加快形成下一代装备研发能力——2021年航空强国推进航空科技发展综述

吴 蔚 /文

MQ-25 试验为F-35C 加油

2021 年，航空强国继续推进下一代航空装备与航空关键技术研发、促进航空先进工业技术应用，以加快形成新型空战能力，提升装备研制效率、降低成本。

持续推动新型作战飞机发展

先进国家继续开展下一代战斗机、先进无人机等新型空战装备开发，启动高超声速飞机验证机研发，持续打造空中作战优势能力。

开展新型战斗机研发

美空、海军联合开展“下一代空中主宰”（NGAD）项目研究，美空军首次在官方文件中披露“下一代空中主宰”战斗机概况。2021年3 月，美海军高层透露美空、海军正联合开展研究，双方均确定NGAD 为“系统簇”，美空、海军NGAD 系统簇中的战斗机在总体外形布局上存在显著区别，但机载任务系统将很可能相似，且都将采用开放任务架构。2021 年4 月，美空军在新版《双年采办报告》中透露“下一代空中主宰”战斗机是一种穿透型制空平台，该机的概念图显示飞机设计采用菱形飞翼布局、单座、双发、背负式进气道。

Quarterhorse

法德西联合发展的“下一代战斗机”（NGF）研制工作持续推进。2021 年4 月，空客公司与法国达索飞机公司达成协议将联合制造一架“下一代战斗机”演示验证机，同月德国MTU 公司、法国赛峰公司和西班牙ITP 航空公司达成协议合作研发“下一代战斗机”发动机。

英国新型“暴风”战斗机进入概念研究阶段。2021 年7 月，英国国防部授予BAE 系统公司约2.5亿英镑“暴风”战斗机设计与开发合同，开发数字概念、新工具等，确定并评估“暴风”的最终方案和能力要求。“暴风”战斗机验证机计划在2025 年首飞，生产型机将在2035 年前交付英国皇家空军。

日本加快下一代战斗机研发。2021 年1 月，日本宣布成立以三菱重工为核心、多家日本企业参与的F-X 下一代战斗机开发团队，在2021 年3 月发布的防卫预算中大幅增加F-X 战斗机相关经费，还将在该战斗机研发中采用数字工程和开放式系统架构。日本防卫省计划2024 年启动原型机制造，2028 年开始试飞，2031 年进入批生产。

俄罗斯推出“致胜”新型隐身战斗机。2021 年7 月，俄罗斯联合飞机制造公司在2021 年莫斯科航展上公开了“致胜”（Checkmate）轻型攻击战斗机样机。该型机定义为第五代隐身多功能战斗机，大量继承苏-57 战斗机的技术，采用单发配置，最大飞行速度超过马赫数2，作战半径1500 千米，具有超机动飞行性能，并可与无人机协同作战。该型机预计将在2023 年首飞，2026-2027 年批生产。

研发先进无人机及相关技术

当前，国外正在着重发展能与有人作战飞机协同作战的低成本无人机作战飞机、无人加油机、蜂群无人机等多种无人机，并不断取得进展。

低成本无人作战飞机继续开展试验。低成本无人作战飞机采用隐身设计，可与隐身战斗机协同作战。美空军XQ-58A 低成本无人作战飞机技术验证机2021 年3 月成功试验空射“阿尔提乌斯”-600小型无人机，该小型无人机可执行电磁战、反无人机、情监侦等任务。波音澳大利亚公司“空中力量编组系统”（ATS）无人机2021 年3月首飞，11 月完成第二架无人机首飞，该机是波音为澳大利亚皇家空军研制的能与有人战斗机编队作战的“忠诚僚机”。

美海军MQ-25A 舰载无人加油机初步具备空中加油能力。自美海军2018 年8 月授予工程研制合同以来，波音公司发挥数字工程等的技术优势、加快平台开发进程，2019 年9 月即实现了MQ-25A 原型机首飞。2021 年6 月，MQ-25A 原型机通过挂装的加油吊舱，成功完成对F/A-18F 战斗机的空中加油试验，8 月和9 月又成功开展为E-2D、F-35C 战斗机空中加油试验，创下无人机对有人机空中加油的多项首次试验纪录，标志着MQ-25A 无人加油机的相关技术已接近成熟。

蜂群无人机试验取得进展。蜂群无人机以数量优势、作战灵活性强、抗毁能力强成为当前发展热点之一。2021 年1 月，英国完成“多架无人机轻松工作”（MDMLW）项目大规模蜂群演示验证，演示了20 架无人机组网执行态势感知、医疗援助、后勤补给、爆炸物检测和处置以及诱骗等任务的能力。美国防高级研究计划局（DARPA）X-61A“小精灵”空中投放回收蜂群无人机项目2021 年11 月成功验证X-61A 无人机的空中回收能力。试验中，C-130 运输机打开机尾舱门，使用被称为“子弹”的机械装置捕获1 架X-61A，将其拖入货舱完成回收。

美启动发展高超声速飞机验证机

2021年7月，美空军联合私营投资公司授予美赫米尔斯（Hermeus）公司科研合同，开展一型涡轮基冲压组合发动机（TBCC）的飞行验证和3 架“夸特马”高超声速飞行验证机的研制试飞等工作，这是美空军近十余年以来首个高超声速飞机验证机研制项目。赫米尔斯公司随后于2021年11 月展出了“夸特马”首架全尺寸原型机。美空军此次授出合同表明美高超声速飞机研究迈出了实质性步伐，将加快相关技术发展。

