“心神”的“心病”

康琳

不想“在一棵樹上吊死”

“心神”能否按預期首飛尚不得而知，但它顯然并非日本下一代國產(chǎn)隱身飛機的原型機，而只是一個簡化版本的小型驗證機。何為驗證機？簡單講，就是為了驗證一些先進技術，在設計上盡量簡化的飛行器。飛機設計是一項高度復雜的工程，如果采用新技術太多，就很難確保研制能順利完成。即便是技術實力雄厚的美國，也會大量研制驗證機，例如其×系列驗證機?！靶纳瘛睉?zhàn)斗機被稱為“先進技術驗證機”項目，也就是說，它的存在就在于驗證四代機所需要的關鍵技術，例如隱身外形、涂層、氣動布局等等。如果這些技術被驗證成功，那么日本會研制一個更大的型號以裝備部隊，而不是把它作為戰(zhàn)斗機直接裝備部隊。日本已經(jīng)公開了更為先進的F-3戰(zhàn)機設計草圖，其在隱身及機動性能方面可能大幅超過現(xiàn)在的“心神”。“心神”不能和F-3畫等號，但它所驗證的技術或許將來會廣泛用于F-3戰(zhàn)斗機上。

2005年，比例為1：1的“心神”雷達反射截面積測試模型，就被送往法國進行雷達反射特性的重要實驗。同年，東京年度研究會首次對外展示了1：32的“心神”模型。2006年，該項目還開展了“智能蒙皮機體構造的研制”，所研制的應用于機體上的是更為輕量、高強度的新復合材料，于2011年完成驗證?！靶纳瘛笨偣仓圃?架機體，從2007年9月開始到2015年11月，共進行了40次實驗。實驗顯示，在兩側襟翼完全相反的情況下，操作員仍能操控飛機的水平。截至2015年，防衛(wèi)省在該項目投入的資金為394億日元，并稱這一項目是“一項長期計劃”。特別值得注意的是，盡管立項“心神”是日本謀求在裝備性能上壓倒周邊，但無疑也是在“防著”美國。按照傳統(tǒng)，日本原本可以向美國求購類似性能的戰(zhàn)斗機。從F-14到F-15，日本主力制空戰(zhàn)機均為美制，目前日本也確認要采購F-35聯(lián)合戰(zhàn)斗機，但日本顯然并不想“在一棵樹上吊死”。一旦美國試圖拿F-35“要挾”日本，日本也不至于沒有預案，這與當年研制F-2戰(zhàn)機頗為相似。

聽起來很給力的3F

盡管歐美對第五代戰(zhàn)機的標準已經(jīng)進行了定義，即所謂的4s性能（超聲速巡航、超機動、隱身和綜合化航電系統(tǒng)），但日本人還是為“心神”別出心裁地提出了一個3F功能，即首先發(fā)現(xiàn)、首先攻擊和首先摧毀。3F聽起來很給力，其實也是換湯不換藥，而且沒有4S具體。

首先發(fā)現(xiàn)無疑要由兩個因素來決定，一是自身的雷達探測距離；二是隱身能力。日本是最早在戰(zhàn)斗機上使用有源相控陣雷達的國家。其為“心神”研制一款有源相控陣雷達并無大的困難，但為這樣一款驗證機研制雷達意義不大。特別是“心神”的機頭直徑較小，即便安裝雷達，尺寸也非常有限。不過，日本有為未來的F-3研制新型航電系統(tǒng)的計劃。最大亮點是采用了整合高性能主動相控陣雷達、電子戰(zhàn)系統(tǒng)以及高流量通信能力的多功能射頻傳感器，且利用了智能蒙皮技術，在機身上附著了“瓦片式相控陣雷達天線”，極大提高了雷達的探測范圍和探測距離。“心神”的航電系統(tǒng)并未公開，據(jù)稱正在研制類似于一體化、大尺寸多功能的航電系統(tǒng)。值得關注的是，俄羅斯出口中國的蘇-30MKK多用途戰(zhàn)斗機，使用的都是日本夏普公司生產(chǎn)的高亮度、高精度液晶顯示器。

