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从历代战斗机核心性能特征看国外六代机发展方向(下)

2023-05-08陈黎袁成

国防科技工业 2023年4期
关键词:机动性空战超声速

陈黎 袁成/文

国外历代战斗机的核心性能特征

历代战斗机都有各自的众多性能特点,如果以对飞机作战能力提升的贡献大小以及具备该性能的技术门槛高低为标准,对其进行分类排序,可以发现每代战斗机都拥有一项比较特殊、最具标志性的性能特点,它对于本代战斗机代次地位的维持意义特别重大,我们可以将其称为核心性能特征(或代差特征、标志性性能特征)。对于第一、二、三、四、五代战斗机来说,其核心性能特征分别为亚声速、高亚声速、超声速、高机动、隐身,它们均具有以下两个突出特点。

本代飞机可凭此项性能获得对上代飞机的极大战术优势

战斗机的主要任务使命就是与敌方战斗机空战,以争夺前线制空权,保卫己方空中/地面目标。在执行此任务期间,战斗机的各项战技性能均能不同程度地发挥作用,其中核心性能特征的作用通常尤显突出,本代战斗机依靠这一性能,往往能获得对上一代飞机的压倒性、甚至碾压式战术优势。

以五代机为例,当其与四代机展开空战时,即使不考虑超声速巡航、超机动等先进性能,仅凭隐身这一核心性能特征,五代机就可以做到“先敌发现、先敌锁定、先敌开火、先敌脱离”,甚至使战场单向透明、呈“一边倒”的态势。因为五代机借助隐身性能的庇护,完全可以在四代机雷达的有效探测/跟踪距离外与之交战,通过发射中远距空空导弹,对尚在接敌过程中、甚至根本没能发现本机的四代机实施打击;不仅如此,五代机还可随时根据战场态势,调整本机与四代机之间的距离,以回避与其可能的近距格斗空战,并伺机再次对其实施视距外打击。在这样的背景下,如果不考虑战时其它各种因素的作用,单从平台自身性能的角度来讲,四代机将很难与五代机正面对抗。美国空军F-22战斗机在与F-15、F-16 等四代机的对抗演习中所创造的144:0 的惊人“战绩”,就在相当程度上证明了这一点。

典型四、五代机之间使用机载雷达相互探测时的作用距离大小示意图,二者在雷达隐身性能方面的巨大差距,非常直观地反映在对方雷达对本机的有效探测距离上

又如,在20 世纪80 年代--21世纪初的多场四代机对阵三代机的空战中,由于双方交战通常是在中低空、高亚声速状态下展开的,而很少在高空高速状态下进行,此时四代机的中低空/亚(跨)声速高机动性将可以得到充分发挥,再加上武器系统方面的优势,由此造成其在空战中往往能以非常大的交换比“碾压”三代机。

上一代飞机很难通过改进升级来获得本项性能特征

从各代战斗机核心性能特征背后的支撑技术来看,它们通常与飞机的气动布局密切相关,而气动布局是在飞机的初步设计阶段,按照相关的战术技术要求,根据气动、发动机、结构等基本因素来确定的,飞机定型后将很难进行重大改动,否则就相当于重新设计一型飞机了。由于这样的原因,上一代飞机很难通过改进来获得下一代飞机的核心性能特征。

例如,在五代机所拥有的隐身、超声速巡航、超机动性和综合/高度综合的航电系统等性能特征中,后三项均可通过相关技术的下放,在四代机上得到不同程度的实现。唯独隐身性能,由于其与飞机气动外形密切相关(军用飞机雷达隐身能力的80%左右是由外形设计所决定),四代机囿于其机体原始设计,仅靠局部修形、外覆吸波涂层、座舱盖金属镀膜等小修小改,将很难实现与五代机接近的隐身性能。也正是由于这样的原因,美国F-35 尽管是作为与F-22 搭配使用的“低档”五代机而研制的,在平台飞行性能方面只能说与传统四代机基本相当,尤其是缺乏超声速巡航和超机动性能,但由于该机拥有传统战斗机所不具备的隐身性能,因此仍“当之无愧”地被归入五代机之列,可谓“一俊遮百丑”。

与此类似,二代机要在一代机的基础上将飞行速度提高到高亚声速,需要将后者的平直机翼更换为后掠翼;三代机为了实现超声速飞行,采用了更大后掠角的机翼或三角翼,以及按面积律设计的机身;四代机要具备高机动性,需要采用隐身融合、边条翼、升力体机身等先进技术,这些都涉及到对飞机气动布局的重大改动,上一代飞机仅靠改进升级将很难完成。

美、俄两国历代战斗机代表机型俯视图,各代之间在气动外形方面的差异一目了然

上:从左至右分别为F-80、F-86D、F-4、F-15、F-22、“六代机”

下:从左至右分别为米格-9、米 格-15、米 格-19、苏-27、苏-57、“六代机”