航空关键技术研究继续得到重视

航空强国在飞机发动机、机载子系统相关技术方面取得突破，将为增强作战飞机效能、提高安全性等打下技术基础。

先进发动机技术研发取得进展

美自适应变循环发动机技术研发取得进展。自适应变循环发动机可根据需要提供更高推力和提升燃油效率，满足未来战斗机不同场景的作战需求。美国GE 公司和普惠公司正开展发动机工程验证机研制，2021 年5 月GE 公司已完成首台XA100 自适应发动机全尺寸样机试验，2021 年8 月启动第2 台XA100 发动机验证机试验，试验的顺利进行有助于大幅度降低技术风险，为自适应变循环发动机进入工程研制做好准备。

俄公司完成脉冲爆震发动机样机第一阶段测试。2021 年4 月，俄罗斯联合发动机公司称已完成脉冲爆震发动机样机的第一阶段测试，各项指标均达标。当前，在增压燃烧技术领域，旋转爆震发动机已成为研制热点，而脉冲爆震发动机经过多年研究，仍存在实验室未获得理论上的性能以及振动难以抑制等问题。俄罗斯的上述进展为脉冲爆震发动机的研究带来了希望，未来这种发动机可用于火箭、高超声速飞机和航天器。

先进机载子系统技术展现良好应用前景

机载氮化镓雷达技术迈向应用的步伐加快。目前国外正在开展战斗机机载氮化镓雷达的应用试验，并在开发下一代战斗机、无人机用的氮化镓雷达。2021 年4 月下旬，美国雷声公司透露为美海军陆战队的F/A-18C“大黄蜂”战斗机换装了采用氮化镓半导体材料的AN/APG-79(V)4 有源相控阵雷达，按计划雷声公司将在2021年12 月前向美海军陆战队交付该雷达用于机队升级改造。瑞典萨伯集团正在利用一架JAS-39D 双座型“鹰狮”战斗机试飞氮化镓机载有源相控阵雷达，到2021 年7 月已完成包括对抗战斗机目标在内的一系列试飞。日本正在为F-X 下一代战斗机研制氮化镓有源相控阵火控雷达，英国和美国的新型战斗机雷达设计方案中，氮化镓已是用于下一代作战飞机最有前景的半导体材料。2021 年9 月，雷声公司推出一款紧凑型机载氮化镓有源相控阵火控雷达，目标配装教练机、无人机和直升机。

“自动对地防撞系统”功效受美国国会充分肯定。2021 年7 月，美国国会国家军事航空安全委员会称，机载“自动对地防撞系统”可有效防止飞行员飞行过程中丧失空间方位感导致的飞机失控和撞地事故，对于保障战斗机飞行安全具有重大作用和现实意义。目前美军自动对地防撞技术已在F-35A 和F-16 战斗机上得到应用，正在开展对地防撞与空中防撞的综合技术研发，有望应用于下一代战斗机。

发展航空先进工业技术优化航空装备研制生产过程

以数字工程技术、先进制造技术等为代表的航空先进工业技术研发正在加快研发与应用，为新型航空装备的快速推出提供保障。

数字工程技术扩展应用到多型航空装备研制

X-61 无人机回收

国外新型航空装备研发过程中正不断扩展数字孪生、数字线索等数字工程技术的应用，促进航空产品寿命周期的成本降低和效益提升。2021 年5 月，波音公司宣布首架T-7A“红鹰”高级教练机在不到30 分钟内实现了前后机身对接，与传统对接流程相比，耗时减少95%，质量得到显著提高，验证了数字工程技术应用的优势。2021年6 月，美空军装备司令部宣布设立常设的数字转型办公室，专门负责推进空军和太空军向以数字工程为核心的数字组织转型，表明美空军已经将数字工程作为长期推进的关键战略任务，正在常态化推进数字工程转型。目前，美空军的多个研发项目中已试点应用数字工程，包括NGAD 战斗机、F-15EX战斗机、B-52H 轰炸机换发、T-7A“红鹰”高级教练机、“天空博格人”无人机、高超声速飞行器等。英国“暴风”战斗机、日本F-X 下一代战斗机等装备项目也已宣布采用数字工程技术来提高设计、研制、生产和维护的效率。

创新航空制造技术助力新型航空装备开发

国外航空装备制造商正不断加强先进制造技术开发，以实现航空装备生产效率的提升。美快速低成本制造技术研究取得进展。美国连续复合材料公司于2021 年4 月宣布为美空军研究实验室“面向制造的机缘结构设计”（WiSDM）项目，成功制造了一副低成本可消耗飞机的机翼。该机翼采用创新的结构设计和翼梁连续纤维3D 打印（CF3D）、翼肋长纤维注射成型、增材制造工装、蒙皮自动纤维铺放、自动钻孔和机器人装配等制造工艺，实现了制造成本的降低和交付周期的缩短，为低成本可消耗无人机研制生产提供了新的制造技术储备。美洛克希德·马丁公司“智能工厂”建设初具规模。2021 年8月，洛克希德·马丁公司宣布其位于加州帕姆代尔的“智能工厂”已完成基础设施建设，该设施融合了智能工厂框架、技术赋能的先进制造环境、灵活的工厂结构，综合运用了机器人、人工智能和增强现实等技术，具备快速和灵活满足用户产品制造需求的能力，将为美军先进航空装备生产提供支持。