美国海军第六代喷气式舰载战斗机前瞻4

美国海军第六代喷气式舰载战斗机前瞻4

气动布局和低可观测性外形设计

作为执行制空，防空，侦察，纵深打击，战场遮断，近距空中支援等多种任务的隐形舰载战术飞机，第六代战斗机的外形设计应满足超音速巡航，超音速机动，高亚音速机动，短距起降，雷达信号控制诸方面性能的需要。设想中速度适应范围极大的可变形机翼近几十年内很难成为现实，上世纪曾经风靡一时的可变后掠翼虽然在气动性能上有不少优点，但机械构造复杂，重量代价很大，维护保养困难，且破坏了飞机表面的连续性，有悖于减低雷达反射信号的设计目标，应当不会被六代机采用。在必须使用固定不变的基本机翼构型的情况下，确定整体气动布局的优化范围至关重要。现役的F/A-18E/F和研制中的F-35C舰载打击战斗机的气动布局都是为高亚音速机动性和敏捷性优化的，超音速性能很不理想，反映了这两个型号以精确攻击地面目标为主要使命的设计定位，以及强调高亚音速格斗机动性的空战理念。与F/A-18E/F和F-35C不同，六代机的任务重点将是空中优势，舰队防空，纵深打击。低可观测性超音速巡航战斗机的出现，以及传感器和武器技术的进步，催生了全新的空战模式，超视距导弹战成为最重要的空战形态。要在超视距空战中制敌而不为敌所制，超音速巡航和持续超音速大过载转向的能力至关重要。超巡赋予我方空空导弹较高的发射能量，使其射程明显增大，而持续超音速机动能力则可迫使敌方导弹在频繁的高速转向中迅速损失能量，射程大打折扣。高机动性，大离轴角格斗导弹的出现，使高亚音速机敏性的战术意义大幅度下降，近距空战的胜负将更多地取决于红外/光电传感器的性能，红外/光电对抗能力的强弱，以及运气的好坏。价格昂贵的重型隐形战斗机的优势主要体现在超视距空战能力上，应尽可能避免进入格斗空战。而要想避免与敌机过多地纠缠，六代机需要在超巡速度，持久性，以及超音速机动性上胜人一筹，以便有效地控制交战节奏，根据战场形势，或战或走，始终掌握战术主动。

09 突破音障瞬间的F/A-18F。”超级大黄蜂”的气动布局是为高亚音速机动性优化的，使用后掠角较小的梯形翼，超音速性能不佳

10 F-35C 后掠角34度的截稍三角翼是为高亚音速/跨音速性能优化的，反映了其以战场打击任务为主的设计定位

理想的舰队防空战斗机应既能以较低燃油消耗水平长时间在防空巡逻轨道上盘旋，又能高速冲刺，将截击线向外推移，在敌空袭飞机发射反舰导弹前即将其击落或迫退。速度适应范围较大的变后掠翼因此先后为F-111B 和F-14 型舰队防空战斗机所采用。为超视距空战优化的六代机执行高速截击任务自然是得心应手，但亚音速盘旋时的燃油经济性与F-111B 和F-14

相比将相去甚远，幸好机内燃油容量较大，仍可保证较长的滞空时间。在执行纵深打击和战场遮断任务时，超音速巡航不仅能有效地减少防空兵力的反应时间，压缩地空导弹的有效射程，提高打击飞机的生存能力和突击效能，而且如果全程以马赫1.6超巡，可节省航渡时间近1/2，大幅度提高战术飞机的出动频率。传统的近距空中支援模式要求打击飞机使用红外/光电传感器或飞行员的眼球捕获目标，而后以非制导武器或直接瞄准式近程制导武器加以攻击，飞行速度太快会影响飞行员对地面目标的观察。但是新世纪以来，卫星导航/惯性导航武器的广泛应用和网络中心战体系建设的不断深入，使近距空中支援的作战模式出现了重大变革，传感器平台与武器平台实现了分离，目标捕获任务转交给了无人驾驶侦察机，地面侦察分队等，打击飞机只需将接收到的目标地理坐标输入合适的机载武器，并将其投放出去即可。这样一来，只要是配备了战术数据链和数字化武器界面的作战飞机均可执行高精度近距空中支援任务，在”持久自由”行动中使用的近距空中支援武器就主要是由重型轰炸机投放的，专业攻击机的生存空间受到极大的挤压，六代机的气动布局设计显然没有必要考虑传统近距空中支援任务的需要。

11有了”联合直接攻击弹药”等卫星导航/惯性导航武器，B-52这样的重型轰炸机也可以干近距空中支援的活了

从以上分析可以看出，第六代舰载战斗机的气动布局，应在围绕超音速巡航和超音速机动性进行优化的同时，兼顾高亚音速机动性和亚音速巡航燃油经济性指标，此外考虑到在面积狭小的航母上起飞降落的需要，较好的低速性能也是必需的。决定六代机外形的另一主要因素，是低雷达可观测性设计的要求。现役和在研的各型低可观测性战斗机的外形，均是围绕着击败工作在L波段(波长15-30厘米)，S波段(波长7.5-15厘米)，C波段(波长3.75-7.5厘米)，X波段(波长2.5-3.75厘米) 等频段的空中预警，野战防空，目标获取，火力控制，导弹制导等雷达设计的。F-35 和T-50 这类设计上打了折扣的型号的外形处理适用频段更窄，仅能有效对抗 C 波段和X 波段的威胁源。针对第五代战斗机低可观测性外形设计的局限性研制，近年来技术逐步成熟的甚高频(Very High Frequency, VHF) 波段(波长1-10米) 主动电扫描反隐形雷达的典型工作波长是1-3 米，战术飞机的垂直尾翼，水平尾翼等气动控制面的尺寸，正处于该波段的共振区和瑞利散射区，雷达信号极其强烈。六代机要穿透现代化防空体系，必须具备有效对抗甚高频反隐形雷达的能力，外形设计上应尽可能减少甚高频波段的共振区散射体和瑞利区散射体。飞翼设计从控制雷达信号的角度出发，是最为理想的外形选择，同时还具有结构重量轻，气动效率高的优点，但为超音速巡航优化的飞翼后掠角过大，且既无法利用涡升力，也难以部署机翼高升力装置，高亚音速性能和起降性能太差。要同时满足飞行性能和雷达信号控制的需要，六代机的外形设计应采用综合考虑多方面因素的妥协方案，宜使用长细比较大，翼身融合，全无尾，大尺寸截稍三角翼的气动布局，机翼前缘后掠角预计将高于F-22和J-20 的水平。对超音速机动性无甚助益的机动襟翼等高升力装置仍将保留，涡流增升技术也将继续得到充分应用，以保证必要的高亚音速机动性和在航母上低速起降的能力。移除尾翼将大幅度减少甚高频波段雷达信号特征和侧向微波波段雷达反射截面积，釜底抽薪地解决了增升涡流对垂直尾翼造成不利干扰的老大难问题，并可节省结构重量，减少湿表面积，改善飞机横截面积分布，降低超音速波阻和粘滞阻力，可以说是一举数得的神来之笔，但是若非数字飞控系统和推力矢量技术历经多年发展后日趋成熟，却也没有实现的可能。