心神不定

晨楓

升級(jí)為日本防務(wù)省的國家項(xiàng)目老話說，心神不定，輸?shù)酶蓛?。?duì)于日本來說，心神指三菱重工的ATD-X技術(shù)驗(yàn)證機(jī)，新近正式命名為X-2，也就是說，從公司項(xiàng)目轉(zhuǎn)為防衛(wèi)省技術(shù)研究本部（現(xiàn)防衛(wèi)裝備廳，簡稱TRDI）的國家項(xiàng)目。近代日本畫壇巨匠橫山大觀把富士山叫做日本的“心神”，據(jù)說將“心神”用于戰(zhàn)斗機(jī)名字包含了“日本之魂”的意思。1月28日，“心神”在位于名古屋的三菱重工小牧南工廠首次正式向公眾公開，預(yù)計(jì)將在4月份開始進(jìn)行包括實(shí)機(jī)雷達(dá)反射面積（簡稱RCS）測試在內(nèi)的試驗(yàn)?！靶纳瘛笨赡懿恢故羌夹g(shù)驗(yàn)證機(jī)，如果一切順利，最快可在2018年投產(chǎn)，作為三菱重工F-2的下一代自研戰(zhàn)斗機(jī)。

東施版F-22

ATD-X為單座、雙發(fā)、雙垂尾、中單翼設(shè)計(jì)，采用兩側(cè)進(jìn)氣口，在外觀上像縮小的F-22，但只是“像”而已。ATD-X采用外傾雙垂尾，這可能更多的是出于隱身的考慮，避免側(cè)向的垂直面，而不是出于機(jī)動(dòng)性的考慮。但ATD-X的兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)噴口采用三片式推力轉(zhuǎn)向，應(yīng)該是出于機(jī)動(dòng)性的考慮。超機(jī)動(dòng)和高機(jī)動(dòng)沒有明確的界限，一般認(rèn)為超機(jī)動(dòng)更加強(qiáng)調(diào)過失速和超聲速機(jī)動(dòng)性，傳統(tǒng)的氣動(dòng)控制在這兩個(gè)情況下都力有不逮，推力轉(zhuǎn)向更加有效。三片式矢量推力在美國的洛克韋爾X-31上首先使用過，雖然重量輕但效果有限。因?yàn)槿絿娏鬓D(zhuǎn)向不是密封的，在導(dǎo)流片大幅度偏轉(zhuǎn)迫使噴氣流轉(zhuǎn)向時(shí)，部分噴流的能量從巨大的縫隙流散，不能形成偏轉(zhuǎn)的推力。但換一個(gè)角度考慮，三片對(duì)噴口形成一定的遮擋，有一定的紅外隱身作用，倒也不是一無是處。

機(jī)動(dòng)性不是光靠推力轉(zhuǎn)向就能實(shí)現(xiàn)的，還需要良好的基本氣動(dòng)設(shè)計(jì)。在這里，ATD-X采用了少見的單片式襟副翼。襟翼和副翼通常是分開的，但在現(xiàn)代飛控控制下，兩者的作用可以互相客串。外側(cè)的副翼通常差動(dòng)動(dòng)作，產(chǎn)生橫滾力矩；內(nèi)側(cè)的襟翼通常聯(lián)動(dòng)動(dòng)作，產(chǎn)生額外升力，用于縮短起飛著陸距離，或者產(chǎn)生額外壓力，在接地后確?？煽康闹懟芏粫?huì)再飄飛。但在高速飛行時(shí)，用副翼控制橫滾會(huì)對(duì)機(jī)翼產(chǎn)生過度力矩，容易造成氣動(dòng)反轉(zhuǎn)，或者對(duì)機(jī)翼結(jié)構(gòu)造成損壞，因此常改用襟翼控制橫滾。在起飛、著陸時(shí)，副翼也可以部分放下以輔佐襟翼作用，增加額外升力，只要保留足夠動(dòng)作余量用作橫滾控制就可以了，反正起飛著陸階段的橫滾基本為小幅度姿態(tài)調(diào)整，而不是大幅度的真正橫滾，并不需要太大的橫滾力矩。但單片式襟副翼沒法區(qū)分襟翼和副翼的作用，既不能在起飛著陸時(shí)完全放下、最大限度增升，又不能在高速飛行中做橫滾動(dòng)作時(shí)用足差動(dòng)動(dòng)作，難怪在戰(zhàn)斗機(jī)設(shè)計(jì)中很少見到這樣的做法，除了減少作動(dòng)機(jī)構(gòu)重量外，看不出ATD-X這樣做的優(yōu)點(diǎn)。