未来六代机核心性能特征初步研判

自21 世纪初以F-22 为代表的五代机陆续入役以来,美国、欧洲、俄罗斯都相继开始了更新一代、即第六代战斗机的探索。根据前面的战斗机划代标准及核心性能特征分析,六代机要在战斗机发展史上单独成为一代,必须至少拥有一项自身独有的核心性能特征,使其作战能力较五代机有革命性提升。再考虑到战斗机核心性能特征是与气动布局、动力装置密切相关的,只要能识别出六代机的核心性能特征,将可以在相当程度上管窥其未来发展方向。

综合多年来相关国家军方、工业界和媒体披露的信息,与现役五代机相比,今后六代机可能具备的性能特征不外乎以下几方面:人工智能(AI)、全向宽频隐身、有人/无人机协同、单装/组网一体化火控、更强的态势感知、更高的超声速机动性/敏捷性、更好的远航久航能力、更大的载弹量和机载新概念武器(例如高能激光)。我们可根据前述的相关判别标准,对这些性能特征逐个进行分析,筛选出其中的核心性能特征。

在上述性能特征中,有人/无人机协同、一体化火控、强态势感知和新概念武器的相关技术,欧美国家均已研究多年,目前正以四/五代机作为平台,通过实施“忠诚僚机”(Loyal Wingman)、“协同作战能力”/“海军一体化火控”(CEC/NIFC-CA)、“先进作战管理系统”(ABMS)、“自防护高能激光器验证机”(SHiELD)等项目,对这些技术进行验证测试,待其发展成熟后才会应用到六代机上。显然,到六代机面世的时代,只要有必要,完全可以使在役四/五代机同样具备这些性能,尽管届时六代机凭借平台条件和技术后发优势,有可能会使这些性能得到更好发挥,但要由此构成对五代机的“碾压”则不太可能,因此它们均不能算作六代机的核心性能特征。

对于远航久航能力和大载弹量这两项性能特征来说,尽管它们确实对提高六代机的空战能力有相当帮助,但由此带来的优势远不足以给空战态势带来颠覆性影响,因此二者同样不能算作六代机的核心性能特征。从世界战斗机发展史就可以看出:历代双发重型战斗机相对于同期的单发轻型战斗机,通常都会在航程和载弹量方面拥有较大优势,但这并不影响它们成为同一代战斗机。

就全向宽频隐身能力来说,其在今后空战中给六代机带来的优势固然不可小视,但该性能能否被视为六代机的核心性能特征,六代机能否因此实现对五代机的代差优势,也仍值得商榷。这主要是因为,当六代机入役时,无疑将会面临众多反隐身装备的挑战,不太可能再现当年F-22“一骑绝尘”的局面。考虑到五代机毕竟具备良好的头向隐身能力,其它方向也能实现适度隐身,在未来空战中只要采取机动灵活的战术,再加上己方作战体系的支持,即使面对六代机也仍有一战之力,而不至于像非隐身飞机面对隐身飞机时那样,基本丧失正面对抗的能力。

对于超声速机动性/敏捷性来说,尽管其水平的提高肯定对六代机的空战能力有所帮助,但六代机能否由此形成对五代机的代差优势,同样存在很大疑问。一方面,载机自身飞行性能在空战中的作用已经没有以前那样突出;另一方面,载机飞行性能对躲避来袭导弹攻击的作用也明显下降。此外,由于人体生理因素的限制,目前四/五代机的最大使用过载(9g)被认为已经接近飞行员所能承受的极限,其机动性/敏捷性、尤其最大使用过载还能有多大的提升空间,也存在疑问。

在经过上述排除筛选后,能作为六代机核心性能特征的候选项就只剩下AI 了。事实上,从多年来国内外对未来六代机性能分析评估的相关信息来看,将AI 视作六代机核心性能特征的呼声也一向是最高的。尽管这样,考虑到种种原因,AI 要荣膺六代机核心性能特征这项“桂冠”,很可能还需要较长时间,要等其发展成熟到足够程度、战斗机实现无人化之后才能实现。

当六代机通过应用先进AI 技术,发展成为具有较强自主作战能力的无人战斗机后,其作战能力将会较传统有人战斗机产生质的飞跃,并由此带来装备体系、部队编制、战术战法等方面的一系列颠覆性变化,届时AI 将会“当之无愧”地成为六代机的核心性能特征。

国外六代机未来发展展望

根据以上对六代机核心性能特征的分析,欧美国家近年推出的一系列采用有人或可选有人驾驶技术的六代机方案(例如英国“暴风”、法/ 德FCAS),理论上讲都没有完全达到六代机的标准,将其称为5+、5++或6--、6-代战斗机似乎更为合适。而从世界AI和无人机技术的发展态势来看,要使无人机具备高强度战场环境下的对面/对空作战能力,从而将战斗机这种传统主战飞机无人化,很可能还需要相当长的时间。考虑到这样的现状,对于今后六代机的发展来说,采用类似美国空军近年提出的“数字化百系列”计划那样的方式应当较为现实。也就是说,在今后六代机的研发过程中,不追求一步到位,不强求六代机服役之初就具备所有性能特征,而是以小步慢跑的方式,通过一系列机型的迭代、演进,从有人、可选有人逐渐过渡到无人,从6--、6-逐渐发展到6 代,最终推出真正意义上的六代机。

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