重四三巨头

万磁王

作者：剪水鹱
原文刊登于剪水鹱的博客
来自空翼

F-22是第四代超音速战斗机的开山之作，其总体设计方案冻结时中国歼-20的气动布局还在理论探索阶段，世界第一强国的技术积累毕竟不同寻常。但是第一个吃螃蟹的F-22技术缺陷也是非常明显的。这里指的，不是航电，软件，座舱盖，维护保养等方面的技术问题，作为新机型有这样那样的小毛病是正常的。F-22的致命弱点，是航程太短

苏联解体后俄罗斯的四代机项目走走停停，折腾了20年后就是这么个结果，是极度令人失望的。我们暂且不去猜测T-50的航电能有多先进，发动机推力能有多大，仅从其基本气动布局和隐形修形的水平来看，就完全无法与F-22和歼-20比肩。可动边条的方案当年F-16设计过程中就提出来过，并不是什么新东西，其气动效果远不能与歼-20的全动鸭翼相比

歼-10批量生产才没有几年，性能强大得多的歼-20就上了天。中国战斗机技术前进速度之快令人震惊。但是与歼-20整体设计极不协调的发动机尾喷管也再次突显了中国发动机技术的滞后

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　　F-22是第四代超音速战斗机的技术旗舰，其技术验证机试飞时中国才刚刚吃透米格-21的技术，技术上相当于F-4的歼-8II尚未量产，前苏联的苏-27也才批量装备没几年，而且航电的性能还没达到设计指标。F-22的设计意图，是对苏-27建立似F-15对米格-23般的压倒性技术战术优势，利用其隐形性能和超巡能力穿透苏联集团的前沿防空体系，在苏军战役纵深猎杀对方的高性能制空战斗机，为北约集团的对地打击飞机扫清障碍。由于美国空军在80年代苏联米格-29和苏-27服役后急于尽快重建双方战斗机技术的代差，在ATF项目选型中选择了设计常规的F-22，以减少发展过程中可能遭遇的技术困难。毕竟F-22是第一个隐形设计与高飞行性能相结合的型号，其发动机，航电等各子系统也都是全力推进技术前沿的产物，如果总体设计上再选择前卫大胆的方案，则技术风险过大，研制周期将不可避免地拖长，成本也必然大幅度上升。
　　80年代是战斗机从硬件中心向软件中心过渡的时期，航电和软件的重要性已日益显著。正是微电子技术的发展使得80年代初服役的F/A-18能以同一平台执行对空对地两大类任务，成为第一架真正的多用途战斗机。而飞控软件的升级使F/A-18在气动布局没有变化的情况下瞬时机动性大幅度提高，能比其它战斗机更快地改变机头指向，一度成为最强悍的格斗战斗机。但当时消费类IT产业尚未真正起飞，大量的软件工程师仍然受雇于军工企业，而且机载电脑功率有限，需要的指令条数远不能与今天相比，编写战斗机软件的成本较低，战斗机造价的相当部分仍然由材料和发动机占据。由于对航电和软件未来成本上升的速度估计不足，相信重型战斗机仍将比轻型战斗机昂贵许多，美国空军为了控制F-22的造价，对其尺寸作出了相当严格的限制。F-22在内置武器占据大量空间的情况下基本外形尺寸与F-15差不多，密度相当大。重型战斗机通常密度较低，但F-22打破了这一规律。

F-22在内置武器占据大量空间的情况下基本外形尺寸与F-15差不多，密度相当大

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　　美国空军对ATF提出的要求是使用空重不超过携带保形油箱的F-15C，燃油携带量则要相当于F-15C配保形油箱时的水平，这是相当高的要求，可以说有些不切实际。为了将与F-15C相当的空战武器容纳于机身之内，F-22必须设置体积可观的武器舱，如果燃油容量与携带保形油箱的F-15C相当，则总体积显然将超过F-15C。F-22在战斗总重较F-15C大为增加的条件下要实现比F-15C更高的机动性，除了发动机推力必须大幅度增大以外，机翼面积也必须显著加大，以保持较低的翼载。拉超音速高机动时飞机承受巨大的气动负荷，因此相对于F-15，F-22结构上也必须加强。
　　体积和机翼面积都明显超过F-15C，结构强度要求也更高的F-22，要将空重控制在美国空军要求的水平，显然是不太可能的。但这一问题在技术验证机阶段并未暴露，只配备简单机载设备，具体设计并未细化的YF-22和YF-23的基本空重都实现了美国空军的要求，燃油容积也大体达标。由于超巡，隐形，高机动是第一次汇集到同一架飞机上，美国空军和飞机厂商都对未来可能的重量增长估计不足，乐观地认为工程细化设计过程中设备重量的增加可由结构和材料上的优化抵消，F-22的空重控制在设计指标附近的可能性是很大的。如果真似他们设想的那样，F-22的燃油系数将达到惊人的0.4，续航力将十分了得。

