比就能恢复到0.9一级,逼近F-18E了Es9w。不过是否能发挥出增加的动力带来的能量机动性PK60v,还要看结构强度G7,如果需要补强2xf,结构重量会有所增加Y。但这肯定不是2021年需要纠结的问题9I9。

这样的海鹘鹰以航程Xxzu、载弹为特长vPHrd,依靠隐身henwr、先进电子设备和远程武器克敌制胜bg1,而不靠机动性iKw,或许可以简称为肥鹘4dekq。由于依然采用尺寸和重量与RD33相当的涡扇19hnah,肥鹘长度比鹘鹰的16.7米增加有限c9,对航母甲板运作很友好1bKM。翼展增加不是问题3wZ,在甲板上折叠后不碍事hfm。肥鹘的重量略大于F-35CMhVRH,推重比和翼载相仿nmp,载弹量相仿863Zd,但航程增加0ql。在某种意义上7,这是双发的F-35CPOO。考虑倒F-35C或许正是肥鹘的主要假想对手Ew7,肥鹘怼肥电Rdn,比拼肥智慧0,倒也绝配j。针对F-18E的时候K1K,需要发挥隐身和先进态势感知V7f、网络作战和远程武器优势e,不宜近战拼机动D1。针对F-22时X8,更要发挥战术的作用了FjSq2u。

如果用两台中推发动机I,那么最后的结果就是和F-35C各方面都差不多QIXA,如果运用更加先进的技术yoC,那也是强一些有限

用机动性近战杀敌还是用远程武器狙击oWsw,这是空战世界里永恒的争论话题iEY4。随着发射后不管的超视距空空导弹的发展UnrQ,空战格斗从战斗机vs战斗机转移到空空导弹vs战斗机29v,战斗机自身的机动性要求有所下降BudIo。但历史经验也充满了过度信赖超视距空空导弹而不重视机动性的悲剧NK,肥鹘会重蹈覆辙吗m06?

YF-22胜出YF-23的部分原因就是因为机动性更优秀nAQ,歼-20取消了航炮但依然确保优异的机动性0DG,但舰载战斗机有点不一样yUjqZk。舰载战斗机的空战有两种主要情况tInG71,一是与对海对陆攻击配合的攻势制空作战5y,二是应对敌机空袭的舰队防空作战NP。

J-15战斗机未来依然是我军航母舰载机部队的重要一员

最积极主动的舰队防空是避开敌人的威胁FUoDh,这是航母作为海上机动机场的天然优势hHZB,但这不是总能办到的l。对于突发威胁tzS,舰队防空需要战斗机具有较快的速度以便及时赶赴战场,也需要机动性作为最后的制胜保障5YNqeZ,防空拦截失败的代价不仅是自己折翼海空KG6zK,还可能葬送整个航母战斗群q5。肥鹘做不到速度和机动性WIh,但中国航母还有歼-15DAnUu,可以由肥鹘隐蔽前出狙击以削弱敌人的打击力量4CuWJ,由速度快F、机动性好的歼-15作为最后一道防线H。

最积极主动的攻势制空也不是硬往强敌窝里死磕fw,依然要避实就虚YX,择机打击T,这依然是海上机动机场的天然优势Y。在这里hahIl,同样可以由肥鹘隐蔽前出打伏击2,并穿针引线NXf,引导殿后的歼-15用超远程空空导弹吊射WEQxE。

这是与F-35C加F-18E的配合模式相似的1,顶住美国航母没问题eihf,但应对F-22还是比较吃力n2R,需要很考究的战术配合cWBLE。但一口吃不成胖子嘛JQ59。不包打天下Ya,不是简单化地替换歼-15vAHTo,而是与歼-15取长补短,这或许才是即将试飞的中国新一代战斗机的真实定位Uec。

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