屡战屡败的英国隐身战斗机之路

原标题:屡战屡败的英国隐身战斗机之路

作者:Armstrong

转载自空军之翼

在去年7月16日开幕的范保罗航展上,英国国防大臣加文·威廉姆森高调公布了“暴风”第六代战斗机的全尺寸模型,标志着英国正式启动首个自主隐身战斗机的研制项目。但很少有人知道,“暴风”已经是英国在隐身战斗机研制上的第三次努力。在前两次努力中,英国一边深度参加了美国的JAST和JSF项目,另一边启动了自己的FOAS计划,但结果都差强人意……

JAST

英国研制隐身战斗机的历史最早可以追溯到上世纪90年代,1994年12月22日美国国防部启动了JAST(联合先进打击技术)项目,试图研制一种多军种共用战斗机,该项目正是JSF(联合打击战斗机)项目的前身。

当时美国四大军机制造商——麦道、诺斯洛普.格鲁曼、洛克希德、波音参与了竞争,麦道与诺格以及英国BAE公司组成研发团队,洛克希德和波音则单打独斗。在这三个竞争者中,麦道/诺格/BAE团队实力无疑最强大,麦道是美国老牌战斗机制造商,拳头产品有F-15、F-18和AV-8B;诺格则是老牌舰载战斗机制造商,并在隐身战斗机的研制上拥有丰富经验,曾研制过YF-23“黑寡妇II”;作为“鹞”式战斗机发明者的BAE则在垂直起降战斗机的研制方面拥有巨大优势。要知道当时的洛克希德和波音在战斗机制造领域根本是二流角色。

麦道/诺格/BAE团队提出的JAST方案

麦道/诺格/BAE团队提出的JAST方案延续了YF-23的V尾布局,采用两侧进气和兰姆达(LAMBDA)主翼,在设计上极端重视隐身性能。兰姆达主翼是一种针对隐身性能进行优化的翼形,与传统体形机翼相比其后缘呈内凹锯齿状,使机翼前后缘更加容易与机身其他边缘对齐,同时增加了展弦比并提高了空气动力学效率,由于机翼后缘外形很像希腊字母λ,所以又被称为兰姆达(Lambda)机翼。但兰姆达机翼的后缘锯齿降低了结构效率并增加了机翼重量。

兰姆达(LAMBDA)机翼平面外形

麦道/诺格/BAE团队的在JAST垂直起降型上大胆采用了气体驱动升力风扇设计,通过主发动机高压引气来直接驱动风扇产生升力,这样能彻底解决升力发动机的热废气吸入问题。但气体驱动升力风扇存在研制难题,在驱动效率上难以满足要求,因此团队领导者麦道在1995年6月把升力风扇改为类似雅克-141的升力发动机,而这一改动直接导致麦道方案成为三个竞争设计中垂直起降设计最失败的。

麦道独特的气体驱动升力风扇设计

1996年11月16日,美国国防部宣布洛克希德的轴传动垂直起降设计和波音公司的旋转矢量喷管垂直起降设计进入验证机制造阶段,分别获得X-35和X-32的验证机编号。紧接着在1996年12月15日,波音并购麦道,麦道/诺格/BAE团队作鸟兽散,BAE和诺格公司投奔洛克希德,协助研制X-35。

接下来的事情就是X-35笑到最后了,最终成为F-35

事实证明BAE的这步棋算是走对了,英国人依靠雄厚的垂直起降战斗机研发经验为X-35研制了轴传动升力风扇系统和三轴承旋转尾喷管,为X-35的最终获胜立下了汗马功劳。

英国为F-35B的研制成功处理很大

Replica

在深度参与JAST项目的同时,BAE也在自主研制另一种隐身战斗机概念。在上世纪90年代,英国空军启动了未来进攻空中系统(FOAS)计划,旨在研究能满足未来作战需要的有人驾驶战斗机和无人驾驶攻击机,并最终取代现有的"狂风”GR4战斗轰炸机。

FOAS的一个脑洞方案,这很英国

BAE系统公司成为FOAS有人机项目的主承保商,该公司经过初步设计研究后提出了一种隐形战斗轰炸机概念,后被称为Replica。BAE系统公司在1996年制作了一架Replica全尺寸模型,然后进行了详尽的雷达截面积测试。从模型的气动外形上看,Replica显然是麦道JAST的双发翻版,拥有同样的兰姆达机翼和V尾设计,以及机身两侧的加莱特进气口。