编队飞行的YF-22与YF-23

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　　波音ATF方案和诺斯罗普YF-23设计上强调隐形和超巡，机动性相对较弱，性能组合显得不太平衡。而洛克希德更为常规，外形尺寸和布局接近F-15的F-22设计技术风险较小，特别是常规四尾的结构即使在推力矢量故障情况下仍然能维持较高机动性，被空军选中在当时的时代背景下是合理的。但是F-22的结构过于紧凑，总长较短的气动设计使得超音速波阻相对较大，必须依赖F119强劲的功率实现超巡，超音速飞行的燃油经济性不理想，超巡续航时间达不到设计指标。为超音速飞行优化的固定进气口亚音速性能不好，对实现较大的亚音速作战半径是不利的。更糟糕的，是概念设计时为了控制飞机成本而对外形尺寸做出的限制到了工程研制阶段绕将回来，在洛克希德工程技术人员们的屁股上狠狠咬了一口。
　　F-15设计过程中留有相当的升级空间，其内部燃油容量在型号发展过程中增加了大约一吨，而F-22的基本设计密度过大，机身内没有留下可供今后利用的剩余空间，实际上在工程研发过程中为了优化飞行性能还对飞机本已不宽裕的容积做了进一步的压缩，损失了超过一吨的燃油储备。随后又为了提高红外隐形性能，设置了机翼前缘冷却系统，再次吃掉一吨有余的燃油容量，燃油储备比80年代设想时下降了20%以上。飞机的重量却由于加强结构，安装设备，优化隐形设计的需要不断增加。AESA雷达性能强悍，但巨大的发热量需要由专用的液体冷却系统传递到燃油系统内，比起从前空气冷却的PD雷达系统占据了更多的体积和重量。实用型飞机上隐形材料和结构造成的相对于技术验证机的增重显然也超出了预计。从YF-22到F-22的重量增加，超过了以往的重型高性能战斗机整个使用寿命期升级改造过程的发胖水平。

F-22生产型与YF-22原型机的外形差异

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　　这些技术缺陷不能抹杀洛克希德工程技术人员的成就。80年代确定下来的基本设计到了90年代无法再做改动，否则预算和研制周期将完全失控。在外形尺寸和体积已经基本冻结的情况下，要么增大飞机重量，牺牲燃油容量来保证性能，要么牺牲性能来控制重量，维持燃油储备。90年代美国空军假定的主要作战任务区是欧洲和波斯湾地区，战区内有数量充裕，距离潜在任务区距离不远的机场能为美国空军的远征部队提供支持。三流国家装备的液体燃料弹道导弹精度奇差，除了吓唬平民没多大用处，潜在敌对国缺乏威胁美军机场的能力。主流的地对空导弹射程有限，难以打击美国空军在战区附近徘徊的空中加油机。因此F-22可以靠前部署，也可以从远离战区的机场起飞，在战区附近接受空中加油后，前往战区执行任务。由于假想敌缺乏远程精确打击手段，其打击力量必须靠近战区部署，F-22最多只需穿透数百公里的距离便能抵达目标区，有限的航程不是严重的性能缺陷。而前苏联/俄罗斯和欧洲高性能战斗机在全球的扩散，使F-22性能上彻底压倒其它型号战斗机的要求显得更为迫切。美国空军和洛克希德在F-22量产型性能上所做的取舍因此在90年代时代背景下是合乎逻辑的。
　　可是到了21世纪，世界军用航空技术的竞争舞台从跨大西洋向跨太平洋转移，而美军作战行动的中心也从欧洲东移到了面积巨大，基础设施相对不足的亚洲，机场和战区间的距离常常十分遥远，相对廉价的远程精确打击手段和超远程对空武器又日益普及，过度接近战区的机场和空中加油机的安全性不再有保障，90年代时美国空军习以为常的作战环境不复存在，F-22糟糕的航程就成了非常严重的弱点。要纠正这一性能缺陷需要对F-22的基本设计动大手术，增大其体型以容纳更多的燃油。但是就算降低对飞行性能的要求，弄成似几年前设想的FB-22那样，这样的大改成本也将是非常高的。如果航程指标要大幅度提升，而飞行性能又不下降，改进的技术难度就更大，在预算紧张的大形势下显然无法得到批准。与其耗费巨资炒F-22这盘回锅肉，不如重起炉灶，研制性能全面优于第四/五代超音速战斗机的第六代战术飞机。