機(jī)動(dòng)性的關(guān)鍵還是在于足夠的過載，在9q過載機(jī)動(dòng)中需要產(chǎn)生9倍于飛機(jī)重量的作用力。增加翼面積、降低翼載、提高推重比是常見的提高機(jī)動(dòng)性手段。ATD-X的重量、翼展與中巴合作的FC-1“梟龍”戰(zhàn)斗機(jī)相近，翼載估計(jì)也相近，換句話說，作為第五代戰(zhàn)斗機(jī)并不出色。另一方面，利用渦升力增升、提高機(jī)動(dòng)性已經(jīng)成為現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)的典型特征。F/A-18用大邊條產(chǎn)生渦升力，歐洲“兩風(fēng)”用全動(dòng)鴨翼主動(dòng)控制渦升力，F(xiàn)-22用菱形截面機(jī)頭的尖銳側(cè)脊、大傾角的進(jìn)氣道側(cè)面和進(jìn)氣道外緣的窄邊條形成渦升力，蘇霍伊T-50用可動(dòng)邊條主動(dòng)控制渦升力，殲20則是高度復(fù)雜的用鉆石形截面機(jī)頭的尖銳側(cè)脊、全動(dòng)鴨翼、大傾角的進(jìn)氣道側(cè)面和進(jìn)氣道外緣的邊條產(chǎn)生渦升力。ATD-X的機(jī)頭倒是也有一點(diǎn)側(cè)脊，但與F-22或者殲20相比，更像捏了一圈餃子邊的圓形截面，側(cè)脊只是意思意思而已，產(chǎn)生渦升力的作用不會(huì)很強(qiáng)，隱身效果也只是象征性的。ATD-X的小邊條和F-22相近，但F-22的進(jìn)氣道外側(cè)高度傾斜，強(qiáng)化了小邊條的作用，與機(jī)頭的菱形截面和尖銳側(cè)脊交互作用之后，產(chǎn)生強(qiáng)烈的渦升力。ATD-X則沒有這樣的作用，接近垂直的進(jìn)氣道外側(cè)對(duì)小邊條沒有強(qiáng)化作用，小邊條產(chǎn)生渦升力的能力不會(huì)比第一代嘗試邊條概念的F-5E強(qiáng)多少。

F-22的設(shè)計(jì)理念已經(jīng)不是高深不可莫測的奧秘了，尖銳側(cè)脊和大傾斜進(jìn)氣道外側(cè)對(duì)渦升力和隱身的作用不難理解，但要在工程設(shè)計(jì)上做好，而不是形成不可控的渦流和不利氣動(dòng)交互作用，需要很深的氣動(dòng)設(shè)計(jì)功力，連大型風(fēng)洞都沒有的日本缺乏這樣的功力，只有象征性地粉飾一點(diǎn)貌似F-22的特征。

ATD-X的氣動(dòng)水平還可以從雙垂尾看出來，這依然是傳統(tǒng)的大型安定面加后緣活動(dòng)面，與F-22一樣。F-22當(dāng)然不是落后的設(shè)計(jì)，但這是30年前的設(shè)計(jì)了，F(xiàn)-35的設(shè)計(jì)也在20年前凍結(jié)了。中國殲20、俄羅斯蘇霍伊T-50已經(jīng)采用全動(dòng)垂尾，大大減小垂尾面積和重量，比殲20、T-50更后首飛的ATD-X還延續(xù)重量、RCS都大的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)就落后于時(shí)代了，但對(duì)于缺乏氣動(dòng)和飛控功力的日本來說，倒也不乏為識(shí)時(shí)務(wù)的做法。

