4S中的3S

大水

FC31“鶻鷹”戰(zhàn)斗機是最近國內(nèi)武器裝備相關(guān)討論的熱點。從中央電視臺到各家新聞媒體、各大軍事網(wǎng)站，“鶻鷹”都是網(wǎng)紅。筆者根據(jù)自己對航空技術(shù)的了解和認識，對“鶻鷹”的各方面性能做一個分析。

五代機的4S

2011年，殲20戰(zhàn)機首飛。很多人都對資金、技術(shù)、設(shè)備、人員等綜合實力雄厚的沈陽飛機設(shè)計所同樣給予了很大期待，希望南北兩個飛機設(shè)計所能在隱身戰(zhàn)機方面有所成就，共同推動中國航空技術(shù)進步。

“鶻鷹”的出世滿足了軍迷們的這個夢想，但是“鶻鷹”作為后來者的性能到底如何，卻產(chǎn)生了一些爭議。

五代機有比較成熟的標準，就是4S，包括：隱身（Stealth），超音速巡航（Super Sonic Cruise），超機動（Super Maneuverability），超信息優(yōu)勢（Superior Avionics for Battle Awareness and Effectiveness）。目前關(guān)于“鶻鷹”的信息系統(tǒng)尚且沒有足夠的信息披露，因此我們只能根據(jù)公開發(fā)布的信息、外形和飛行表演中的實際表現(xiàn)來討論一下前面3個S。

3S之一：隱身

隱身飛機設(shè)計原理有關(guān)教材上清楚地說明，飛機的隱身90%依靠外形，只有10%依靠涂料。外形隱身的要點就是飛機的外表線條輪廓盡量相互對齊，而且盡量集中在盡量少的方向上，使得飛機反射的雷達波都盡量向無害方向而走。

但是第一眼看去，“鶻鷹”的機翼平尾進氣道垂尾前后緣基本是相互平行的。機身側(cè)面和垂尾也幾乎在同一傾斜平面內(nèi)，而且和機頭側(cè)面平行。從這個總體的印象來說，“鶻鷹”初步具備了隱身飛機的外形。

◎機頭

“鶻鷹”機頭和F35類似，都是兩側(cè)傾斜、下頜尖的角錐形狀機頭，機頭雷達罩和機頭有一個15度左右的傾斜，外表明顯有防雷擊條帶。這是典型的隱身設(shè)計，尺寸和F35類似。

◎進氣道

從珠海航展來看，“鶻鷹”進氣道入口和發(fā)動機尾噴口基本在同一直線，有人就懷疑這兩者是直通的。但這是不可能的。因為只要設(shè)置一個大S造型的進氣道就可以解決問題。從進氣道開始，氣道向上彎曲、向內(nèi)彎曲、再彎曲到發(fā)動機入口就可以解決問題。

大S造型需要復合材料鋪層，而中航工業(yè)的復合材料中心就設(shè)在沈飛，完全可以解決。

◎機身

“鶻鷹”的機身基本采用了F22的扁六邊形路線。不過“鶻鷹”的定位與殲20不同，采用了推力比較小的RD93發(fā)動機，所以刻意限制了飛機的的尺度。機身上寬下窄，有一個30度左右的傾斜，和垂尾角度一致。

由于發(fā)動機推力比較弱、推重比比較低，“鶻鷹”的設(shè)計師盡量在機身設(shè)計上采取措施補救飛行性能。機身上表面設(shè)置油箱，內(nèi)油在6-7噸之間，保證足夠的作戰(zhàn)半徑。機身的中部是進氣道，中機身下部就是彈艙。為了保證面積律的實現(xiàn)，后機身就開始縮減截面，盡量減阻。在這樣的制約下實現(xiàn)隱身設(shè)計，難度是相當大的。

由于外掛武器會大大增加反射效應(yīng)，使得隱身設(shè)計完全失效，所以隱身飛機的武器掛載都盡量內(nèi)置。

“鶻鷹”機身鋸齒設(shè)計是亮點。從各種高清大圖來看，“鶻鷹”大部分口蓋和對接框架蒙皮都采用了鋸齒外形設(shè)計，是隱身戰(zhàn)斗機的標準設(shè)計。

從后機身的設(shè)計來說，隱身設(shè)計不如殲20。殲20的后體有腹鰭做遮擋，紅外探測器從側(cè)面完全探測不到發(fā)動機尾噴口。不過考慮到“鶻鷹”的定位，即使有問題也不是太大問題。

