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晨枫:欧洲自研下一代战斗机 真的能行吗?
送交者: x-file 2017年06月17日04:57:35 于 [世界游戏论坛] 发送悄悄话


2017-06-16 14:16:40字号:A- A A+来源:观察者网
关键字:战斗机欧洲战斗机第四代战斗机台风

【文/观察者网专栏作者 晨枫】

英国、德国、意大利、西班牙合合作研发、生产的“台风”战斗机最初就是以“欧洲战斗机”命名的。2016年,德国、西班牙联合提出“新一代武器系统”(简称NGWS),包括无人机、军事航天等,但亮点无疑是下一代战斗机,用于替代德国的“旋风”、“台风”和西班牙的F-18、“台风”。

在2017年巴黎航展前夜的6月9日,空客防务与空间分部负责军机的费尔南多·阿隆索呼吁法国加入这一计划。欧盟是欧洲统一的政治架构,德国和法国是欧盟的核心。法国加盟NGWS的话,这是法国、德国第一次合作研发战斗机,这会成为真正的“欧洲的战斗机”吗?欧洲战斗机2.0会促成欧洲航空航天工业的大洗牌吗?

欧洲NGWS飞机设想图

“台风”计划开始于70年代,英国、法国、德国分别提出下一代战斗机的要求,最终在欧洲联合的大旗下启动合作研发。但英国和法国都力图借用合作伙伴的财力维持自己的研发和生产能力,在设计理念上也僵持不下,最后法国分出去单干,成为日后的“阵风”;英国拉上德国、意大利和西班牙,推出“台风”战斗机。

“台风”在1994年3月27日首飞,2003年8月4日正式投入使用,至今已经生产了500架,包含研发的单价约1.6亿美元。除了成员国英国、德国、意大利、西班牙,还出口到奥地利、科威特、阿曼、沙特阿拉伯,其中科威特和阿曼还只是订单,尚未交货。相比之下,“阵风”在1991年5月19日首飞,2001年5月18日正式投入使用,至今生产了157架,除了法国,还出口到埃及、印度、卡塔尔,只有埃及的“阵风”已经交货,印度和卡塔尔都只是订单,尚未交货。尽管“阵风”终于打破出口为零的尴尬,不管是总产量,还是出口业绩,“阵风”都可能永远落后于“台风”。

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法国阵风战机

但“台风”毕竟是三代半(欧美标准四代半)战斗机,在设计上就没有考虑隐身,只有有限的超巡能力,升级后才有主动电扫雷达,而且必须借助机扫才能获得足够的视界。在F-22、F-35、歼-20、T-50的年代,欧洲“必须”拥有隐身战斗机。为了保持欧洲战斗机工业的连续性,欧洲也需要启动下一代战斗机的研发。多年来,英国、法国、德国等都启动过或大或小的预研,现在是动真格的时候了。无人机的呼声很高,英国、法国都有跳过下一代有人战斗机、直接进入无人机时代的想法。但事实是,在可预见的将来,有人战斗机依然是空中力量的中坚,无人机只能是补充。

英国和法国是欧洲航空工业的两大中心,都有足够的技术基础研发下一代战斗机,但都有只有通过欧洲合作才能负担新一代战斗机的研发和维持自身的技术基础。德国航空工业在战后断裂的影响到现在还在,但德国是欧洲的当然金主,一般技术基础雄厚,也不再满足于乖乖的捐献者的尴尬地位,要求在未来欧洲战斗机研发中有更大的话语权。意大利要继续在欧洲战斗机工业中有一席之地的话,也只有最终加入合作,西班牙更加如此。但现实地来说,欧洲战斗机2.0的研发领导者应该还是非英国或者法国莫属,只是英国脱欧在客观上把领导权自动交给了法国。

欧洲台风战机

法国“阵风”在设计时对隐身有所考虑,但依然只是半隐身。由于发动机和气动设计的缘故,超巡能力还不如“台风”,但综合性能更加均衡,是真正的双用途战斗机,而不像“台风”那样以防空制空为主、兼有对地攻击能力。“台风”和“阵风”都将使用到2040年以后,但在2030年左右,各国都需要有下一代战斗机投入使用,替代现有的二代半(如德国、意大利的“旋风”)、第三代(如西班牙的F-18、意大利的二手F-16、法国的幻影2000)和部分三代半(如德国、意大利、西班牙的早期“台风”和法国的早期“阵风”)。如果欧洲不能自主研发下一代战斗机,唯一现实的选择就将是美国的F-35,不仅有成本和性能合用的问题,也意味着欧洲战斗机工业的终结,更意味着欧洲在安全战略和军工技术方面的自主权的终结。这对欧洲是不可接受的。


