五代戰(zhàn)機(jī)“鶻鷹”

大水

FC31“鶻鷹”戰(zhàn)斗機(jī)是最近國(guó)內(nèi)武器裝備相關(guān)討論的熱點(diǎn)。從中央電視臺(tái)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(duì)航空技術(shù)的了解和認(rèn)識(shí)，對(duì)“鶻鷹”的各方面性能做一個(gè)分析。

五代機(jī)的4S

2011年，殲20戰(zhàn)機(jī)首飛。很多人都對(duì)資金、技術(shù)、設(shè)備、人員等綜合實(shí)力雄厚的沈陽(yáng)飛機(jī)設(shè)計(jì)所同樣給予了很大期待，希望南北兩個(gè)飛機(jī)設(shè)計(jì)所能在隱身戰(zhàn)機(jī)方面有所成就，共同推動(dòng)中國(guó)航空技術(shù)進(jìn)步。

“鶻鷹”的出世滿(mǎn)足了軍迷們的這個(gè)夢(mèng)想，但是“鶻鷹”作為后來(lái)者的性能到底如何，卻產(chǎn)生了一些爭(zhēng)議。

五代機(jī)有比較成熟的標(biāo)準(zhǔn)，就是4S，包括：隱身（Stealth），超音速巡航（Super Sonic Cruise），超機(jī)動(dòng)（Super Maneuverability），超信息優(yōu)勢(shì)（Superior Avionics for Battle Awareness and Effectiveness）。目前關(guān)于“鶻鷹”的信息系統(tǒng)尚沒(méi)有足夠的披露，因此我們只能根據(jù)公開(kāi)發(fā)布的信息、外形和飛行表演中的實(shí)際表現(xiàn)來(lái)討論一下前面3個(gè)S。

3S之一：隱身

隱身飛機(jī)設(shè)計(jì)原理有關(guān)教材上清楚地說(shuō)明，飛機(jī)的隱身90%依靠外形，只有10%依靠涂料。外形隱身的要點(diǎn)就是飛機(jī)的外表線(xiàn)條輪廓盡量相互對(duì)齊，而且盡量集中在盡量少的方向上，使得飛機(jī)反射的雷達(dá)波都盡量向無(wú)害方向而走。

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

機(jī)頭?！苞X鷹”機(jī)頭和F35類(lèi)似，都是兩側(cè)傾斜、下頜尖的角錐形狀機(jī)頭，機(jī)頭雷達(dá)罩和機(jī)頭有一個(gè)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(jì)，尺寸和F35類(lèi)似。

進(jìn)氣道。從珠海航展來(lái)看，“鶻鷹”進(jìn)氣道入口和發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴口基本在同一直線(xiàn)，有人就懷疑這兩者是直通的。但這是不可能的。因?yàn)橹灰O(shè)置一個(gè)大S造型的進(jìn)氣道就可以解決問(wèn)題。從進(jìn)氣道開(kāi)始，氣道向上彎曲、向內(nèi)彎曲、再?gòu)澢桨l(fā)動(dòng)機(jī)入口就可以解決問(wèn)題。大S造型需要復(fù)合材料鋪層，而中航工業(yè)的復(fù)合材料中心就設(shè)在沈飛，完全可以解決。

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

由于發(fā)動(dòng)機(jī)推力比較弱、推重比比較低，“鶻鷹”的設(shè)計(jì)師盡量在機(jī)身設(shè)計(jì)上采取措施補(bǔ)救飛行性能。機(jī)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(jī)身的中部是進(jìn)氣道，中機(jī)身下部就是彈艙。為了保證面積律的實(shí)現(xiàn)，后機(jī)身就開(kāi)始縮減截面，盡量減阻。在這樣的制約下實(shí)現(xiàn)隱身設(shè)計(jì)，難度是相當(dāng)大的。

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

“鶻鷹”機(jī)身鋸齒設(shè)計(jì)是亮點(diǎn)。從各種高清大圖來(lái)看，“鶻鷹”大部分口蓋和對(duì)接框架蒙皮都采用了鋸齒外形設(shè)計(jì)，是隱身戰(zhàn)斗機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。

從后機(jī)身的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，隱身設(shè)計(jì)不如殲20。殲20的后體有腹鰭做遮擋，紅外探測(cè)器從側(cè)面完全探測(cè)不到發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴口。不過(guò)考慮到“鶻鷹”的定位，即使有問(wèn)題也不是太大問(wèn)題。

