美國第五代空中靶機(jī)項(xiàng)目發(fā)展情況淺析

第五代空中靶機(jī)（5GAT）項(xiàng)目，是美軍近年唯一一個(gè)全尺寸靶機(jī)項(xiàng)目。該項(xiàng)目從2006年就開始醞釀，之后進(jìn)展到驗(yàn)證機(jī)實(shí)機(jī)發(fā)展階段，驗(yàn)證機(jī)首飛墜毀后項(xiàng)目停止，2023年又重新啟動(dòng)。該項(xiàng)目和靶機(jī)本身的發(fā)展，都值得進(jìn)行分析并吸取其中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。

QF-16A/C靶機(jī)

發(fā)展5AGT靶機(jī)的目的，是補(bǔ)充并一定程度取代QF-16A/C靶機(jī)。因此有必要首先探討QF-16A/C的發(fā)展和使用。

改裝所需的F-16A Block 15和F-16C Block 25/30此前都封存在亞利桑那州戴維斯·蒙森（Davis-Monthan）空軍基地。它們會(huì)首先解除封存，然后由波音公司改裝為QF-16。

具體改裝內(nèi)容包括：增加一套通用遙控自動(dòng)駕駛儀/自動(dòng)油門系統(tǒng)（使飛機(jī)實(shí)現(xiàn)完全無人遙控飛行）；增加一套視覺增強(qiáng)系統(tǒng)（VAS），一套指令遙測系統(tǒng)（CTS），一套有效載荷控制系統(tǒng)（PCS），一套飛行中斷系統(tǒng)（FTS），一套矢量命中記錄系統(tǒng)（VSS），一套傳輸距離220千米的海灣靶場無人機(jī)控制系統(tǒng)（GRDCS）數(shù)據(jù)鏈。此外，QF-16不但能攜帶常規(guī)的箔條彈和紅外誘餌彈，還能Pez7PpjxUkAyueYgDC+YLIxnwkYP7qfDaEt4jEJa0dI=掛載AN/ALQ-167和AN/ALQ-188等電子戰(zhàn)吊艙。

完成改裝后的QF-16靶機(jī)會(huì)有最多300小時(shí)飛行壽命。在此期間，主要飛無人任務(wù)，但需要時(shí)也可以有人構(gòu)型飛行，這可能是因?yàn)橐S持飛行員飛行技能，也可能是因?yàn)橛脩粜枰腥嗽诃h(huán)來支持任務(wù)（如支持陸軍愛國者導(dǎo)彈系統(tǒng)測試）。這些飛機(jī)會(huì)先飛非摧毀性任務(wù)直到剩余約10小時(shí)壽命，之后用于可能被摧毀的供靶任務(wù)。

從上述內(nèi)容可以看到：QF-16A/C全尺寸靶機(jī)，能夠比較真實(shí)地模擬三代機(jī)。但它的生產(chǎn)和使用成本仍然比較高，而且完全不能模擬具備隱身能力的四代戰(zhàn)斗機(jī)。也正是出于這個(gè)考慮，美軍才啟動(dòng)了5GAT靶機(jī)項(xiàng)目的發(fā)展。

5GAT靶機(jī)項(xiàng)目概述

鑒于確實(shí)存在的使用需求，早在2006年，美國國防部就著手組建了一個(gè)團(tuán)隊(duì)去分析新一代隱身靶機(jī)的具體需求。這個(gè)項(xiàng)目定義階段一直持續(xù)到2016年，才完成靶機(jī)初步設(shè)計(jì)。在此期間的主要工作，是細(xì)化提煉對隱身靶機(jī)的具體指標(biāo)要求。論證期間的一個(gè)重要變化是不再尋求徹底替代QF-16A/C靶機(jī)，而是作為前者的補(bǔ)充。此外在這個(gè)階段，成本一直是論證工作中的重要因素，這也導(dǎo)致了最終將動(dòng)力裝置從商用小型渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向來自退役T-38教練機(jī)的J85加力渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)。