FB-22想象图

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　　对F-22体积的控制未能像预计的那样刹住战斗机价格不断上涨的趋势。进入90年代后战斗机的成本越来越多地由航电和软件决定，电子设备和软件的复杂性呈指数增长，成为了战斗机价格的主要组成部分。而民用IT业的高速发展造成大量软件工程师流向民企，迫使军工企业高薪保留人材，编程费用相应水涨船高。发动机和材料在飞机费用中的比例相应大幅度降低，重型和轻型战斗机间曾经明显的价格鸿沟逐渐变得狭窄。F-22当初设计时体积再大一些未必会增加多少生产成本，而提升燃油储量，升级改进的余地将宽裕得多。所以说技术先驱不是好当的，F-22一定程度上可以说是第四代战斗机的技术先烈。

武器全内置的F-22内部空间异常紧张，从技术验证机向批量生产型战斗机转化的过程中损失了2吨多的燃油储备，作战半径大打折扣

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　　有F-22的经验教训在前，俄罗斯T-50本可以针对F-22暴露出来的问题加以赶超，在整体性能上后来居上。可是解体20年后，前苏联军工系统的逐渐瓦解再也难以掩饰。战斗机研发和生产团队全部青黄不接，20年间又没有真正研制过一个型号的新型飞机，技术传承的链条已经断掉了的俄罗斯军事航空工业，已经不再有挑战技术前沿的实力和勇气。把印度骗上贼船后搞出来的，基本上就是苏-27的隐形版。
　　T-50的隐形外形设计极为失败，雷达反射强度不会比挂隐形吊舱的超级大黄蜂低到哪里去，其框架式座舱盖和未做任何隐形处理的红外传感器转塔明显不符合雷达隐形的需要，发动机进气系统的隐形措施不但比不上F-22和歼-20，甚至还不如欧洲的台风，在发动机风扇前加了超级大黄蜂风格的雷达屏障算完事。雷达屏障的隐形效果不如弯曲进气道，还影响发动机的功率，属于打补丁式的措施，适合用来改装常规战斗机，而非专门设计的隐形战斗机应当采用的技术方案。超级大黄蜂采用雷达屏障是因为基本设计没法改动，T-50是全新设计的型号还这样干，设计团队的水平就很值得怀疑了。