Replica全尺寸模型

Replica是一种在尺寸和重量上都相当于F-22的重型双发战斗机,其尾喷管采用了可变横截面积矩形二元矢量喷管而不是JAST的轴对称尾喷管,具有更好的雷达和红外隐身效果,此外该机作为一种战斗轰炸机采用了串列双座布局而不是JAST的单座座舱。为了满足FOAS的对地攻击要求,Replica在机腹布置了一个大型弹舱,不仅可容纳ASRAAM红外制导空空导弹,还能挂载907千克级别的大型对地精确制导弹药。Replica的机鼻相当小,无法容纳下大口径相控阵雷达,因此BAE系统公司很可能把雷达相控阵天线分散布置在前机身两侧和机翼前缘,以此来扩展扫描范围。至今该公司仍对Replica的一些设计细节严格保密。

Replica的尺寸

但好景不长,最后击败Replica的是……F-35。

2001年10月26日JSF项目办公室宣布洛克希德X-35战胜波音X-32,获得F-35战斗机的研制合同。F-35立项后,英国对该项目极端重视,不惜放弃FOAS有人飞机计划,转为全面与美国合作来获得“狂风”后继机。

英国通过投资25亿美元成为F-35项目的一级合作伙伴国,取得了最大的制造份额。如今每架出厂的F-35中有15%的价值来自英国制造,参与制造该机的英国厂商有BAE、罗尔斯·罗伊斯、马丁贝克、塞莱克斯、科巴姆等。

“暴风”

2012年英法联合启动的无人空中战斗系统(FCAS),该计划实际上是FOAS无人机项目的延续,两国一致同意将BAE系统“雷神”和达索“神经元”无人作战飞机基础上研制出一种先进飞翼隐身无人作战飞机。该项目启动后,Replica全尺寸模型被涂上了隐身涂料,在2014年被拉出来进行了新一轮的雷达截面积测试。

RCS测试中的Replica

在2018年的ILA柏林航展上,达索公司和空中客车公司宣布达成协议,合作开发隐形战斗机,作为法国阵风,德国欧洲战斗机和西班牙F-18“大黄蜂”战斗机的后继机,巧合的是该项目也被称为FCAS(未来空战系统)。该机预计在2025年左右首飞,2040年左右服役。这一消息一下子让英国人坐不住了,英国已经不再是欧洲战斗机研制上的领导者。他们明显感觉到由于自己深度参与F-35项目和脱欧,欧洲大陆国家在下一代战斗机的研制上已经不带英国一起玩了。“暴风”正是在这种情况下紧急而生的,其背后的用意是重夺欧洲战斗机研制牛耳,避免英国航空工业的持续退化。

范保罗航展的全尺寸“暴风”模型制作比较粗糙,远无法和Replica相比,外形上存在若干有悖于空气动力学设计之处,可以想象模型制作的匆忙程度。“暴风”被作为英国“台风”战斗机的后继机,将在2035年之前服役,到2040年彻底取代后者。“暴风”项目团队包括BAE系统公司、罗尔斯罗伊斯公司、意大利莱昂纳多公司和欧洲MBDA导弹集团,阵容盛大。

“暴风”全尺寸模型

“暴风”项目背后是浓重的英国国家意志,为“暴风”全尺寸模型揭幕的是英国国防大臣加文·威廉姆森,他表示该项目对于英国维持在战斗机研发上的领先地位非常重要。英国BAE系统公司是“暴风团队”的领导者,成员还有发动机制造商罗尔斯·罗伊斯,意大利国防承包商莱昂纳多和欧洲导弹财团MBDA。英国国防大臣表示从现在起到2025年,英国将投入20亿英镑研制“暴风”,该机验证机将在2025年首飞,生产型飞机将在2035年开始交付,目前项目已经花费了上亿英镑。由于研制隐身战斗机耗资巨大,仅凭英国本身的需求难以让项目收支平衡,因此英国政府正在积极推动“暴风”的国际合作,以此来分摊成本并扩大产量,莱昂纳多和MDBA集团已经加入项目,英国国防部也在与瑞典就共同研制隐形战斗机事宜进行谈判。“暴风”有可能成为在德法FCAS之外的另一个欧洲隐身战斗机项目。