2017年3月，論證階段結(jié)束后，作為項(xiàng)目管理方的美國陸軍工程兵合同辦公室（US Army Corp of Engineers Contracting Office）將合同頒發(fā)給Sierra Technical Services（STS）公司，這份合同涵蓋到完成5GAT驗(yàn)證機(jī)的生產(chǎn)和試飛。2019年2月，公司又收到新的合同，需完成第二架驗(yàn)證機(jī)。2020年1月，公司宣稱在第一架驗(yàn)證機(jī)上完成首次發(fā)動(dòng)機(jī)開車，并相繼完成了一系列地面測試。測試完成后，飛機(jī)控制、使用流程和關(guān)鍵性能里程碑都相繼達(dá)到允許起飛降落的標(biāo)準(zhǔn)。到2020年9月，公司宣稱已經(jīng)完成所有首飛前的地面試驗(yàn)，包括15次低速滑跑試驗(yàn)和9次高速滑跑試驗(yàn)。2020年10月，第一架驗(yàn)證機(jī)在首飛時(shí)墜毀，此后項(xiàng)目停滯。2021年1月，公司承認(rèn)首飛墜毀，同時(shí)宣布分包給5D Systems研發(fā)的航電包完成既定目標(biāo)。

2022年4月，美國陸軍重啟全尺寸隱身靶機(jī)項(xiàng)目。2023年8月，更換項(xiàng)目主管單位后，新的發(fā)展合同授予位于南卡羅萊納州的先進(jìn)技術(shù)國際公司（Advanced Technology International， Inc.），合同價(jià)值7720萬美元合同。而在該合同中，Sierra Technical Services仍然負(fù)責(zé)機(jī)體的發(fā)展和生產(chǎn)（2023年10月，Kratos收購了Sierra Technical Services）。但此后該項(xiàng)目再?zèng)]發(fā)布任何后續(xù)信息。

因此根據(jù)公開資料：鑒于客觀需求仍然存在，5GAT項(xiàng)目尚未被再次中止，但何時(shí)能再次進(jìn)展到原型機(jī)試飛，還無法預(yù)測。

5GAT靶機(jī)概況

從其設(shè)計(jì)用途來分析，5GAT靶機(jī)設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于：隱身、低價(jià)、高機(jī)動(dòng)。該機(jī)并未公開完整參數(shù)，但從已經(jīng)公開的零散資料來看，這些設(shè)計(jì)要點(diǎn)被貫徹到全機(jī)設(shè)計(jì)的幾乎所有方面。

5GAT采用小展弦比后掠翼，上表面與機(jī)身上表面幾乎完全融合，前緣固定無活動(dòng)面，后緣除靠近翼尖處外均布置為控制面。前機(jī)身細(xì)長，后機(jī)身與機(jī)翼完全融合。后機(jī)身兩側(cè)為固定式進(jìn)氣口，有很寬附面層隔道。收放式前三點(diǎn)起落架，主起收回后位于進(jìn)氣道和機(jī)身外形之間的空間內(nèi)。面積很大的外張雙垂尾，后緣布置方向舵?，F(xiàn)有資料都明確稱其發(fā)動(dòng)機(jī)來自T-38教練機(jī)，有資料稱其起落架同樣來自T-38教練機(jī)。

5GAT靶機(jī)分析

隱身

隱身是5GAT的設(shè)計(jì)重點(diǎn)。其設(shè)計(jì)中采取了相當(dāng)多的措施來縮減信號特征：

總體方案采用無尾三角翼布局，取消了平尾，減少了能產(chǎn)生反射的部件。同時(shí)采用外張雙垂尾，來消除角反射，進(jìn)氣口平面斜切并與機(jī)翼前緣對齊。

固定式進(jìn)氣口進(jìn)行斜切，進(jìn)氣道有大的S形彎曲來阻擋雷達(dá)波入射。發(fā)動(dòng)機(jī)噴口外被固定噴口罩包裹且噴口罩后端面進(jìn)行鋸齒處理。

機(jī)體幾乎為全復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，如圖4所示。機(jī)身為若干個(gè)硬殼式整體部件組成，主要依靠大厚度殼體承載，內(nèi)部設(shè)施數(shù)量很少的復(fù)材加強(qiáng)框來承受集中載荷，機(jī)翼上下表面均為單個(gè)大型復(fù)材部件。這種結(jié)構(gòu)形式不但有利于減重，而且能有效減少接縫等不連續(xù)處，有利于隱身。機(jī)身部件同時(shí)也按照隱身要求對部分接縫進(jìn)行鋸齒化處理。

從這些措施分析，5GAT能將雷達(dá)截面積（RCS）降低到明顯低于三代機(jī)的程度。同樣，這種全復(fù)材結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行大批量生產(chǎn)時(shí)能夠有效降低生產(chǎn)成本和使用成本。至于“大量采用整體復(fù)材構(gòu)件，會(huì)導(dǎo)致口蓋數(shù)量偏少”的問題，也因?yàn)?GAT本身使用頻率不高、系統(tǒng)簡單而無需大量維護(hù)而緩解。

