美軍陷入「6代機狂熱」,技術領先中國了嗎?六代機有什麼新性能

東方點兵 發佈 2022-05-24T04:12:22.094658+00:00

美國已經開始研製六代機了?答案是肯定的,當下美軍海空兩軍已經各自提出了六代機的研發計劃,並已取得初步進展。其中美國空軍的六代機項目被命名為NGAD,也就是「Next Generation Air Dominance」(下一代空中主宰)的縮寫,而海軍的六代機項目則是F/A-XX。

美國已經開始研製六代機了?

答案是肯定的,當下美軍海空兩軍已經各自提出了六代機的研發計劃,並已取得初步進展。

其中美國空軍的六代機項目被命名為NGAD,也就是「Next Generation Air Dominance」(下一代空中主宰)的縮寫,而海軍的六代機項目則是F/A-XX。

當然在這個問題上,我們並不需要感到驚訝。

畢竟距離第一種五代機的原型機YF-22試飛已經過去了22年,下一代戰機開始研發也在情理之中。

中俄五代機的服役,更是讓美軍感到越來越難以維持當下的空中優勢,便提高了六代機的研發速度。

那麼,未來美軍的六代機會長什麼樣子?又將具備哪些技術指標?我國的六代機項目又走到哪一步了呢?

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美國六代機抄襲殲-20?

討論美國的第六代戰機,我們不妨先從美國海軍的F/A-XX項目說起,畢竟在六代機的研發上,美國海軍表現得要比美國空軍更為急迫一些。

這是因為美國海軍對其正在逐步換裝的新一代艦載機F-35C非常不滿意。

這種戰機為了三軍通用、尤其是滿足海軍陸戰隊的F-35B型在兩棲攻擊艦上垂直起降的需求,對高速飛行性能進行很大的削弱。

在這種設計下,F-35C的最大飛行速度只有1.5馬赫,同時也無法進行超音速巡航,這也就導致其截擊能力非常差。

而海戰中,艦載機的截擊能力強弱決定著一艘航母是否能夠及時攔截掛載反艦飛彈的敵軍戰機、轟炸機,從而能對戰鬥勝負造成直接影響。

(波音F/A-XX方案)

因此,美國海軍迫切需要一種能夠高速飛行的艦載機,來承擔截擊、艦隊防空的任務。

在F-22停產、艦載版F-22項目也被叫停後,這個重擔自然就落到了下一代戰機,也就是正在開發中的F/A-XX項目上。

面對這個美國海軍異常重視的項目,各大軍火公司自然也不敢怠慢,素有「合眾國長子」戲稱的飛機製造巨頭波音就率先拿出了一個概念方案。

但當人們看到這個方案時,不免感覺有些過於熟悉。

鴨式布局、雙發動機、兩側進氣、後掠形鴨翼搭配梯形主翼,這不就是一架沒有雙傾斜垂尾的殲-20麼?

(波音F/A-XX方案)

儘管這個方案遭到了軍迷群體「抄襲殲-20」的調侃,但波音公司選擇這樣的方案實際上非常有道理。

因為鴨式布局相較於常規布局在高速飛行下的配平阻力、靜不穩定度等指標上更具有優勢,所以也就有著更強的高速飛行性能。

這也是我國殲-20使用鴨式布局的主要原因。

而取消普通戰機上常見的垂尾,則是為了減少垂尾前後緣產生的雷達散射,進一步增強隱身性能。

不過由於F/A-XX項目還在預研狀態,我們並不能說美國海軍最終一定會選擇波音的這個方案作為其第六代艦載機。

不過波音與我國在氣動布局選取上的殊途同歸,卻也側面證明了我國戰機設計團隊的高瞻遠矚。

(殲-20)

在海軍F/A-XX項目出現了第一種概念方案後,空軍的NGAD項目也收穫了一些進展。

諾斯洛普·格魯曼公司,就是那個製造出了具有劃時代意義B-2轟炸機的公司提出了一種NGAD的概念方案。

這個方案比波音的F/A-XX設計還要激進,它乾脆就連鴨翼也一併取消,直接使用了無尾布局,來追求極致的隱身性能。

但這樣卻也讓戰機的機動性能尤其是俯仰控制能力大大下降。

不過相較於海軍的艦載機,由於空軍戰機不需要在短小的航母甲板上起降,其對俯仰控制能力的要求並不是很高,因此這種削弱也可以接受。

(諾·格NGAD方案)