ATD-X還有一個(gè)有趣的特征：沿機(jī)身兩側(cè)有寬厚的側(cè)板，與F-16很相像。換句話說，機(jī)翼位置靠前，而不是像F-22那樣機(jī)翼位置靠后。F-16是最早采用翼身融合體的，機(jī)翼圓滑地融入機(jī)體上表面，機(jī)翼前緣與機(jī)體之間則是精妙的三維圓滑過渡，但這給機(jī)翼后緣到機(jī)尾的后機(jī)身側(cè)面處理帶來了難題。F-16的解決辦法是將翼身融合體的“雙肩”向后延伸，形成側(cè)板，平尾的安裝點(diǎn)在側(cè)板側(cè)面，而不是直接安裝在機(jī)體上。側(cè)板實(shí)際上相當(dāng)于增加了后體的翼面積，有利于升力中心后移，適度降低靜不穩(wěn)定性。F-22用大大靠后的機(jī)翼位置達(dá)到同樣的目的，但在氣動(dòng)上優(yōu)美得多。F-16是第一代靜不穩(wěn)定的戰(zhàn)斗機(jī)，增加了機(jī)動(dòng)性，降低了巡航速度的配平阻力。但這還是電傳飛控的早期，側(cè)板提供的靠后的升力貢獻(xiàn)降低了飛控的難度，側(cè)板尾端有可以下垂的擾流板，用于在大迎角飛行時(shí)提供額外的低頭力矩，幫助恢復(fù)正常平飛。近似矩形體的側(cè)板與圓柱體的機(jī)體之間只有簡單對(duì)接，沒有特別的過渡。30多年后的ATD-X也是一樣，采用了簡單側(cè)板設(shè)計(jì)。

兩側(cè)進(jìn)氣使得中機(jī)身翼身融合的設(shè)計(jì)有所簡化，沒有F-16那樣的機(jī)翼前緣與機(jī)體融合的難題。但ATD-X像F-22一樣，雙發(fā)在后機(jī)身緊密并排，從寬間距的進(jìn)氣口到窄間距的噴口之間有一個(gè)橫向的收縮。因此像F-16一樣，將翼身融合體隆起的“雙肩”向后延伸，上表面還是圓滑展開過渡，下表面則隨著進(jìn)氣道到發(fā)動(dòng)機(jī)和噴口的收縮而逐漸“長”出側(cè)板，只有平面到圓柱的直接對(duì)接，看不出有任何隱身考慮。ATD-X對(duì)隱身有所考慮，但基本氣動(dòng)設(shè)計(jì)水平不超過40年前的F-16，與F-22是東施與西施的差別。

ATD-X采用兩臺(tái)石川島播磨XF5-1渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，單臺(tái)軍推49千牛，加力推力沒有透露，比照軍推相近的法國斯奈克瑪M88的話，估計(jì)在75千牛級(jí)。ATD-X最大速度要達(dá)到M2.25，超巡速度要達(dá)到M1.82，超過F-22的M1.6，相當(dāng)可觀。ATD-X沒有采用隱身更好的蚌殼式進(jìn)氣口，而是采用加菜特進(jìn)氣口，再次與F-22相似，但唇口后傾角度明顯較小。F-22的加菜特進(jìn)氣口采用三維斜切，上下唇口后掠，側(cè)壁唇口前傾，側(cè)壁外傾。這些角度不僅符合隱身要求的邊緣對(duì)齊原則，還符合進(jìn)氣口激波系的要求。在超聲速飛行時(shí)，激波鋒面成為進(jìn)氣的減速機(jī)制，將超聲速來流減速到亞聲速。理想激波鋒面應(yīng)該正好覆蓋進(jìn)氣口，既消除激波鋒面與進(jìn)氣口邊緣之間的漏氣，也避免激波鋒面進(jìn)入進(jìn)氣口對(duì)內(nèi)壁結(jié)構(gòu)造成的損害。ATD-X的超巡速度比F-22還高，進(jìn)氣口的斜切角度理應(yīng)更大，但側(cè)壁唇口反而接近垂直，側(cè)壁外傾也幾乎消失，設(shè)計(jì)難度相應(yīng)大大降低，但設(shè)計(jì)水平比F-5E高不了多少。說到邊緣對(duì)齊，ATD-X的主要艙蓋（如起落架艙蓋）采用奇怪的平直前緣和鋸齒形后緣。鋸齒形后緣應(yīng)該是出于隱身考慮，但為什么同一艙蓋的前緣缺乏隱身考慮，很難理解。