3S之二：超音速巡航

從“鶻鷹”目前的氣動(dòng)布局和發(fā)動(dòng)機(jī)選型看，是不具備超音速巡航能力的。不過(guò)同為五代機(jī)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(lái)超音速巡航也未必是五代機(jī)的硬指標(biāo)。

機(jī)翼?！苞X鷹”機(jī)翼采用了40度左右的中等后掠角切尖三角翼設(shè)計(jì)，比較利于亞音速巡航，可以看出飛機(jī)設(shè)計(jì)比較突出遠(yuǎn)程作戰(zhàn)，追求作戰(zhàn)半徑較大。翼后緣采用了類(lèi)似F22的10多度前掠，在跨音速時(shí)候阻力較小。

機(jī)翼設(shè)有增升裝置，前緣有通長(zhǎng)的前緣襟翼，機(jī)翼后緣有類(lèi)似F35A和蘇27類(lèi)似的襟副翼。這種襟副翼設(shè)計(jì)在F16戰(zhàn)斗機(jī)上應(yīng)用最成功，它避免了機(jī)翼外側(cè)剛度的不足，又優(yōu)化了飛行器高速飛行時(shí)副翼面出現(xiàn)的操縱反效問(wèn)題。

從機(jī)翼面積來(lái)看，和F35A戰(zhàn)斗機(jī)類(lèi)似，“鶻鷹”第一架樣機(jī)并沒(méi)有切尖。第二架樣機(jī)的機(jī)翼、平尾、垂尾都進(jìn)行了切尖處理。某些技術(shù)論文認(rèn)為，這樣的設(shè)計(jì)對(duì)隱身方面有好處。

尾翼?！苞X鷹”平尾和垂尾原始設(shè)計(jì)比較像F22，尤其垂尾采用了一種戰(zhàn)斗機(jī)很少見(jiàn)的梯形。但F22的垂尾位置很靠前，著重在大迎角時(shí)候發(fā)揮作用。而F104和米格21等二代機(jī)的垂尾比較靠后，著重改善馬赫數(shù)2時(shí)的效率。

“鶻鷹”第一架樣機(jī)的垂尾位置在這二者之間，估計(jì)有兼顧高速和大迎角的目的。但是第二架樣機(jī)的垂尾設(shè)計(jì)發(fā)生了很大改變，垂尾外形更類(lèi)似于F35，前后緣都后掠外加切尖。從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，“鶻鷹”設(shè)計(jì)放棄了高機(jī)動(dòng)。

進(jìn)氣道?！苞X鷹”進(jìn)氣道和F35相同，采用超音速無(wú)附面層隔道（DSI）進(jìn)氣道。這也是中國(guó)第4款采用DSI進(jìn)氣道設(shè)計(jì)的飛機(jī)。前3款分別是“梟龍”FC-1戰(zhàn)斗機(jī)、殲10B/C、殲20。這種進(jìn)氣道有很多的好處。它重量輕、無(wú)可動(dòng)部件，隱身性能好，而且對(duì)于偏離臨界狀態(tài)的來(lái)流要求比較寬松，大大提高了發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道的進(jìn)氣質(zhì)量，使得發(fā)動(dòng)機(jī)喘振概率大大減小。

這種進(jìn)氣道的難點(diǎn)在于設(shè)計(jì)階段需要強(qiáng)大的流場(chǎng)計(jì)算模擬能力，而且在設(shè)計(jì)之初就要選擇好最佳的速度范圍。不過(guò)經(jīng)過(guò)中國(guó)航空科研人員多年的攻關(guān)，DSI設(shè)計(jì)和分析手段已經(jīng)成熟，可以自由發(fā)揮。

DSI進(jìn)氣道也有弱點(diǎn)。首先是不能容忍負(fù)角度的迎角，在正迎角工作范圍最大可以到50～60度。但負(fù)5度左右的姿態(tài)就會(huì)使得進(jìn)氣道排除附面層功能失效，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)喘振甚至停車(chē)。不過(guò)這個(gè)弱點(diǎn)可以通過(guò)飛控系統(tǒng)來(lái)克服，不飛負(fù)角度就是了。

DSI進(jìn)氣道最大的弱點(diǎn)在于，飛行速度超過(guò)馬赫數(shù)1.2后，總壓恢復(fù)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(gè)角度來(lái)說(shuō)，強(qiáng)調(diào)超音速飛行的飛機(jī)不是特別適合采用DSI進(jìn)氣道。

實(shí)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(shì)作戰(zhàn)。F35打算很遠(yuǎn)就發(fā)現(xiàn)敵機(jī)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)地射一發(fā)導(dǎo)彈，絕不和敵人糾纏。