雷达屏障的隐形效果不如弯曲进气道，还影响发动机的功率，属于打补丁式的措施

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　　气动布局上T-50仍然死抱着上一代战斗机强调高亚音速机动性的设计理念不放，照搬了苏-27的基本方案，高亚音速持续盘旋性能有可能胜过F-22和歼-20。但是这一性能指标没有意义，BVR空战需要的是强悍的超音速持续盘旋性能，而格斗空战则主要依赖战斗机瞬时改变机头指向的能力，T-50的气动设计恰恰在这两方面缺乏与F-22和歼-20竞争的资本。T-50出众的高亚音速机动性飞行表演中可能很好看，却很难转化成实战中的战术优势。T-50的湿表面积大，超音速波阻大，完全依靠发动机功率硬推实现超巡，超巡速度和续航力很难赶上F-22。而现在所谓的AL-41发动机实际上是吃了兴奋剂的AL-31，功率达到俄罗斯媒体吹嘘的指标的可能性微乎其微，T-50很难在超巡性能上对F-22构成挑战。
　　根据俄罗斯媒体的报道，T-50的使用空重比F-22低6%，燃油储量高出1/4以上。如果属实，则T-50的亚音速作战半径可望达到F-35的水平，比F-22要高出不少。T-50短而直的进气道节省了不少结构重量，机身内可用于储备燃油的空间比F-22要大，而且雷达隐形性能半吊子的T-50显然完全不考虑红外隐形的问题，不存在机翼前缘冷却系统占据空间和增加重量的麻烦，比F-22重量更轻，载油更多是有可能的。因此T-50的亚音速作战半径超过F-22是可以实现的，这恐怕是T-50唯一可以理直气壮地宣称优于F-22的性能指标了。
　　航电方面俄罗斯吹得很厉害，还说什么要在机翼前缘安装L波段AESA雷达，提高反隐形能力。实际上在战斗机有限的体积和重量限度内所能容纳的L波段雷达对真正设计到位的隐形目标的探测距离未必好过X波段AESA射控雷达和先进红外传感器，俄罗斯要在战斗机上配备L波段雷达，不知道是市场营销手段，还是对自己的X波段AESA射控雷达和红外传感器的性能没有信心呢？俄罗斯最新一代航电的核心元件全部依赖欧洲生产厂商，而欧洲在AESA射控雷达，机载电脑，任务软件等方面全面落后于美国。俄罗斯再去吃欧洲的剩饭，T-50航电的先进性能有保障吗？

安装在T-50机翼前缘的两个N036L-1-01 L波段（波长十米）阵列用于探测空中目标和进行敌我识别

万磁王

　　前苏联解体后俄罗斯不再有与美国争锋的气势，T-50号称要挑战F-22，实际上瞄准的是空战性能不怎么样的F-35。尽管T-50的隐形设计令人难以恭维，雷达信号强度比美军的低配型号F-35还要高，但是毕竟较常规战斗机下降了不少，比超级大黄蜂可能略胜一筹，足以给F-35和欧洲各型战斗机口径有限，功率不足的AESA雷达造成不小的麻烦了。T-50的超音速性能无法与F-22和歼-20相比，但对常规战斗机和F-35的优势却是压倒性的。半吊子隐形和缩水超巡的T-50无论如何总还是胜过半吊子隐形加常规飞行性能的F-35，更可打得欧洲双风满地找牙，对现在早已雄风不再的俄罗斯来说算不错了。F-22不让出口，歼-20出口的可能性也微乎其微，T-50在国际市场上还是颇有可能分到一杯羹的，至少印度已经被拉下水了嘛。现在装备苏-27/30侧卫系列的国家，除了中国以外，将来要升级换代其重型战斗机，除了T-50恐怕也难以找到其它候选型号了。俄罗斯研制T-50时，对占领现役战斗机换代市场的考虑已经大大超过了对技术战术性能的谋划，从这一点上说，T-50确实是俄罗斯版的JSF。

T-50设计得实在不怎么样，可是居然还有人认为它是四代重战三巨头中最漂亮的，真是情人眼里出西施啊

万磁王

　　歼-20的基本气动概念是F-22量产型的设计已经冻结后才确定下来的，比F-22的气动方案要晚了近20年的时间，也正因为如此得以充分利用80年代以来的技术进步，突破F-22的局限。F-22的结构十分紧凑，内部空间异常紧张，长度/横截面积比值不够造成了相对较大的超音速波阻，作为技术追赶者的歼-20不能重蹈覆辙。飞机的横截面积受到弹舱尺寸，进气道横截面积，雷达孔径三大因素的制约，难以减小，要提高长度/横截面积比值唯有加长机身。超音速配平能力对BVR空战至关重要，而要提高超音速气动配平能力，歼-20就必须采用鸭翼距重心远，力臂长的远耦合鸭翼设计。高机动性要求的低翼载指向面积较大的机翼，超巡则要求机翼具有较大的后掠角和较小的相对厚度，歼-20的主机翼相应弦长较大。远耦合鸭翼加大弦长主机翼，歼-20不可避免地会比较长。较长的机身同时也满足了提升飞机容积的需要，可以说是一石三鸟，并非由于发动机技术滞后，为以较低发动机推力实现超巡的无奈选择。否则波音当年大胆前卫的ATF方案之所以外形修长也是因为美国发动机技术不行喽。

中国如果非要搞中四，不妨参考波音ATF方案，作为向下一代全无尾战斗机的技术过渡