我們再看看“心神”的隱身設計?！靶纳瘛苯o人的總體感覺，是在一架非隱身的三代機上進行優(yōu)化的結果，其總體的隱身元素遠不及F-22、F-35。一般而言，氣動外形對隱身的貢獻率超過80%。F-22A的設計師在被問及什么影響飛機的隱身性能時，曾回答：“外形，外形，還是外形！”標準的五代機都在外形隱身方面下了大功夫。上述幾種機型的前機身都采用了多平面非圓截面設計，前機身的每個平面都有空間傾角，能將從正側面射來的雷達波反射到其他方向，大大降低了主要威脅方向的雷達散射截面積。第五代戰(zhàn)斗機通常采用大量的平行面和線。盡量讓主翼、尾翼和邊條的前緣平行，主翼和平尾的后緣平行，進氣道側壁與垂尾平行，甚至座艙蓋的側面與前機身上側面也基本平行。多面相互平行能使雷達波的散射集中指向有限的幾個方向，且角度很小，其他方向的散射波束則非常弱。這樣，盡管敵方雷達可以短時間捕捉到主方向的反射波束，但隨著飛機姿態(tài)的微小改變，這些波束會變得“飄忽不定”，進而讓雷達無法穩(wěn)定跟蹤。

效果可能達不到預期

反觀“心神”，其機體設計相對圓滑，特別是其兩側的進氣口，并未采用對邊平行的設計，而這將成為較大的散射源。而且，“心神”的進氣道也未采用隱身機必備的S形進氣道，發(fā)動機的風扇葉片以及進氣道將成為強大的雷達反射源。當然，這一點已經(jīng)在后來公布的F-3原型機想象圖上得到部分改進，后者采用了平行四邊形的加萊特進氣道。此外，“心神”的大型雙座座艙蓋既沒有進行金屬鍍膜處理，在外形上也未作隱身優(yōu)化，必然成為一個大型的雷達反射源。

但從氣動外形上看，“心神”的機動性可能不會像預期的那么高。它選擇梯形機翼，縮短了機翼根部的長度；這樣可以在飛機長度不增加的情況下，保證平尾與機翼之間不直接干涉。這種設計是典型的三代機水平，只是大幅度減小了飛行控制上的風險。

日本在2000年到2008年進行了高機動性能及隱身性整合和控制的研究，已經(jīng)能夠實現(xiàn)一般戰(zhàn)斗機不可能的飛行動作。當然，機動性能好壞，還要看發(fā)動機的推力，這一點一直是“心神”的“心病”。日本在航空發(fā)動機領域，具有較強的加工制造能力，但是設計經(jīng)驗欠缺。因此，2010年4月，日本打算為本國第五代戰(zhàn)斗機的原型機安裝國外發(fā)動機，且已經(jīng)向一些主要發(fā)動機制造公司發(fā)出了對第五代戰(zhàn)斗機所用噴氣式發(fā)動機相關信息的征詢書。日本對非加力狀態(tài)下功率不低于44千牛的發(fā)動機感興趣，其候選發(fā)動機包括通用電氣等國外知名大公司。不過，日本最終可能出于全部國產(chǎn)化的考慮，而選擇本土研制的發(fā)動機。該機裝備的兩臺日本國產(chǎn)XF5-1渦輪風扇發(fā)動機，其雙發(fā)加力推力也只有10噸，大概只比我國臺灣的IDF采用的發(fā)動機推力略高，尚不及一臺俄制AL31F的性能，由此可見，“心神”的推重比是相當?shù)偷?。不過，設計者為XF5-1安裝了3枚矢量推進控制片，這一點十分搶眼，戰(zhàn)機的機動性大為提升，可以進行過失速機動，但這也要看飛控系統(tǒng)水平。另外，該發(fā)動機采用了全數(shù)字化的控制系統(tǒng)，飛行控制系統(tǒng)則是光纖式電傳飛控，因此就操縱性而言，該機應該是杰出的。

不過，針對日本周邊環(huán)境來看，與日本相鄰的中俄兩國，一個擁有殲-20，一個擁有T-50，這兩種都是空優(yōu)型的五代機。F-35在它們面前毫無技術優(yōu)勢，機動性也遜色不少。如果未來日本僅有F-35可以選擇，那意味著日本航空自衛(wèi)隊40年來將首次陷入主力戰(zhàn)機性能和數(shù)量都完全被潛在對手壓倒的情況。也正因如此，日本近年來對所謂國產(chǎn)五代機“心神”的研制工作逐漸認真了起來。然而，從這種飛機首飛一再拖延，各種設計缺陷被不斷爆料的情況來看，日本的“心神”要真能讓日本政府“心神安寧”，恐怕還有很長的路要走。

（責任編輯：曹偉 責任校對：司明婧）