選型之爭(zhēng)：回顧F—22贏得美軍第五代戰(zhàn)機(jī)計(jì)劃

夏宇

F-22猛禽戰(zhàn)斗機(jī)，由美國(guó)洛克希德·馬丁公司、波音公司和通用動(dòng)力公司聯(lián)合研制，是世界上第一型第五代戰(zhàn)斗機(jī)。20世紀(jì)80年代，蘇聯(lián)研制的蘇-27和米格-29開(kāi)始具備作戰(zhàn)能力，威脅到了擁有F-14雄貓、F-15鷹、F-16戰(zhàn)隼、F/A-18大黃蜂等優(yōu)秀戰(zhàn)斗機(jī)的美國(guó)。為了應(yīng)對(duì)來(lái)自蘇聯(lián)的空中威脅，美國(guó)空軍于1983年正式啟動(dòng)了研制下一代具有空中優(yōu)勢(shì)的先進(jìn)戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)斗機(jī)（ATF）計(jì)劃。洛克希德·馬丁公司領(lǐng)導(dǎo)的洛克希德/波音/通用動(dòng)力聯(lián)合小組正是其中的競(jìng)標(biāo)者之一，設(shè)計(jì)的是1132型ATF方案，編號(hào)為YF-22A。競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手是諾斯羅普公司領(lǐng)導(dǎo)的諾斯羅普/麥道公司聯(lián)合小組的N-14型設(shè)計(jì)方案，編號(hào)為YF-23A。在長(zhǎng)達(dá)8年的時(shí)間里，YF-22A與YF-23A展開(kāi)了激烈的角逐。1991年4月23日，美國(guó)空軍部長(zhǎng)唐納德·賴斯宣布洛克希德聯(lián)合小組的YF-22A方案獲得ATF競(jìng)爭(zhēng)的勝利，并決定采用普拉特·惠特尼公司研發(fā)的YF119-PW-100發(fā)動(dòng)機(jī)作為F-22戰(zhàn)斗機(jī)的推進(jìn)系統(tǒng)。

從兩家公司實(shí)力來(lái)看，兩家公司都是美國(guó)軍火界的巨頭，洛克希德公司曾為美國(guó)空軍研制出了P-38、F-80、SR-71、C-130、F-117和F-104等一系列優(yōu)秀軍用飛機(jī)，而諾斯羅普研制出了A-6、B-2、EA-6B、E-2C和F-14等軍用飛機(jī)。從試飛結(jié)果來(lái)看，兩種飛機(jī)雖各有千秋，但都基本符合美國(guó)空軍提出的戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)斗機(jī)的要求。那么，為什么是YF-22A和F119組合競(jìng)標(biāo)成功了呢？

招標(biāo)模式

1986年10月31日，美國(guó)空軍宣布洛克希德和諾斯羅普獲得了制造原型機(jī)的資格，并分別與這兩家公司簽訂了價(jià)值約6.91億美元的研發(fā)合同。根據(jù)合同要求，兩家公司將分別制造兩架原型機(jī)，一架裝備YF119發(fā)動(dòng)機(jī)，另一架則裝備YF120發(fā)動(dòng)機(jī)，然后根據(jù)4架原型機(jī)的試飛結(jié)果，從中選出優(yōu)勝者。

機(jī)體標(biāo)準(zhǔn) 1971年，在美國(guó)空軍戰(zhàn)術(shù)部隊(duì)的“1985年戰(zhàn)術(shù)空軍研究（1969-1970）”（TAC-85）項(xiàng)目研究報(bào)告中，提出了新一代戰(zhàn)機(jī)的概念原型，并稱之為ATF。雖然還只是一個(gè)相當(dāng)模糊的概念，但可以看作是美國(guó)向下一代戰(zhàn)機(jī)邁進(jìn)的第一步。1983年9月，美國(guó)空軍提出了ATF的設(shè)計(jì)概念，立即就有7家公司投標(biāo)，ATF系統(tǒng)計(jì)劃辦公室分別與它們簽署了價(jià)值100萬(wàn)美元的合同。這7家公司是：洛克希德公司、波音飛機(jī)公司、通用動(dòng)力公司、諾斯羅普公司、格魯門宇航公司、麥克唐納·道格拉斯公司以及羅克韋爾國(guó)際公司。美國(guó)空軍要求，除了保持現(xiàn)有戰(zhàn)斗機(jī)的加速性能等，新一代戰(zhàn)機(jī)要具有低可探測(cè)性、高機(jī)動(dòng)性、超聲速巡航能力和超視距作戰(zhàn)能力，同時(shí)要可靠性高，維修保養(yǎng)方便，成本低，還要能做到先敵發(fā)現(xiàn)、先敵發(fā)射、先敵摧毀。為此，ATF系統(tǒng)計(jì)劃辦公室制定了一套明確要求，包括動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)、高壓液壓系統(tǒng)、高度集成電路、共享天線、座艙顯示、人工智能、推力矢量操縱系統(tǒng)、短距起降、集成電子戰(zhàn)系統(tǒng)、混合傳感器和機(jī)載氧氣發(fā)生系統(tǒng)等。