意大利组装的F-35战机

欧洲战斗机2.0的具体技术要求尚未公布,但考虑到欧洲的防务需要和战场环境,基本定位应该与“两风”相似,依然是一架中型战斗机。欧洲在“冷战红利”中享受了20年的和平,但欧洲与俄罗斯的关系越来越微妙,新冷战的阴影若隐若现,欧洲战斗机2.0需要能抗衡苏-35、T-50一级的重型战斗机。另一方面,欧洲无法负担重型战斗机的研发和部署费用,市场容量没有高低搭配、轻重搭配的空间,欧洲战场的地理现实也不需要重型战斗机的航程。这决定了中型战斗机依然是最优选择。

中型战斗机在理念上要求以接近轻型战斗机的成本实现接近重型战斗机的性能,在实际上常常受到一分钱一分货和性能接近极限时成本加速攀升的影响,最后的成本往往危险地逼近重型战斗机,而由于中型战斗机基本结构和起飞重量的限制,性能依然不及重型战斗机。尽管如此,欧洲已经无力走出最后一步,中型战斗机是欧洲负担能力的极限。英国和法国就是因为对中型战斗机的理念分歧而分道扬镳、最后走向“两风”的。

英国从防空制空要求出发,要求性能、重量和价格的定位基点接近重型战斗机;法国则从多用途要求和成功的“幻影”系列轻型战斗机的经验出发,要求定位的基点接近轻型。最后“轻型”的“阵风”在重量、成本上与“重型”的“台风”相差无几,当然前者的多用途特色和后者的防空制空为主的特色保留下来了。基于历史经验,而且隐身要求也使得轻型化不再可能,欧洲战斗机2.0可能像“台风”一样,定位于中型偏重。

考虑到法国对无尾三角翼和鸭式布局的熟悉,很可能继续采用鸭式的基本布局。中国的歼-20已经证明了鸭式与隐身的相容性,而鸭式对于减阻和超巡的优点更是人们早已熟知的。欧洲战斗机2.0很可能成为歼-20之后第二种鸭式隐身战斗机,外倾双垂尾自然也是标配。考虑到中型战斗机机内空间有限,机内武器舱可能只能挂载基本的空战武器,比如4-6枚中程和近程空空导弹的混合挂载,大型武器只能翼下挂载。在电子系统方面,可以期望主动电扫雷达、高速数据链和作战云、被动电磁探测和先进压制能力、远程和环视光电系统、头盔显示系统、大屏幕显示等新一代战斗机的典型技术。

正在进行台架测试的F-119发动机

中型战斗机可以采用单发或者双发,但单发大推的要求很高,以欧洲的技术实力,双发中推比较容易实现。F-22的F119达到高于9:1的推重比(官方数据从未公布,是保密的),F135达到11.5:1的推重比。两者的核心发动机基本相同,但F135通过增加涵道比大大提高了推力,代价是高速性能有所损失。欧洲战斗机2.0是否需要超巡还不清楚。

T-50据报道具有M1.6的超巡能力,F-35则是没有超巡能力的。F-35的定位是对地攻击为主,不能超巡不是大问题。欧洲战斗机2.0不能超巡的话,面对T-50会很被动。但法国的斯奈克玛M88涡扇的推重比只有8.5:1,需要进一步提高到9.5-10:1一级,否则要达到超巡所需的战斗机军推推重比为0.7-0.8左右而不过度克扣机内燃油量和基本武器重量会有困难。

F-135发动机

相比之下,英国罗尔斯-罗伊斯EJ200涡扇的推重比为9.4:1,起点比M88要好多了。罗尔斯-罗伊斯的技术实力从来就比斯奈克玛(现在为赛峰的航空发动机分部)强大。第一代斯奈克玛战斗机涡扇M53是直接在“阿塔”涡喷前加一级风扇,M88才改为典型的双转子。罗尔斯-罗伊斯则从“旋风”战斗机的RB199开始就是三转子涡扇了。罗尔斯-罗伊斯参加了通用电气F136的研发,这是普拉特-惠特尼F135的第二选择,但由于政治原因而在临近研发完成时还是下马了。罗尔斯-罗伊斯也是美国空军三涵道发动机计划的初始参加者,后来才被普拉特-惠特尼取代的。