看過以上兩種六代機方案後,我們不難發現:

不管是哪家公司的方案,不管是哪個軍種的方案,都不約而同地選擇了降低對機動性的要求,換取隱身性能的增強。

這確實也符合空戰戰術的發展趨勢。

隨著空空飛彈性的進一步增強,戰機將很難通過機動甩開敵軍飛彈,而EODAS等先進態勢感知系統的出現也讓越肩式全向攻擊成為了可能,戰機無需再通過咬尾狗斗的方式獲取飛彈發射條件。

如此一來,先於敵人發現對方便成了最具有價值的戰術優勢,因此增強隱身能力便成了一種剛需。

那麼,除了增強隱身性外,六代機還將會有哪些新的性能特點呢?

(NGAD方案)

2

六代機能指揮無人機蜂群?

想要在空戰中做到先敵發現,除了增強隱身能力減少自身被發現的概率外,另一個非常重要的方面是同時增強態勢感知能力。

戰機傳統的態勢系統包括雷達、綜合光電等等,在可預見的未來,這些戰機自身攜帶的探測設備難以獲得太大的性能提升。

因此,全球的戰機設計團隊都將目光投向了有人機與無人機協同的方面上,例如下一版本的F-35 BLOCK4就會初步擁有指揮無人機的能力。

在空戰時,這些無人機可以前出到機群外圍,充當有人機的眼鏡和耳朵,並通過高帶寬數據鏈將其探測到的空情實時回傳給有人機,甚至直接掛載空對空飛彈發起打擊。

毫無疑問,六代機也會具備類似的能力,並在此方面上進行進一步的升級。

(伴隨F-35的XQ-58無人機)

為了配合有人機指揮無人機戰術戰法的開發,美軍已經開發了多種具備初級AI自動控制能力的無人飛機。

其中就有專門瞄準空戰中態勢感知輔助的XQ-58「女武神」忠誠僚機,這種無人機已經在2019年3月5日完成了首飛。

XQ-58機長約8.8米,最大起飛重量預計將達到13噸,它能夠搭載三種不同的模塊化機首態勢感知單元。

為了能夠配合隱身戰機作戰,XQ-58在外形上採用了隱身設計,還使用了一台FJ-33渦扇發動機作為動力,以確保不會因為速度太慢而無法與戰機編隊。

不過這種無人機也有一個缺陷,那便是沒有內置彈艙,無法攜帶飛彈直接與敵機展開空戰。

(RQ-170)

當然,除了XQ-58以外,美軍也開發了許多其他類型的無人僚機,例如專門負責對地偵察的RQ-170,以及具備對地打擊能力的X-47B。

這兩種無人機都是類似於B-2轟炸機的飛翼布局飛機,他們雖然不能像XQ-58一樣輔助有人戰鬥機進行空戰,但卻能完成防空壓制等任務。

當下擁有指揮無人機能力的第五代戰機,例如F-35和殲-20,他們指揮無人機的能力都是有限的。

造成這種限制的主要因素來源於兩個方面:

(1)當前的定向隱身數據鏈的可接入終端數量較少,例如F-35的MADL一次性只能跟16架飛機維持數據交換;

(2)無人機的自主AI控制系統仍不夠完善,大量指令需要有人機飛行員下達,這將極大消耗其精力。

(X-47B)

未來的六代機,必然會對以上的這些問題進行改進,從而擁有一次性指揮一整個無人機「蜂群」進行作戰的能力。

除了無人機協同作戰帶來的態勢感知能力增強,根據目前公開的資料來看,六代機還會擁有新一代的動力系統。

這種新型動力系統就是變涵道發動機。

現在戰機普遍使用的渦扇發動機都擁有內、外兩個涵道,在兩個涵道中:

(1)內涵道吸入的氣體會進入燃燒室供燃油燃燒,產生高溫高壓燃氣推動渦輪並產生部分推力;

(2)外涵道吸入的氣體則會在由內涵道驅動的渦輪的加速下直接排出發動機尾噴管產生另一部分推力。

(普通渦扇發動機只有內外兩個涵道)

