第六代战斗机，稳健的突破

飞机那点事儿

来源：空军世界

本文简略描写了美国第六代战斗机，也就是替代美军F-22和F-35的战斗机的技术特点，特别是最为关键性、也最具突破性的新一代战斗机自适应变循环发动机的发展。近期美国海军高官表示，新一代战斗机在速度和隐身上不会要求重大突破，但这并不意味着六代机的改进程度太小，而是因为自四代机（指的是F-15、F-16，原来称谓的三代机）起，明显超越敌方战斗机的速度指标已经不再是重要因素。而隐身已经发展到了较为成熟的高度，想要进一步缩小雷达反射面积，技术难度非常大，因此必须从其它角度下手。

纵观航空发动机百余年的发展历史，大致可分为两个时期：第一个时期从莱特兄弟的首次飞行开始到二战结束为止，约40年时间，活塞式发动机独领风骚；第二个时期从二战结束至今，燃气涡轮发动机取代了活塞式发动机而居航空动力主导地位，开创了喷气时代。在燃气涡轮发动机研发方面，美国一直处于世界领先地位，先后实施了IHPTET计划及其后续的VAATE计划。目前正在开展VAATE计划的第三阶段研究（即“AETD计划”），目标直指自适应变循环发动机（ACE）。

除了自适应变循环发动机，美国也在积极研发超燃冲压发动机、组合循环发动机、新概念（如脉冲爆震）、新能源（如液氢、太阳能、核能）发动机等，然而美国的六代战机究竟会采用哪种动力装置？或者说美国六代机的首选动力是哪种？下面我们结合美国六代机的主要技术特点来加以分析。

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美国六代机的主要技术特点

根据美军要求，其六代机主要用于对空作战，还可执行防空反导、对地/对海攻击、电子攻击、战区侦察等任务。该机也将满足反介入/区域拒止环境中的作战需求，可对抗装备有下一代先进电子攻击设备、先进综合防空系统、无源探测系统、综合自卫系统、定向能武器和网络电磁攻击装备的敌军，在航程、续航时间、生存力、网络化协同作战、态势感知、人机系统综合和武器效能等方面都将优于F-22和F-35等第五代战斗机。综合判断，美军六代机主要具有以下特点：

　　·全向多波段隐身能力

美军要求六代机具备压制五代机的空战能力，并能够突防先进的防空系统。已公布的六代机概念设计均重视全向隐身能力，重点降低前下方和侧向的雷达截面积，此外六代机还将具备多波段隐身能力，因此六代机的隐身能力将比F-22、F-35等战斗机有显著的提高。

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　　·远航和久航能力

已公布的六代机方案概念，均注重提高飞机的超声速升阻比，这意味着美军六代机的超声速巡航和超声速作战能力将比五代机有进一步的提高，使其在同五代机的空战中更具优势，远航和久航能力明显优于五代机。为了满足在西太平洋的反介入/区域拒止环境中实施空海一体战的需要，美军期望六代机具备更强的远航和久航能力，其中海军六代机的作战半径可能达到1850～2300千米，比F-35C提高60%以上，同时该机还可利用久航性能巡逻，灵活打击敏感目标。

　　·更强的网络化协同作战能力

美军要求六代机机载系统应具有网络化协同作战能力，能将探测、跟踪、瞄准攻击等任务在机群内部以及其它武器平台之间进行优化和协调，在态势感知、人机系统综合以及武器效能等方面具有比五代机更强的能力，可在敌方实施各种频段的电磁干扰和电子攻击的情况下完成作战任务。

