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晨枫:中国新一代舰载战斗机会是什么样?
【文/ 观察者网专栏作者 晨枫】
网上疯传“新一代战斗机2021年首飞”,这样的消息很难不引起人们的极大关注。一般认为,这是中国的舰载第四代战斗机(简称海四),现有的歼-15、歼-16的新亚型不值得这么隆重。
长期以来,海四应该是海鹘鹰还是海歼-20一直纷争不休,或许2021年就要尘埃落定了。海歼-20具有更为强大的战斗力,但重量大,长度大,舰上运作会有影响;海鹘鹰正好相反。另一方面,中国航母要首先突破第一岛链才谈得上深入大洋,舰载战斗机的战斗力需要能至少压倒F-35,最好能匹敌F-22,只是能干翻F-15、F-16、F-18E是不够的。
一般也认为,海四需要隐身、超巡、大航程、大载弹量。隐身的意义不言而喻,超巡是压倒F-35的关键,大航程、大载弹量是舰载战斗机的基本要求,但海四肯定是要适合上舰的。
适合上舰有两方面:
1、适合航母上的起飞和着陆
2、适合航母上的甲板和机库运作
适合航母上起飞、着陆其实是两个问题,但都涉及到舰上只有很短的滑跑距离的问题。为了在很短的滑跑距离里升空,以及尽可能降低着舰速度,需要用上所有可能的增升手段。固定翼飞机最主要的增升手段就是大面积的襟翼。正常布局和鸭式布局都可以有大面积的襟翼,但正常布局的襟翼位置靠近重心和升力中心,放下后对飞机的俯仰姿态影响小;鸭式布局的襟翼位置靠近机尾,放下后造成强大的低头力矩,在起飞和着陆中很难放手使用,用通常大小的鸭翼全力配平都不一定够用。从这一点来说,海鹘鹰在气动布局上是有优势的。
鸭式布局如果具有很强的静不稳定性,或者说升力中心超前于重心较多,在起飞滑跑和进近的低速时会有强烈的自然抬头趋势,这时大面积襟翼放下就不那么碍事了。升力中心是随速度而向后移动的,因此更大的静不稳定性也意味着超音速配平阻力的降低和超音速机动性的增加。但这样大的静不稳定度对飞控是巨大的挑战。低速飞行未必都需要增升,不能用襟翼来增稳,因此需要很大的鸭翼面积,以及强化的作动机构,这都是增加重量和阻力的。歼-20并没有那么大的鸭翼,当然不排除显著增大的鸭翼的可能,但那涉及到的气动变化就大了。
F4D-1“天光”就采用了静不稳定设计,着舰极其困难
但是“阵风M”这不也上了舰嘛,毕竟技术进步了
另一个问题是舰上运作,主要问题在于战斗机的长度。舰载战斗机通常采用折叠翼,以降低舰上停放或者移动时候的占地宽度。鸭式布局的大三角翼较难折叠,但把鸭翼折叠的话,有可能做到对头交错停放,可在成对停放时降低总占地宽度。F-14就是这样的,机翼的最大后掠位置不是飞行状态,而是舰上停放状态。
战斗机的长度太大的话,不仅占地大,而且可能侵入斜甲板降落跑道,或者甲板上的调度区,这是不容许的。但长度是没法通过折叠来缩短的。理论上或许未必不可能,实际上难度太大,没有这样做的。只有斜角停放,但要损失停机数量。在可相对于舰舷垂直停放17米长战斗机的停机区里,偏转27度可停放20米长的战斗机,但在长度上要增加35%的占地,或者说减少1/3的停机数量。
舰上停放的F-14战斗机
航母所能搭载的战斗机数量永远是有限的,但也不是越多越好。战斗机在舰上的加油、装弹、起飞准备、着陆后返回停机位都需要一定的周转空间,还需要有适当的维修空间以保持完好,因为挤得动弹不得或者缺乏维修而不能出动的战斗机是没用的。冷战后,美国航母减少了搭载战斗机的数量,一方面是不再有高烈度战争的需要,另一方面也是通过相对宽松的甲板,用稍少的战斗机实际上可实现更高的出动率;较宽松的机库则有利于更高的完好率。
航母上的战斗机主要是停放在甲板上的。从航母机库里进出不仅时间长,受到升降机运能的限制,更重要的是加油、装弹这样的危险操作只能在甲板上进行。机库空间更多的是用于停放维修中不能升空的战斗机的,以及不需要在紧急出动中使用的战斗机。因此,甲板上的停机条件很重要。较短的机长不仅便于停放,还有可能在停机区之间腾出更多的周转空间,增加出动率和便利日常调度。
“辽宁”号与歼-15是中国对航母和舰载战斗机的第一次尝试,由于条件原因,只能看菜下饭,没有做到舰机之间的系统优化。新一代航母是中国第一次有条件在航母和舰载战斗机之间系统考虑、全盘优化。从这一角度出发,16.9米长的鹘鹰比20.4米长的歼-20要有利得多,即使在改进中长度有所增加,依然有望在增加约35%的搭载数量的同时,反而提高甲板运作效率。考虑到折叠机翼与非折叠大三角翼的差别,以及把原来难以利用的边角空间利用起来,数量还可能进一步增加。
从上舰出发,海鹘鹰是明显更有利的,但战斗力也是必须达到要求的,只是不管是鹘鹰1.0还是鹘鹰2.0,都难以达到要求,问题出在“中型战斗机陷阱”。这是指用成本较低的中型战斗机达到接近重型战斗机的性能的思维定势。对鹘鹰而言,就是通过针对性地避免F-35踏过的陷阱,大幅度地提高性能,达到接近F-22的战斗力。问题是这是做不到的。
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