3S之二：超音速巡航

從“鶻鷹”目前的氣動布局和發(fā)動機選型看，是不具備超音速巡航能力的。不過同為五代機的F35最大飛行速度只有馬赫數(shù)1.6，“鶻鷹”宣傳的最大速度馬赫數(shù)1.8，看來超音速巡航也未必是五代機的硬指標。

◎機翼

“鶻鷹”機翼采用了40度左右的中等后掠角切尖三角翼設(shè)計，比較利于亞音速巡航，可以看出飛機設(shè)計比較突出遠程作戰(zhàn)，追求作戰(zhàn)半徑較大。翼后緣采用了類似F22的10多度前掠，在跨音速時候阻力較小。

機翼設(shè)有增升裝置，前緣有通長的前緣襟翼，機翼后緣有類似F35A和蘇27類似的襟副翼。這種襟副翼設(shè)計在F16戰(zhàn)斗機上應(yīng)用最成功，它避免了機翼外側(cè)剛度的不足，又優(yōu)化了飛行器高速飛行時副翼面出現(xiàn)的操縱反效問題。

從機翼面積來看，和F35A戰(zhàn)斗機類似，“鶻鷹”第一架樣機并沒有切尖。第二架樣機的機翼、平尾、垂尾都進行了切尖處理。某些技術(shù)論文認為，這樣的設(shè)計對隱身方面有好處。

◎尾翼

“鶻鷹”平尾和垂尾原始設(shè)計比較像F22，尤其垂尾采用了一種戰(zhàn)斗機很少見的梯形。但F22的垂尾位置很靠前，著重在大迎角時候發(fā)揮作用。而F104和米格21等二代機的垂尾比較靠后，著重改善馬赫數(shù)2時的效率。

“鶻鷹”第一架樣機的垂尾位置在這二者之間，估計有兼顧高速和大迎角的目的。但是第二架樣機的垂尾設(shè)計發(fā)生了很大改變，垂尾外形更類似于F35，前后緣都后掠外加切尖。從這個角度來說，“鶻鷹”設(shè)計放棄了高機動。

◎進氣道

“鶻鷹”進氣道和F35相同，采用超音速無附面層隔道（DSI）進氣道。這也是中國第4款采用DSI進氣道設(shè)計的飛機。前3款分別是“梟龍”FC-1戰(zhàn)斗機、殲10B/C、殲20。這種進氣道有很多的好處。它重量輕、無可動部件，隱身性能好，而且對于偏離臨界狀態(tài)的來流要求比較寬松，大大提高了發(fā)動機進氣道的進氣質(zhì)量，使得發(fā)動機喘振概率大大減小。

這種進氣道的難點在于設(shè)計階段需要強大的流場計算模擬能力，而且在設(shè)計之初就要選擇好最佳的速度范圍。不過經(jīng)過中國航空科研人員多年的攻關(guān)，DSI設(shè)計和分析手段已經(jīng)成熟，可以自由發(fā)揮。

DSI進氣道也有弱點。首先是不能容忍負角度的迎角，在正迎角工作范圍最大可以到50-60度。但負5度左右的姿態(tài)就會使得進氣道排除附面層功能失效，導致發(fā)動機喘振甚至停車。不過這個弱點可以通過飛控系統(tǒng)來克服，不飛負角度就是了。

DSI進氣道最大的弱點在于，飛行速度超過馬赫數(shù)1.2后，總壓恢復系數(shù)比傳統(tǒng)的外壓斜板明顯差，而且速度越大差距越大。從這個角度來說，強調(diào)超音速飛行的飛機不是特別適合采用DSI進氣道。

實際上F35也完全放棄了超音速巡航能力，依靠隱身和信息優(yōu)勢作戰(zhàn)。F35打算很遠就發(fā)現(xiàn)敵機，遠遠地射一發(fā)導彈，絕不和敵人糾纏。

3S之三：超機動

雖然超音速巡航是五代機的標桿，但“鶻鷹”用現(xiàn)有的發(fā)動機很難實現(xiàn)這一點。

“鶻鷹”在珠海航展表演時被軍迷們戲稱為“煙鬼戰(zhàn)斗機”。原因是起飛時噴出大量黑煙，這是發(fā)動機燃燒不充分的標志。但是“梟龍”戰(zhàn)斗機采用同樣的RD93發(fā)動機，卻少有噴黑煙的問題。經(jīng)過查詢資料發(fā)現(xiàn)，“鶻鷹”樣機為了控制成本，實際上配用了比較早期的RD33發(fā)動機。