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发动机

　　自适应变循环发动机是首选

　　从上述内容可以看出，远航和久航能力是六代机的一个非常重要的技术特点，而该特点又与采用的动力装置密切相关。

　　六代机要具备跨代优势，不仅要具有更大的超声速巡航能力，以实现对四、五代机“以快打慢”的能力，同时还要具有更低的耗油和更大的续航能力，以覆盖更大的攻防区域。这两方面的作战使用特点对六代机发动机提出了不同的要求：
　　一是在超声速条件下，发动机要具有涡喷发动机的高单位推力特征，以满足六代机在超声巡航、格斗机动、跨声加速等飞行条件下的推力要求。
　　二是在亚声速飞行条件下，要求六代机发动机具有涡扇发动机低耗油率的特征，以满足亚声速巡航、待机、空中巡逻等要求。
　　显然，要在某种程度上实现上述相互对立的目标，自适应变循环发动机无疑是最理想的推进装置：在高速飞行时，能够将工作循环中更多的能量分配到内涵道去，发动机的涵道比相对较小，内涵质量流量和排气速度增加，发动机可以获取高速飞行条件下足够的发动机推力；在低速飞行时，能够将工作循环中更多的能量分配到外涵道去，发动机的涵道比相对较大，外涵质量流量增加，排气速度降低，以获取最佳的低速条件下推进效率。采用上述变循环发动机方案的六代机，其亚声速巡航航程将显著提升。美国空军研究实验室在“自适应通用发动机技术”研究计划中研制的自适应变循环发动机，其耗油率将比目前的五代机发动机低25%，使六代机作战半径突破2000千米成为可能。

而在超声巡航能力方面，由于自适应变循环发动机在超声速飞行时可通过调整涵道比和工作模式来实现更好的高速推力特性，满足飞机更大马赫数下的超声巡航推力需求，使得配装变循环发动机的六代机具备在高度20千米、马赫数2.0条件下的超声巡航能力，以取得对五代机的速度和高度优势，从而进一步提升了战斗机的快速截击能力和武器打击范围。综上所述，若要在某种程度上实现六代机亚声巡航航程延长和超声巡航马赫数提高两个互相对立的目标，自适应变循环发动机无疑是首选。
　　美国通过IHPTET计划、VAATE计划、ADVENT计划和AETD计划的实施，目前在燃气涡轮发动机的研究上已具备了雄厚的技术基础，其最终目标—ACE发动机也实现在即。然而在高超声速发动机的研发上（如X-51A计划），情况却并不乐观，试验多次受挫，其技术门槛的完全跨越尚需时日。其他类型的发动机，如太阳能发动机，由于其能量密度过低，将无法满足六代机的高速机动要求；脉冲爆震发动机虽然在理论上具有推重比高、耗油率低和工作范围宽等适应六代机的优良特性，但由于其内部流动的不稳定性和恶劣的高温高压环境，其爆震波的形成与传播、燃料的可爆震性及进排气与脉冲爆震的匹配等关键技术仍是阻碍脉冲爆震发动机进一步发展和推广应用的瓶颈因素，在2030年前配装六代机的可能性并不大。总之，这些发动机还处于概念探索阶段，距离实用化还比较遥远。因此，自适应变循环发动机也是美国六代机当前最现实的选择。

　　自适应变循环发动机技术原理

　　自适应变循环发动机是通用电气公司变循环发动机技术的进一步发展，该公司变循环技术可以实现发动机在涡轮喷气模式和小涵道比涡轮风扇模式之间的转换，而自适应变循环技术则在其基础上进一步扩大了转换的范围，发动机不但可以用涡喷模式高速工作，也可以用较大涵道比的涡扇模式在起飞、空中待机之类的低速下省油、高效地工作。 　　
自适应变循环发动机在双涵道变循环发动机的基础上新增了第三个涵道，可改变风扇或核心机的流量和压比。第三个涵道在起飞时关闭，以获得高的推力；在巡航时则打开，以降低耗油率，减小溢流阻力，增加为飞机、发动机和喷管提供的冷却空气量。另外，第三涵道温度相对低的冷却空气也有助于达到低可探测：这些空气可用于冷却热端部件，以降低红外特征；也可进入核心机或加力燃烧室中，用于增大推力。该发动机的最终发展目标是在低巡航速度下和高超声速巡航速度下达到同样的效果。