1986年，美國(guó)空軍宣布洛克希德和諾斯羅普兩家公司勝出，并建議落選的3家公司與獲得資格的2家公司組建團(tuán)隊(duì)，參與設(shè)計(jì)，以分?jǐn)偝杀竞蛽p失，并共享利潤(rùn)。隨后，洛克希德、波音公司和通用動(dòng)力3家公司聯(lián)合在一起，與諾斯羅普和麥道公司組成的聯(lián)合小組競(jìng)爭(zhēng)。

發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn) 發(fā)動(dòng)機(jī)被稱作是戰(zhàn)斗機(jī)的“心臟”，某種程度上會(huì)直接決定戰(zhàn)斗機(jī)的整體作戰(zhàn)性能。伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)期間，F(xiàn)-15鷹式戰(zhàn)斗機(jī)大顯身手，尤其是在打擊飛毛腿導(dǎo)彈系統(tǒng)的過(guò)程中，表現(xiàn)搶眼。F-15采用的F110發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)相當(dāng)先進(jìn)，單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)靜推力65.2千牛，推重比7.8，能左右互換安裝，為F-15的超強(qiáng)性能奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。為了能滿足第五代戰(zhàn)機(jī)的要求，ATF系統(tǒng)計(jì)劃辦公室制定了詳細(xì)的發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)：不加力狀態(tài)下達(dá)到馬赫數(shù)1.5～1.6；發(fā)動(dòng)機(jī)推重比達(dá)到10左右，單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)推力達(dá)到13噸力以上；有充足的喘振裕度，能實(shí)現(xiàn)無(wú)限制操作；零件少，維修成本低；全壽命期成本比F110降低25%以上，耐久性比F110提高2倍；全面優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)的可操作性、耐久性、可靠性、維修性。1987年6月，美國(guó)空軍對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)提出了進(jìn)一步的需求，要求發(fā)動(dòng)機(jī)的加力推力在原基礎(chǔ)上提高20%，達(dá)到15600千克力，中間推力達(dá)到10500千克力。

1983年9月，美國(guó)空軍分別與通用電氣和普拉特·惠特尼兩家公司簽署了一份為期50個(gè)月的合同，并各提供了2億美元，用以設(shè)計(jì)制造先進(jìn)的動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)。1983年12月，兩家發(fā)動(dòng)機(jī)制造商正式加入ATF計(jì)劃，普·惠公司以PW5000（XF119）型發(fā)動(dòng)機(jī)，通用電氣以GE37（XF120）型發(fā)動(dòng)機(jī)展開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)。1990年12月，PW5000型ATF發(fā)動(dòng)機(jī)編號(hào)為YF119-PW-100，GE37型ATF發(fā)動(dòng)機(jī)正式編號(hào)為YF120-GE-100。

激烈的飛行競(jìng)爭(zhēng)

YF-22A與YF-23A之間的的競(jìng)爭(zhēng)，并不是通過(guò)空中決斗的方式，更多的是通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬，比較兩種飛機(jī)的性能數(shù)據(jù)。

ATF試飛 諾斯羅普公司研發(fā)的YF-23A于1990年7月率先亮相，在愛(ài)德華茲空軍基地進(jìn)行了低速滑行試驗(yàn)。8月底，進(jìn)行了首次試驗(yàn)飛行。11月14日，第一架YF-23A飛至12800米高空時(shí)速度達(dá)到馬赫數(shù)1.43，在后來(lái)的飛行中更是達(dá)到了馬赫數(shù)1.6。到1991年2月底，YF-23A共進(jìn)行了50次試驗(yàn)飛行，在第4次試飛中，YF-23A進(jìn)行了空中加油試驗(yàn)。但直至試驗(yàn)飛行結(jié)束，YF-23A也沒(méi)有進(jìn)行導(dǎo)彈發(fā)射和大攻角機(jī)動(dòng)飛行。