事实上,英国在不少方面具有相当领先的技术,“流星”中程空空导弹是另一个例子。美国的AIM-120 AMRAAM是世界上最成熟也最成功的主动雷达制导中程空空导弹,但这是固体火箭推进的。“流星”采用更先进的固体火箭-冲压发动机,射程和末端机动能力显著提高。“流星”的固-冲属于“吸气火箭”,固体助推燃尽后,腾出带两个矩形进气道的主燃烧室,前置固体巡航发动机继续燃烧,高温贫氧燃气依然含有大量可燃物质,与进气中的氧混合燃烧,形成远比固体巡航发动机本身产生的更大的推力。由于固-冲用空气中的氧来燃烧,在巡航段不需要自带氧化剂,因此能量密度大大提高。固-冲也比固体助推-液体冲压更加先进。“流星”已经列入F-35的标准武器之一,至少在理论上,美国在未来改用“流星”都是可能的,法国“米卡”导弹则落后一代。

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“流星”中程空空导弹CG图

当然,法国军工体系完整,技术先进,也有很多拿手好戏,RBE2主动电扫是固定阵面的,幻影2000和“阵风”的自卫电子战系统在诸多北约对抗军演中也给美国战斗机造成巨大困扰。德国也在崛起,IRIS-T近程空空导弹在性能上至少与AIM-132、AIM-9X同级,成像红外制导具有强大的探测、识别和抗干扰能力。

在理论上,欧洲大合作是最理想的。即使在法国领导下,英国公司也有机会参加。但即使不算英国公司的技术大多存在来自法国、德国的竞争者,英国脱欧也带来了新的问题。

大型军事项目的合作研发不只是技术或者商业问题,更是政治问题。这首先是政府间的合作,其次才谈得上公司间的合作。由于这是政府出资,第一优先必然是成员国的公司。英国脱欧了,英国政府很难以政府身份跨越欧盟界限加入合作。60-70年代时有过很多英法合作项目,但那时没有欧盟这样一个超国家因素,欧洲统一程度远远不及现在。萨科齐-卡梅伦时代英法曾经构思过庞大的防务合作计划,范围从军工合作到指挥整合,甚至有想法在法国航母上部署英国战斗机或者反过来,航空工业方面也有研究下一代战斗机的“未来空战系统”(简称FCAS)计划,但最终都只是说说而已。那还是欧盟和欧洲统一正火热的时候。英国脱欧对欧盟是沉重打击,德国、法国是维护欧盟的中坚,没有理由通过下一代战斗机这样的敏感项目“答谢”英国搧过来的大耳光。

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FCAS计划中设想的战斗无人机

没有英国政府参加,在理论上,英国公司依然可以在公司层面参加,空客就是这样的。空客组建时,英国政府代表英国参加,但中途退出了。然而,霍克-西德利(现并入英国宇航)的机翼设计和制造技术领先,获得空客的挽留,成为“私企”成员,现在依然如此。这也决定了英国人永远不可能成为空客总裁甚至分公司总经理,而永远最多只可能成为副职。

但欧洲战斗机2.0是不同的问题。英国政府从一开始就在牌桌上没有位置,英国公司连进门的机会都难以取得。作为“特别邀请”的可能性总是有的,那只有在英国决定性地领先而法国、德国拿不下来的领域才有这个可能。发动机是最大的可能,但如果走到那一步,难说到底是会向英国求援,还是直接到美国买F135。普拉特-惠特尼有足够的技术能力为欧洲战斗机2.0的要求进行优化,包括超巡。普拉特-惠特尼已经提出F135发动机的升级路线图,对关键热工参数进行了强化和优化,第一阶段要求在2020年达到降低油耗6%和增加推力10%的目标,关键技术已经通过台架试验;第二阶段计划采用在美国空军的三涵道发动机项目AETD/AETP中研发的新技术,有望降低油耗20%和增加推力15%。如果欧洲战斗机2.0最后采用F135大改,这是良好的起点。


欧洲战斗机2.0需要推力转向的话,也不在话下,这对普拉特-惠特尼是成熟技术,F-22上装用的F119已经使用二维推力转向20年了。F135没有推力转向是因为F-35在设计上就没有这样的要求。坊间常有轴对称的三维推力转向比二维推力转向更加先进的说法,这是误解。通用电气在90年代初就通过F-16  VISTA项目试验过轴对称的三维推力转向,没有理由认为普拉特-惠特尼不能掌握类似的技术。