“暴风”的构型研究

从气动布局上看,“暴风”脱胎自Replica,虽然翼根弦长大幅增加成为无尾三角翼,但机翼后缘的兰姆达锯齿仍然不变。除了通过增大机翼来扩展内油外,“暴风”的机鼻也明显增大用于容纳大口径相控阵雷达,此外机身两侧进气口具有明显的DSI特征。

“暴风”的两台三涵道加力涡扇发动机内埋与后机身深处,以帮助降低雷达和红外信号,进气口为DSI无附面层隔道设计。发动机主承包商罗尔斯·罗伊斯表示正致力于推进发动机设计,利用复合材料和先进制造工艺来实现轻量化和更好的热管理,同时保持低成本,发动机将具有全权限数字控制单元以及健康监测系统。厂家并未透露发动机的推力级别,但肯定会大幅超越EJ200,尤其是最大军用推力。

“暴风”战斗机想象图

"暴风"将配备有各种传感器,包括有源相控阵雷达和多光谱光电传感器,以及先进数据链和通信设备。与其他隐身战斗机一样,这些传感器能为飞行员提供完整的战斗空间图像,并与其他友军分享这些信息,大幅提高飞行员的态势感知能力。就像电影《钢铁侠》中托尼·斯塔克依靠头盔投射在面前的图像来操纵动力装甲一样,“暴风”虚拟座舱也用头盔投射出的虚拟显示器来完全取代传统多功能显示器、平视显示器和各种传统仪表,该机座舱内可能是一片光秃秃的景象,没有任何显示面板和按钮,也许只会有一两块关键飞行信息备份仪表。

这种虚拟座舱将使用人工智能和眼动追踪技术,让飞行员只需通过观察和手势即可控制飞机。由于所有飞行信息和操作面板都是虚拟化的,外人完全看不见。BAE系统公司希望能通过虚拟座舱技术取消现有战斗机座舱中复杂的仪表、触摸显示器、各种按钮和开关,让第六代战斗机的座舱内空空如也,只保留少数最重要的显示和控制装置。在虚拟座舱中,飞行员只需通过眼动追踪就能选择查看自己所需要的飞行或武器信息,然后进入相关操作选项,用手做出按下按钮的手势就能直接下达指令,无需再费力操作一系列物理按钮,大大提高了操作效率。

此外更少的仪表、显示器和物理按钮与开关也意味着更少的组件、更轻的重量、更低的制造和和维护成本。虚拟座舱可以通过简单地调整软件来修改功能以及进行升级,甚至可以在飞行中对其布局进行修改以匹配所执行的任务。这种座舱甚至将拥有自我学习功能,经过与飞行员的磨合后进一步提高人机交互操作效率。例如座舱在发现飞行员更习惯于向右看的情况下,会把警告灯都布置在显示器右侧,让飞行员更容易读取和做出反应。

"暴风"在设计上的最大特色是模块化,首先该机将具有一个模块化的机腹弹舱,可以用于容纳各种武器(其中甚至包括激光炮),也可以用于容纳传感器、电子战套件或其他系统,使该机执行多种任务。此外BAE系统公司还为该机设计了额外的保形油箱和保形武器舱模块,用于增加航程和载弹量。

“暴风”的设计特点

"暴风"的“可扩展自治”能力似乎在暗示该机是一种有人/无人驾驶两用战斗机,一架载人“暴风”可指挥够多架无人“暴风”僚机集群作战,实现当下时髦的“忠诚僚机”概念。

当然,英国在隐身战斗机上三十多年的努力能否最终在“暴风”上获得回报,还要看英国政府对项目的支持力度,以及能否寻找到坚定的合作伙伴,毕竟仅凭英国空军可怜的生产数量,肯定无法让“暴风”项目收回成本。有趣的是,无论是“暴风”还是将要被其取代的“台风”,这两种战斗机的名字都来自二战时期著名的霍克“台风”和“暴风”战斗机。“台风”是著名的“飓风”战斗机的后继机,拥有坚固的机翼,擅长对地攻击。“暴风”是“台风”的进一步改进型,通过改变翼形和减薄机翼提高了飞行性能,在拦截V-1飞弹上发挥了重要作用。返回搜狐,查看更多

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