YF-23A試飛的兩個(gè)月后，9月29日，YF-22A開(kāi)始試飛。洛克希德公司安排了史上最為緊湊的試驗(yàn)飛行，兩架YF-22A原型機(jī)在60天的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行了74次試飛，結(jié)果比YF-23A結(jié)束試飛整整提前了兩個(gè)月。11月3日，YF-22A在試飛中速度超過(guò)馬赫數(shù)2，率先達(dá)到超聲速巡航速度要求。12月，YF-22A成功發(fā)射了兩枚空空導(dǎo)彈。為了突出YF-22A的優(yōu)越性，洛克希德公司更是安排了10個(gè)架次的攻角機(jī)動(dòng)飛行，包括45度壓坡度飛行、360度翻轉(zhuǎn)、垂直爬升和垂直俯沖。這種攻角試驗(yàn)飛行充分顯示了YF-22A良好的機(jī)動(dòng)性能。通用動(dòng)力公司試飛員喬恩·比勒斯說(shuō)：“我讓這架飛機(jī)作何種動(dòng)作，它就完成什么動(dòng)作，并且從來(lái)不會(huì)違背我的意愿”。

推進(jìn)系統(tǒng)的比較 普·惠公司設(shè)計(jì)的YF119采用常規(guī)設(shè)計(jì)，強(qiáng)調(diào)應(yīng)用現(xiàn)有成熟技術(shù)。YF119涵道比為0.2～0.3，屬于雙轉(zhuǎn)子渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，與F120發(fā)動(dòng)機(jī)相比，F(xiàn)119結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，耐久性提高了兩倍，零件減少了40%，壽命延長(zhǎng)了50%，發(fā)動(dòng)機(jī)總增壓比提高了40%，無(wú)加力狀態(tài)下的推力提高了61%，開(kāi)加力狀態(tài)下的推力增加了47%。為了減輕重量，提高推重比，F(xiàn)119在設(shè)計(jì)上不斷創(chuàng)新，包括二維矢量噴管、空心風(fēng)扇葉片、阻燃鈦合金、不同材料焊接的渦輪轉(zhuǎn)子、非金屬不冷卻的熱端部件、復(fù)合材料風(fēng)扇進(jìn)口機(jī)匣等。值得注意的是，YF119零件雖比現(xiàn)有戰(zhàn)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)零件少，卻更耐用，在無(wú)加力超聲速巡航狀態(tài)下能運(yùn)行更長(zhǎng)時(shí)間。

YF120于1983年開(kāi)始研制，設(shè)計(jì)上要比YF119要激進(jìn)一些，其涵道比為0～0.25，推力達(dá)156千牛。F120發(fā)動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)在于采用了可變循環(huán)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)多種熱力循環(huán)，能在渦噴和渦扇等模式下相互切換，即使在超聲速巡航速度下，也表現(xiàn)出了很高的燃油使用效率。YF120還有一個(gè)特別之處，就是采用雙轉(zhuǎn)子、無(wú)葉片、對(duì)轉(zhuǎn)的渦輪。YF120在美國(guó)空軍阿諾德工程發(fā)展中心進(jìn)行測(cè)試時(shí)，創(chuàng)造了37小時(shí)的試驗(yàn)時(shí)間記錄和875000個(gè)破紀(jì)錄的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

YF-22A與YF119組合成功競(jìng)標(biāo)

洛克希德和諾斯羅普兩個(gè)聯(lián)合小組創(chuàng)造出了兩種性能卓越，都有可能正式成為美國(guó)第五代戰(zhàn)機(jī)的原型機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)方面，經(jīng)過(guò)一番驗(yàn)證試驗(yàn)，YF119發(fā)動(dòng)機(jī)成功入選新一代戰(zhàn)機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)。美國(guó)空軍指出，YF120變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)盡管油耗較低，但是機(jī)體較重、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，從而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的維護(hù)成本高。而且，YF120發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)還不夠成熟，存在較大的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

根據(jù)已公開(kāi)的資料，YF-23A原型機(jī)在許多方面都比勝出的YF-22A要好一些，YF-22A僅在低速可操縱性超過(guò)了YF-23A。那么，美國(guó)空軍為什么會(huì)選擇YF-22A呢？

一是洛克希德公司對(duì)未來(lái)空戰(zhàn)作出了合理預(yù)估。YF-22A計(jì)劃的主管普羅頓說(shuō)：“要想在2l世紀(jì)保持空中優(yōu)勢(shì)，飛機(jī)必須保證既能有效地進(jìn)行超視距作戰(zhàn)，同時(shí)又可以有效地進(jìn)行近距離的空中格斗?！笨諔?zhàn)中，作戰(zhàn)雙方都希望己方能在對(duì)方視野之外發(fā)動(dòng)攻擊。但自空戰(zhàn)誕生以來(lái)，任何一場(chǎng)空戰(zhàn)，最終作戰(zhàn)雙方都會(huì)進(jìn)入對(duì)方視野內(nèi)，這時(shí)，機(jī)動(dòng)性能就顯得尤為重要了。當(dāng)時(shí)美國(guó)空軍也無(wú)法保證未來(lái)空戰(zhàn)中不會(huì)有近距格斗。YF-22A具有高敏捷性和高爬升率，它的發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴管具有轉(zhuǎn)向能力，使其能完成其它戰(zhàn)機(jī)無(wú)法完成的機(jī)動(dòng)動(dòng)作。試飛員比斯利說(shuō)：“這種良好的機(jī)動(dòng)性是因?yàn)閅F-22A采用了推力矢量和反推力二元噴管的緣故?！倍鳼F-23A過(guò)度重視高隱身性，忽視了戰(zhàn)機(jī)的機(jī)動(dòng)性能。隱身戰(zhàn)機(jī)必須采用內(nèi)置彈艙，這就會(huì)增加橫截面積，也會(huì)增加阻力，不利于超聲速巡航。而且，戰(zhàn)機(jī)的隱身性能對(duì)武器裝載的靈活性、戰(zhàn)機(jī)的機(jī)動(dòng)性和制造成本等都有影響，過(guò)分強(qiáng)調(diào)隱身性，最終可能會(huì)對(duì)戰(zhàn)機(jī)的整體作戰(zhàn)性能造成損害。