F-119测试推力转向

矩形的二维推力转向喷口对雷达和红外的隐身效果都更好,但工艺要求高、重量大。三维推力转向在实用中基本上都是当作二维使用的,因为喷口横向偏转不是使得飞机急转弯的有效方法,那只能使飞机拧着脖子侧滑,而很少改变向前的基本飞行轨迹。急转弯要靠横滚到几乎侧立后再拉足迎角(好比在水平方向上“爬升”),用强大的机翼升力产生巨大的横向力,这样才可能做到急转弯。“拉出9g盘旋”的含义实际上是产生接近9倍机体重量的横向“升力”,这是把发动机横过来推动都做不到的。因此,“只能”上下运动的二维推力转向实际上就够用了。

当然,最可能的还是斯奈克玛从M88更进一步,研发新一代战斗机发动机。现在还没有斯奈克玛在三涵道方面的报道,估计还会是高性能涡扇,很有可能就直接是M88的深度大改。M88投入使用已经20多年了,但“阵风”销售不畅,所以发动机改进也缺乏动力。欧洲战斗机2.0可能成为必要的动力,促使M88跃进一下。德国MTU和意大利菲亚特可能加入合作。但斯奈克玛不仅核心发动机技术落后与通用电气、普拉特-惠特尼和罗尔斯-罗伊斯半拍,也在推力转向方面缺乏实践。通用电气和普拉特-惠特尼拉不动,最理想的还是把罗尔斯-罗伊斯拉进来,但法国对技术独立的坚持和英国脱欧的影响不容低估。

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航展上展出的M88-2发动机

“欧英合作”在运作上有诸多具体困难。欧盟内部没有国界限制,任何人、技术、产品都可以自由流动,军品出口受到欧盟的统一节制。但在欧盟和英国之间,可能出现工作签证、出口许可、关税之类的事情。空客现在就可能面临这样的问题。空客在英国有两个工厂,主要制造机翼,雇佣了1万多人。英国脱欧后,空客人员的内部流动就变成跨国流动了,零部件的制造、运输都成为国际业务,如果没有特殊安排,英国制造的机翼和罗尔斯-罗伊斯发动机都要加关税,那空客相比于波音的竞争力就要受损。空客已经在威胁,脱欧后的英国必须继续人员和物资的自由流动,否则这两个工厂只能搬家,欧盟内不缺愿意接收这两个工厂的地方。

如果欧洲战斗机2.0成为法、德、西(可能会包括意)合作的项目,而英国被排除在外,法国作为欧洲航空科技中心的地位就保住了,而英国就会艰难得多,可能面临60年代之后最黑暗的时代。在过去20年里,英国宇航通过在美国的业务保持了继续发展。事实上,英国宇航在美国得到特殊礼遇,是作为美国公司对待的。但时代不同了,美国军事航空三巨头自己也在抢米下锅,英国宇航作为“亲戚家的孩子”还能分得多少羹,就不好说了。最低限度,英国的战斗机设计和制造能力有可能在“台风”生产完成时划上句号,与土耳其、日本合作设计的隐身战斗机只是画饼充饥。

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罗·罗的Trent系列发动机几乎安装在所有的民航机型上,图为Trent1000

罗尔斯-罗伊斯在民航发动机方面依然是世界三巨头之一,地位远超法国斯奈克玛。但过去10年里,世界民航发动机形成新趋势:在大推力涡扇方面,通用电气与波音捆绑,罗尔斯-罗伊斯与空客捆绑,普拉特-惠特尼退出这个市场;在中等推力方面,通用电气-赛峰合作的CFM与普拉特-惠特尼主导的IAE及独家的PW1000G齿轮驱动涡扇平分江山,但罗尔斯-罗伊斯退出这个市场。如果罗尔斯-罗伊斯与空客的合作出现隔阂,在战斗机发动机这里又断了生路,那前景可真是暗淡了。

飞机是在美国发明的,但欧洲才是战斗机的发源地。由于美国航空工业的恶性内斗,美国竟然无法提供战斗机,一战美军登上欧陆的时候,只有购买英国和法国的战斗机参战。由于法国对独立自主的偏执,“阵风”差点成为法国的军事航空工业的绞索,欧洲战斗机2.0会成为久违的强心针吗?另一方面,60年代的英国工党政府由于国力和工业政策的缘故,把英国航空工业砍得七零八落,壮汉从此成了瘦猴。欧洲战斗机2.0可能成为最后击落英国航空工业的罪魁祸首吗?只有时间才知道。


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