ATD-X是技術(shù)驗(yàn)證機(jī)，但要驗(yàn)證什么技術(shù)是個(gè)謎。技術(shù)驗(yàn)證機(jī)有兩大類，一類不以最終發(fā)展成生產(chǎn)型為目的，純粹是技術(shù)驗(yàn)證的，美國NASA的X系列飛機(jī)是這方面的例子，如突破聲障的X-15、研究推力轉(zhuǎn)向的X-31等。另一類是為生產(chǎn)型探路的，F(xiàn)-35在驗(yàn)證試飛時(shí)的X-32和X-35屬于這一類，F(xiàn)-22在驗(yàn)證試飛時(shí)的YF-22和YF-23也屬于這類。但ATD-X很奇特，兩者都不是。ATD-X主要驗(yàn)證的是隱身和機(jī)動(dòng)性，但三片式的推力轉(zhuǎn)向明顯沒有實(shí)用價(jià)值，而且TRDI也聲明了未來打算采用軸對(duì)稱推力轉(zhuǎn)向。在基本氣動(dòng)方面，ATD-X沒有顯著超過F一16/F-2的水平。在隱身方面，ATD-X達(dá)不到F-22和F-35的水平，到處充滿了貌合神離、半心半意設(shè)計(jì)。

但作為受控技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的準(zhǔn)生產(chǎn)型飛機(jī)，由于ATD-X尺寸較小，XF5-1渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的推力或許足夠達(dá)到M2.25的最高速度和M1.82的巡航速度，但缺乏必要的載彈量和載油量，將毫無航程可言。有說法由ATD-X發(fā)展而來的F-3將取代F-2，但F-2的起飛重量幾乎兩倍于ATD-X，很難想象后者具有相近的任務(wù)能力。

用心神釣魚

不過ATD-X上也采用了一些新穎技術(shù)，比如光傳飛控，不僅數(shù)據(jù)率比電傳飛控更高，而且不怕電磁脈沖攻擊，在核大戰(zhàn)環(huán)境或者電磁脈沖彈的攻擊下生存力更高。ATD-X還采用自重組飛控。傳統(tǒng)飛控中，蘿卜和坑是有固定對(duì)應(yīng)的。即使襟翼、副翼可以反串，具體工況下的具體作用依然是確定的。自重組飛控可以在戰(zhàn)損情況下，自動(dòng)啟用其他氣動(dòng)控制面補(bǔ)償損壞的氣動(dòng)控制面。這雖然不能完全恢復(fù)原功能，但至少能保證基本控制。比如說，左側(cè)襟翼損壞了，用左側(cè)副翼補(bǔ)償。在著陸時(shí)不能完全補(bǔ)償原來左側(cè)襟翼的作用，但依然可以放下一半，起到一定的襟翼作用。如果垂尾方向舵損壞，可以用兩側(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的差動(dòng)推力補(bǔ)償。自重組飛控的復(fù)雜之處不在于硬件，而在于軟件和飛控律，ATD-X最多能提供一個(gè)架構(gòu)，但應(yīng)用到另一架具體飛機(jī)的時(shí)候，需要重新設(shè)定和調(diào)試。

日本的技術(shù)路線是放棄整體研制能力，而是專注于某些關(guān)鍵技術(shù)。這是釣魚，目的是誘使美國同意日本加入合作研發(fā)，日本不僅愿意出資，而且以技術(shù)入股。不過日本的單項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)對(duì)美國或許有用，但不是美國不可或缺的，也不是沒有替代技術(shù)的。在ATD-X即將首飛的時(shí)候，三菱正好開始第一架F-35的組裝，這充分說明了日本的處境：日本既缺乏研制完整而且真正適合日本要求的第五代戰(zhàn)斗機(jī)的決心，也缺乏相應(yīng)的技術(shù)能力。ATD-X既沒有多少先進(jìn)技術(shù)可以演示，也不具備足夠的生產(chǎn)價(jià)值。ATD-X只是一個(gè)姿態(tài)，試圖刺激美國放松出口限制，或者邀請(qǐng)日本加入聯(lián)合研制。美國會(huì)上鉤嗎？

責(zé)任編輯：王鑫邦