渦扇發動機的雙涵道設計,比起沒有內涵道的渦槳發動機推力高,比起沒有外涵道的渦噴發動機耗油率低,可以說是綜合了兩者的特點。

不過在實際設計中,內外涵道直徑的比值——也就是涵道比卻相當難以把握。

如果外涵道比例過大,那麼這種發動機的最大推力就會受到影響,如果內涵道比例過大,那麼其耗油率又會非常高。

而變涵道發動機,則可以通過調節外涵道空氣流量的方式,在不同工作模式間轉換。

例如在長時間巡航時,變涵道發動機就可以打開外涵道的進氣口,以最低耗油率飛行;在進行空戰時,變涵道發動機就可以關閉外涵道進氣口,發揮最大推力。

(變涵道發動機)

在變涵道發動機的幫助下,六代機可以擁有更大的作戰半徑,更高的空戰推重比和極限速度。

諾斯洛普·格魯曼公司就宣稱其提出的NGAD初步方案將擁有3馬赫以上的最大飛行速度,而五代機中飛行極速最高的殲-20也只有2.8馬赫。

如此看來,六代機相對於五代機的性能提升將會非常巨大,哪個國家先研發出第六代戰機,就能在戰爭中擁有更大的空中優勢。

2020的2月,美國戰略和預算評估中心大致上確定了美軍六代機項目的研發時間節點。

美國希望能夠在2024年也就是兩年後製造出六代機的原型機,在2030年交付部隊,並在2035年前形成戰鬥力。

面對這種情況,我國該如何應對?我國的六代機項目又進展到哪一步了呢?

3

六代機研發,中國並不落後

與美軍一樣,我國也早早地瞄準了第六代戰鬥機的開發。

比如殲-20的總設計師楊偉在2020年就公開發表了一篇關於下一代戰機作戰方式的論文,提出了第三代OODA作戰決策循環的概念。

我國對六代機的預研必然要比這項成果公開發布的時間更早,按照服役一代、研發一代、預研一代的模式,我軍六代機的理論研究可能與殲-20的定型研發過程同步。

同時,西北工業大學下屬的研究機構:未來飛行器協同創作中心也早早開始了六代機氣動外形的設計研發。

在幾年中,他們總計做出了8種初步方案,並挑選出其中的4種製作了縮比驗證機,展開了試飛實驗。

總而言之,我軍的六代機項目基本做到了與美軍同一進度。

在各種子系統上,我國取得的成果也是顯著的。

例如用於協同五代機乃至六代機的無人隱身飛機,我國就已經有數種型號被開發了出來,甚至進入了服役狀態。

例如此前在閱兵式上展出的攻擊-11無人機,便是一種類似於X-47B的飛翼布局對地打擊無人機。

在2021年珠海航展中,我國航天科技集團也展出過一種名為「飛鴻」-97的無人忠誠僚機。

「飛鴻」-97的氣動布局與美軍XQ-58高速相似,但「飛鴻」-87的體型要更大一些,也具備一個內置彈艙,可以掛載飛彈等武器。

(飛鴻-97忠誠僚機)

在動力方面,我國雖然在渦扇發動機的研發進度上稍顯落後,可能無法與美軍同步研發出變涵道發動機。

但是,我國的航天科工集團卻在另一種新型動力系統:渦扇-衝壓組合發動機上有更深的造詣。

這種發動機有兩個相互獨立但共用一個可調式進氣口的動力裝置。

當飛機在低速狀態下飛行時,可調式進氣道會將空氣導向渦扇發動機,而當飛機進入高速飛行狀態後,推力更大但在低速下無法運轉的衝壓發動機便會開始工作。

組合動力方案與變涵道發動機各有優勢,前者的最大推力要更高,但相對的其體型、重量也更大,因而無法應用在輕型飛機上。

(渦扇-衝壓組合發動機)

而這些子系統的進步與我國六代機項目總體設計的預研都說明了一個問題:

那就是如今的我國,在航空工業領域早已不再僅僅是美國的追趕者,在部分領域我國已經有了與美國同步研發的能力。

六代機的研發,將會是中美軍事技術綜合比拼的下一個不見硝煙的戰場,相信中國的航空工業一定能交出一份令中國人民滿意的答卷。

不知道各位讀者心目中的六代機是什麼樣的呢?歡迎在評論區留下您的看法與見解。

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