3S之三：超機(jī)動(dòng)

雖然超音速巡航是五代機(jī)的標(biāo)桿，但“鶻鷹”用現(xiàn)有的發(fā)動(dòng)機(jī)很難實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。

“鶻鷹”在珠海航展表演時(shí)被軍迷們戲稱(chēng)為“煙鬼戰(zhàn)斗機(jī)”。原因是起飛時(shí)噴出大量黑煙，這是發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒不充分的標(biāo)志。但是“梟龍”戰(zhàn)斗機(jī)采用同樣的RD93發(fā)動(dòng)機(jī)，卻少有噴黑煙的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)查詢(xún)資料發(fā)現(xiàn)，“鶻鷹”樣機(jī)為了控制成本，實(shí)際上配用了比較早期的RD33發(fā)動(dòng)機(jī)。

從珠海航展的表現(xiàn)來(lái)看，“鶻鷹”爬升滾轉(zhuǎn)、加速都比較慢，而且糟糕的是，一個(gè)普通角度的盤(pán)旋都會(huì)導(dǎo)致明顯掉高度。特別是2014年珠海航展時(shí)，按照飛行表演慣例，飛機(jī)內(nèi)油就是1噸多不超過(guò)2噸。結(jié)果在發(fā)動(dòng)機(jī)全開(kāi)加力的情況下，爬升慢，加速慢，這就帶來(lái)了巨大的疑問(wèn)。

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

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

武器攜帶能力。除了上面所說(shuō)的3個(gè)S。通過(guò)公開(kāi)數(shù)據(jù)，我們還可以對(duì)“鶻鷹”的武器攜帶能力做一些分析。

“鶻鷹”由于發(fā)動(dòng)機(jī)推力比殲20少了幾乎三分之一，無(wú)力同時(shí)承載殲20那種大型機(jī)腹彈倉(cāng)和兩側(cè)紅外格斗導(dǎo)彈彈倉(cāng)。因此“鶻鷹”追隨F35的路線(xiàn)，取消了機(jī)身側(cè)面格斗彈倉(cāng)。

目測(cè)“鶻鷹”主彈艙尺寸和殲20戰(zhàn)斗機(jī)一樣，長(zhǎng)度4.5-4.7米，寬度2米左右，深度估計(jì)可以?huà)燧d500千克炸彈一類(lèi)，兼容國(guó)產(chǎn)霹靂15導(dǎo)彈。

為什么一種中型戰(zhàn)斗機(jī)要采用這么大尺寸的彈倉(cāng)？理由很簡(jiǎn)單，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，殲20彈艙是與霹靂15導(dǎo)彈配套的。假如“鶻鷹”采用小尺寸彈艙，就無(wú)法容納霹靂15。除非為之研制一種更小的先進(jìn)空空導(dǎo)彈，否則“鶻鷹”將面臨無(wú)彈可用的情況。而為了“鶻鷹”重新設(shè)計(jì)武器，工程量就超過(guò)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(shí)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(jī)翼下左右一共有6個(gè)掛點(diǎn)，可以?huà)燧d反艦導(dǎo)彈、激光炸彈和格斗導(dǎo)彈，在不需要隱身能力時(shí)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(jī)。但要想成為一架能打仗的五代機(jī)，還有很大的提升空間。

“鶻鷹”導(dǎo)彈內(nèi)油和F35類(lèi)似，但雙發(fā)設(shè)計(jì)比單發(fā)設(shè)計(jì)的阻力明顯更大。為了實(shí)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(jì)所面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

最大的問(wèn)題還在于發(fā)動(dòng)機(jī)。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(jì)要比F35高1～2噸甚至更多。僅僅是兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)RD33重量就要比F35所用的F135發(fā)動(dòng)機(jī)差不多重1噸了，最大推力卻只有166千牛。未來(lái)即使采用兩臺(tái)渦扇19發(fā)動(dòng)機(jī)，總推力也只有200千牛，推重比還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于美國(guó)F135。如果這個(gè)問(wèn)題不解決，“鶻鷹”只能算作一種亞音速攻擊機(jī)。

以美國(guó)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，雙發(fā)飛機(jī)要達(dá)到F35指標(biāo)，發(fā)動(dòng)機(jī)總推力要比F35大3成左右?，F(xiàn)在F35發(fā)動(dòng)機(jī)推力升級(jí)到了200千牛，那么“鶻鷹”的雙發(fā)總推力就要達(dá)到260千牛。從目前國(guó)內(nèi)供應(yīng)能力來(lái)看，或許只有“太行”是現(xiàn)成可選的型號(hào)。