国产六代机发展路径揭秘,取消垂尾,自主创新成唯一出路

航空工业技术的飞速发展,正深刻改变着战斗机乃至未来空战战场的面貌。今年9月15日,美国空军采购部门助理秘书长威尔·罗珀博士证实,美国已开始"下一代空中优势"项目的飞行测试,其中一架全尺寸验证机已成功试飞。与此同时,美国神秘的51区的一张模糊照片,证实了这一消息,照片中外形科幻的飞行器,被外界解读为美军第六代战斗机验证机。

国产六代机只剩一条路可走!取消垂尾只是第一步,再无可借鉴对象

在美国带来震撼的同时,法国也不甘示弱地展示了其六代机方案。日前,法国达索公司公布了该国第六代战斗机"NGF项目"的3D方案图,与2018年公开的方案模型基本一致,是一款双发重型隐身战斗机。

然而,与2019年巴黎航展上展出的NGF全尺寸模型相比,达索公司公布的方案3D图与之大为不同,显得更加"六代机化"。考虑到法国已经决定与德国合研NGF六代机项目,巴黎航展上展出的模型可能更接近最终方案,即更超前的3D效果图可能是已被放弃的方案。

与全球范围内第五代战斗机的设计趋于相似不同,不同国家的六代机方案可谓各具特色,这反映出各国对六代机的理解、定位和功能需求的差异化。对于中国而言,这释放了一个强烈的信号:在六代机研发上,再也没有一个成型的可借鉴对象!

在探讨中国六代机的技术特征前,我们或许可以先猜测一下,法国第六代战斗机的外形设计为何会出现"倒退"。从2018年公开的无垂尾设计,到去年公布的有垂尾方案,原本的"惊艳"变成了"复古",确实令人意外。

若想在现有基础上进一步提高战斗机的隐身性能,取消垂直尾翼设计,实现更加平整光滑的外形,几乎成了气动设计领域的唯一选择。毕竟,垂尾本身就是一个巨大的雷达信号反射器,美国空军与NASA在上世纪70年代时就已验证,战机侧向雷达反射信号的60%以上,都是由垂尾"贡献"的。即便双发战斗机采用向外侧倾斜设计的垂尾,依然只能达到"减少"侧向反射信号,而非"根绝"的效果。

从这个角度看,法国达索公司出现如此程度的思路"倒退",似乎令人难以置信。但从另一面来看,这种"倒退"或许并非技术实力不济所致,而是出于实打实的性能需求。法国是一个有航母的国家,但军方的需求规模与资金投入力度又较为有限,这意味着其更倾向于实现海空两军的装备通用化,这样能够显著节省成本,并降低技术风险。"阵风"系列战斗机就是最为明显的例子,同时实现了法国空军与海军的不同要求。

达索公司最初的NGF战斗机设计取消了垂尾,这对于一款可能上舰的舰载战斗机来说,存在着相当大的危险。取消了垂尾的飞机,其一切的偏航转向功能都由推力矢量发动机实现。作为一架双发战斗机,一旦该机的一台发动机失效,就只能依赖另一台发动机返航,容易因左右推力不在飞机中轴线上而造成偏航,如此就需要矢量喷口的角度调节,来防止偏航。在降落阶段,仅剩的这台发动机还要通过不断调整推力,让飞机进入正确的下降着舰航线。在这个过程中,随着推力的变化,为防偏航而转动的矢量喷口角度也在持续变化。这样,恐怕很多人都发现问题了:发动机控制系统的负担有点太大了……

为了给发动机及实时控制系统"减负",将传统但可靠的有垂尾设计"请"回来,就显得名正言顺了。只不过这等于让空军为了海军的需求而妥协,不知道法国空军是否真的愿意接受这一改变。

相比之下,美国空军的六代机验证机方案,似乎更接近于人们对下一代战斗机的"理想印象",其与法国人的设计显示出巨大的差异。

今年9月18日,美国空军在华盛顿特区举行仪式,纪念成立73周年,期间公布了一张宣传图,被认为是"变相公开第六代战斗机外形"。图上可见,这是一款无垂尾的飞翼外形双发战机,与美国于2017年提出的"下一代空中主宰项目"NGAD战机概念图颇为相近。

或许是为了迷惑大众,美空军随后发布的成立73周年纪念徽章中,又有了另一款战机的造型。该造型很类似诺斯洛普·格鲁曼公司在2016年发布的宣传视频,即"次世代战斗机"的CG宣传画面,大体框架也能套入美空军的宣传图中,不过发动机位置不太一样,诺·格公司宣传片中的"次世代战斗机"发动机采用并列设计,中间没有间隔距离。

然而,外形领域的差别只是"表面功夫",美国人对六代机"里子"的追求,或许才是更值得我们关注的。根据美国空军的构想,第六代战斗机不仅是争夺制空权的工具,更是网络化、体系化战场环境下的一个重要结点。

回顾2016年的美军《空中优势2030》研究报告,内容中提到了要把太空战力、空军战力、陆军战力、水下潜艇战力和网络空间战力等,集成为一个整体的"作战空间",实现全部战场态势的共享,以及全方位的引导与支援。

站在这个层面上想的话,美国空军对六代机的定位绝不只是空战平台,每一架第六代战斗机,都将是整个战场乃至整场战争中的一个触角与终端。至于那些看似"神乎其神"的"黑科技",如激光武器、变循环发动机、人工智能技术等,其实都只是为了确保六代机拥有"全战场态势感知与信息共享"的技术支持而已。

不难发现,与五代机时代明确的"4S"技术标准相比,六代机的概念与标准显得颇为模糊,战斗机功能的内涵与外延都得到了相当程度的扩展,似乎很难再有一条明确且极为"硬性"的"技术水准线"。所谓的"取消垂直尾翼,外形实现完全的平直光滑",恐怕只能算是一项通用的思路,而称不上能够成为一代战机技术水准的"硬标准"。

回顾中国的六代机,此前歼20战机总师杨伟曾表示,"未来飞机,可能是科幻片里说的变形金刚等等之类的",这主要关注的是飞机的外形。至于更重要的"里子"方面,杨伟则"着墨"不多,仅说过"未来,我们会在战斗机的机械化、信息化、智能化发展征程上不断前行"。

因此,与其过分关注国产六代机在气动外形领域的科幻度,倒不如对战机的航电系统功能拓展领域,投入更多的注意力。同时,在六代机研发上,尽管进度各有不一,但中国的起步时间基本已与他国最先进水平保持一致,这意味着我们再也没有明显的"后发优势"可抢,更没有一个完整的可学习借鉴对象,一切的一切都只能由自己摸索获得,仅有这一条路可走。或许未来的六代机通用技术标准中,就有来自中国的设定。