二是YF-22A實(shí)用性更強(qiáng)。冷戰(zhàn)結(jié)束后，總體而言，美軍在技術(shù)研發(fā)上超前，但是在生產(chǎn)定型上偏保守。對(duì)于美國(guó)來(lái)說(shuō)，最先進(jìn)的并不一定是最好的，只有在技術(shù)先進(jìn)和風(fēng)險(xiǎn)可控上達(dá)到平衡的才是最合適的。時(shí)任美國(guó)空軍部長(zhǎng)唐納德·賴斯曾指出，YF-22A與F119的組合“顯然以更低的成本提供了更好的性能，從而能為空軍提供最好的價(jià)值”。洛克希德聯(lián)合小組采用相對(duì)平衡的設(shè)計(jì)，注重自持作戰(zhàn)能力，且在設(shè)計(jì)中加入了許多可靠性、可維修性和保障性功能。YF-22A安裝了二元矢量噴管，在機(jī)動(dòng)性，尤其是在大仰角和較低速的機(jī)動(dòng)性和可控性方面大大超過(guò)了YF-23A。相比之下，YF-23A總體設(shè)計(jì)更加先進(jìn)，但與此同時(shí)研發(fā)風(fēng)險(xiǎn)和使用風(fēng)險(xiǎn)就比相對(duì)保守的YF-22A要大得多。YF-23A雖然也采用了內(nèi)置彈艙設(shè)計(jì)，但它的量產(chǎn)機(jī)型卻需要延長(zhǎng)機(jī)身才能再加入一個(gè)彈艙。YF-23A還采用了過(guò)于超前的氣動(dòng)布局，給戰(zhàn)機(jī)的可控性和整體性能帶來(lái)了不確定性。而且為了省錢，YF-23A原型機(jī)的座艙和前起落架來(lái)自F-15，主起落架組件來(lái)自于F-18大黃蜂戰(zhàn)斗機(jī)，座艙也沒(méi)有裝配大屏幕顯示器。

三是洛克希德聯(lián)合小組工業(yè)上的表現(xiàn)更優(yōu)。洛克希德公司在競(jìng)標(biāo)ATF項(xiàng)目之前，按時(shí)研制出了F-117夜鷹隱身攻擊機(jī)，該機(jī)參加過(guò)海灣戰(zhàn)爭(zhēng)、科索沃戰(zhàn)爭(zhēng)、伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)等軍事行動(dòng)，是世界上第一種可用于正式作戰(zhàn)的隱身攻擊機(jī)。并且YF-22團(tuán)隊(duì)當(dāng)中還有波音公司這種在大型飛機(jī)研發(fā)和生產(chǎn)上非常有話語(yǔ)權(quán)的公司。相比之下，諾斯羅普研制的B-2幽靈隱形轟炸機(jī)在投入服役10年后，才于1999年首次參加實(shí)戰(zhàn)。B-2轟炸機(jī)一共生產(chǎn)了21架，單架造價(jià)高達(dá)24億美元，如果以重量計(jì)算的話，比當(dāng)時(shí)的黃金還要貴2～3倍。有記者指出，1991年，海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中，美國(guó)沒(méi)有使用B-2轟炸機(jī)，可以看出 美國(guó)對(duì)B-2存在某種擔(dān)心。而且，諾斯羅普合作伙伴麥道公司曾在A-12復(fù)仇者海軍轟炸機(jī)研制上出現(xiàn)過(guò)大問(wèn)題，A-12原型機(jī)重達(dá)30噸，超出設(shè)計(jì)要求30%，不能滿足在航母上起飛的要求，且成本嚴(yán)重超支，繼續(xù)研究將花費(fèi)美國(guó)海軍3年軍費(fèi)的70%，因此美國(guó)海軍最終不得不于1991年7月終止了該計(jì)劃。

責(zé)任編輯：張傳良