飛行性能

關(guān)于其具體參數(shù)，鑒于其并未完成試飛，也沒有完整公開其設(shè)計(jì)指標(biāo)，只在各個(gè)渠道有少量零散數(shù)據(jù)，因此不太能進(jìn)行詳細(xì)評估。表1列出了公開消息中的少量相關(guān)數(shù)據(jù)。其中TRAP和DELTA是其方案設(shè)計(jì)階段的兩個(gè)后期方案的設(shè)計(jì)參數(shù)，據(jù)信DELTA方案是5GAT的詳細(xì)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。

5GAT沿用了T-38A的發(fā)動(dòng)機(jī)（可能還沿用起落架），兩者的平臺(tái)設(shè)計(jì)水平和飛行性能就有了比較意義。

首先對比重量。

（1）起飛重量。即便簡氏年鑒中都未能給出重量數(shù)據(jù)，公開信息上起飛總重量也有4.4t/5.4t/1.2萬磅級等多個(gè)數(shù)據(jù)。但考慮到有“5GAT靶機(jī)借用T-38A的起落架”的說法，可以認(rèn)為其起飛重量大致在4.4-5.5t這個(gè)范圍。T-38A為雙座教練機(jī)，其起飛重量中應(yīng)包含有2名飛行員、2臺(tái)彈射座椅、風(fēng)擋艙蓋、座艙設(shè)備等，總重量不應(yīng)低于450kg。換言之，直接將T-38A無人化，重量不會(huì)超過5t。所以，5GAT的起飛重量相當(dāng)于僅比T-38A無人化后最多輕600kg，甚至可能更高。

（2）載油量。有資料稱5GAT為1800-2000kg，與T-38A的1700-1800kg（583美制加侖）基本相當(dāng)；需要注意的是：T-38A的所有油箱都是軟油箱而不是重量更輕的整體油箱。因此燃油系統(tǒng)的重量，T-38A基本與5GAT相當(dāng)。

綜上所述，5GAT的空機(jī)重量即使在最好情況下也僅比T-38A略輕，甚至可能更重。5GAT幾乎為全復(fù)材結(jié)構(gòu)，發(fā)動(dòng)機(jī)和起落架和T-38A相同，前機(jī)身因?yàn)闊o需布置座艙而比T-38A更窄，但在這些有利因素存在的前提下，其空機(jī)重量仍然和T-38A相當(dāng)，那么可以初步認(rèn)為其機(jī)體設(shè)計(jì)水平低于T-38A。

再對比飛行性能。將收集的5GAT零散性能數(shù)據(jù)和T-38A進(jìn)行對比見表2。

同樣，如果說5GAT的起降性能不如T-38還可以歸咎于“無尾三角翼布局的起降性能固有地偏低”，那么在重量和載油量相當(dāng)?shù)那闆r下續(xù)航力和升限也明顯低于T-38，很有可能是設(shè)計(jì)的問題。當(dāng)然，也可能有大S進(jìn)氣道導(dǎo)致的效率不高的因素。

此外，在上世紀(jì)50年代研制了F-102/F-106這兩種截?fù)魴C(jī)之后，美國航空業(yè)就再?zèng)]有實(shí)際研制過戰(zhàn)斗機(jī)尺寸的無尾三角翼飛機(jī)。這種設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的斷層，或許導(dǎo)致飛控軟件的內(nèi)在缺陷沒有被發(fā)現(xiàn)，因此即使完成了首飛前的所有測試（包括高速滑跑測試），它仍然在首飛期間因?yàn)槲窗l(fā)現(xiàn)的軟件缺陷而墜毀，并且項(xiàng)目因此就幾乎徹底擱置。而在項(xiàng)目重新啟動(dòng)之后，飛控問題是否能得到解決，還有待觀察。

總結(jié)

隨著隱身技術(shù)的擴(kuò)散和實(shí)用，美國軍方確實(shí)需要一種能夠真實(shí)模擬高機(jī)動(dòng)隱身飛機(jī)的靶機(jī)。所以，在停止兩年后，5GAT項(xiàng)目仍然得以重啟。盡管更換了主承包商，但仍然由Sierra Technical Services負(fù)責(zé)機(jī)體的發(fā)展和生產(chǎn)，所以可以認(rèn)為軍方對該公司的設(shè)計(jì)思路仍然是認(rèn)可的。因此，有必要對該型號的后續(xù)發(fā)展保持持續(xù)關(guān)注，從中吸取可供參考的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。