從珠海航展的表現(xiàn)來看，“鶻鷹”爬升滾轉(zhuǎn)、加速都比較慢，而且糟糕的是，一個普通角度的盤旋都會導致明顯掉高度。特別是2014年珠海航展時，按照飛行表演慣例，飛機內(nèi)油就是1噸多不超過2噸。結(jié)果在發(fā)動機全開加力的情況下，爬升慢，加速慢這就帶來了巨大的疑問。

這樣的情況似乎沒有改觀，最近網(wǎng)絡(luò)上出現(xiàn)了“鶻鷹”雙機飛行的視頻。其中第二架做了一個中等坡度的盤旋就明顯掉坡度，而且發(fā)動機也噴出了黑煙。這說明飛機阻力太大，發(fā)動機推力完全不夠用。

“鶻鷹”目前還在早期的樣機階段，假如加上全套航電設(shè)備，包括機頭雷達、襟翼雷達、頜部光電塔、機身光電告警設(shè)備、火控設(shè)備等，估計飛機空重要增加1噸左右。按照航空科研和戰(zhàn)斗機研發(fā)的一般規(guī)律，起飛重量會越來越大。飛行性能不足的問題會越來越突出。

武器攜帶能力

除了上面所說的3個S。通過公開數(shù)據(jù)，我們還可以對“鶻鷹”的武器攜帶能力做一些分析。

“鶻鷹”由于發(fā)動機推力比殲20少了幾乎三分之一，無力同時承載殲20那種大型機腹彈倉和兩側(cè)紅外格斗導彈彈倉。因此“鶻鷹”追隨F35的路線，取消了機身側(cè)面格斗彈倉。

目測“鶻鷹”主彈艙尺寸和殲20戰(zhàn)斗機一樣，長度4.5-4.7米，寬度2米左右，深度估計可以掛載500千克炸彈一類，兼容國產(chǎn)霹靂15導彈。

為什么一種中型戰(zhàn)斗機要采用這么大尺寸的彈倉？理由很簡單，按照國家標準，殲20彈艙是與霹靂15導彈配套的。假如“鶻鷹”采用小尺寸彈艙，就無法容納霹靂15。除非為之研制一種更小的先進空空導彈，否則“鶻鷹”將面臨無彈可用的情況。而為了“鶻鷹”重新設(shè)計武器，工程量就超過了沈飛的協(xié)調(diào)能力。

“鶻鷹”采用和米格29相同的雙發(fā)布局。但實際上，加裝了彈艙之后，“鶻鷹”橫截面就比米格29大了約30%～40%，很難避免阻力飆升、飛行性能惡化。但是為了利于武器掛載，這樣的選擇也是不得已為之。

按照珠海航展展出的宣傳資料，“鶻鷹”在機翼下左右一共有6個掛點，可以掛載反艦導彈、激光炸彈和格斗導彈，在不需要隱身能力時可以采用外掛。

還需繼續(xù)提高

到目前為止，“鶻鷹”至少證明了自己是一架能飛的戰(zhàn)斗機。但要想成為一架能打仗的五代機，還有很大的提升空間。

“鶻鷹”導彈內(nèi)油和F35類似，但雙發(fā)設(shè)計比單發(fā)設(shè)計的阻力明顯更大。為了實現(xiàn)相同的航程，就必須大幅度增加內(nèi)油。這將是“鶻鷹”后期設(shè)計所面臨的嚴峻挑戰(zhàn)。

最大的問題還在于發(fā)動機。F35A空重13噸，最大推力190千牛。而“鶻鷹”裝備全部作戰(zhàn)系統(tǒng)后，空重估計要比F35高1-2噸甚至更多。僅僅是兩臺發(fā)動機RD33重量就要比F35所用的F135發(fā)動機差不多重1噸了，最大推力卻只有166千牛。未來即使采用兩臺渦扇19發(fā)動機，總推力也只有200千牛，推重比還是遠遠落后于美國F135。如果這個問題不解決，“鶻鷹”只能算作一種亞音速攻擊機。如果裝備與F35相當?shù)暮诫娫O(shè)備，價格還未必低于F35，對市場競爭力有傷害。

以美國設(shè)計經(jīng)驗來看，雙發(fā)飛機要達到F35指標，發(fā)動機總推力要比F35大3成左右?，F(xiàn)在F35發(fā)動機推力升級到了200千牛，那么“鶻鷹”的雙發(fā)總推力就要達到260千牛。從目前國內(nèi)供應(yīng)能力來看，或許只有“太行”是現(xiàn)成可選的型號。