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晨枫:韩国隐身战斗机KF-X的功与过
送交者:  2018年07月07日00:46:40 于 [世界游戏论坛] 发送悄悄话


2018-07-05 12:40:50字号:A- A A+来源:观察者网
关键字:KF-X韩国战斗机韩国自制战斗机

【文/观察者网专栏作者 晨枫】

据报道,韩国在6月29日宣布,KF-X战斗机的初步设计通过评审,预计2019年底前开始制造原型机。韩国还公布了清晰的电脑效果图,显示出酷似F-22缩小版的基本气动布局。一波三折的KF-X或许要成为现实了。

政治账和经济账

一般认为,KF-X 计划是2016年启动的,实际上要早得多。还在2001年,金大中就在韩国空军学院宣布,韩国要研制下一代战斗机,用于取代F-16。在2010年,韩国与印度尼西亚宣布,将联合研制下一代战斗机,土耳其也一度有意加入KF-X计划。面对朝鲜日益严峻的导弹、核武器威胁,韩国相继购入F-15K和F-35,但依然不放弃自研下一代战斗机的计划。在多年预研后,最终正式启动KF-X计划。

在预研中,韩国研究过单发、双发、正常、鸭式、单垂尾、双垂尾布局,国防研发局(简称ADD)与韩国航空工业(简称KAI)分别提交方案。ADD的方案比较激进,倾向于双发、武器全内载,但武器挂载要求后来放宽到一期外挂,二期再考虑内载;KAI的方案比较保守,倾向于单发、武器外挂。最后的方案似乎是偏向ADD,但KAI依然是制造方的总承包商:双发、双垂尾、武器半保形外挂。这是有意思的选择,既有无奈,也很现实。

KAI想要个这样的

DAA想要这样的

韩国试图建立强大的航空工业由来已久。在90年代,中国在与美国麦道合作制造MD90项目结束后,试图研制新型支线客机,想拉上韩国联合研发、联合制造,不仅分担风险,而且有利于通过韩国接触西方先进技术。但韩国坚持要主导技术领导权,并坚持把总装线设置在韩国,最后谈不拢,只好作罢。多年来,韩国航空工业小步快跑,引进组装欧洲BK117和BO-105轻型直升机、美国F-16战斗机,升级美国P-3CK海上巡逻机、C-130运输机、波音737预警机和英国“大山猫”直升机。

最重要的是,韩国自主研制成功KT-1“雄蜂”涡桨教练机、T-50“金鹰”高级教练机(包括由此改型的FA-50战斗机)、KC-100四座通用飞机和KUH-1中型通用直升机。自主研制当然是比较慷慨的说法,这些项目大多依靠美欧的技术支持,并大量采用直接引进的关键系统(如发动机、飞控等)。但韩国的雄心直指代表航空科技最前沿的先进重型战斗机。F/A-50是从T-50教练机穿靴戴帽而来的,不够刺激,韩国要研制KF-X。

TA-50远不是一种主力战斗机

韩国空军现有约450架战斗机,其中包括60架F-15K、118架F-16和60架FA-50。F-15K是由F-15E发展而来的双用途双座重型战斗机,预计将使用到至少2040年。FA-50则主要替代部分F-5,用于轻型攻击。韩国已经订购40架F-35A,用于替换F-4E和F-5E/F。加上寿命即将到期的F-16,至少需要350架下一代战斗机。按照2014年的估计,全部用F-35A替换不仅采购费用可能超过450亿美元,30年使用费用更是可能超过1200亿美元。

自研战斗机的初始投资大,但不仅提气、高大上,还形成新的增长点,更可降低长期使用费用。在韩国,现代索纳塔的保养费用只有本田雅阁(进口美国版)的1/4。同理,韩国自研KF-X的使用费用即使不至于只有F-35A的1/4,但依然将显著下降,而且惠及韩国的航空工业,而不是长期贡献给美国。这就是KF-X的主要研制动力。

买F-35是最简单的,但韩国人还有点别的想法

韩国已经订购F-35A。这难说是根据战略战术需要,还是出于与日本的竞争。但即使不考虑成本问题,单发的F-35A对韩国亦非理想,韩国青睐双发战斗机。朝鲜的空中威胁不大,韩国现有作战飞机已经具有压倒性的空中优势。但韩国山地众多,缺乏备降机场,双发战斗机的高可靠性更加适合韩国需求。

另外,韩国的雄心并不止于朝鲜半岛,韩国单方面划定的防空识别区与中日高度重叠,向南一直延伸到上海的外海,也需要双发战斗机的航程和可靠性才能保证有效控制。F-15K正是在这样的背景下被选中的。与美国空军F-15E专注于空地作战不同,韩国F-15K是用作制空主力的。在引进组装F-16之前,双发的F-18实际上赢得投标,只是由于成本和贿赂的问题而被除名,这才有了单发的F-16的入选。

另一个不言的动力来自外部。中国不仅装备了歼-20,还推出面向外销的“鹘鹰”。日本一直在折腾不死不活的F-3,但毕竟“心神”已经试飞了一圈。韩国要是在隐身战斗机方面一无建树,以后真是出门都没法打招呼了。

从KF-X的这个方案中,可以看出歼-20对韩国的冲击

技术关和交情关

但是战斗机世界的准入门槛很高,隐身战斗机的准入门槛更高。

韩国在订购F-35A的时候,满心希望以此获得洛克希德的合作,将韩国带过门槛,但遇到重重困难。美国对于顶级军事技术严防死守,拒绝出口对KF-X很关键的主动电扫雷达、红外光电和电子对抗技术;洛克希德也对打造F-35的潜在竞争对手缺乏热情。无奈之下,韩国转向欧洲,可是欧洲并没有成熟的隐身战斗机技术,自费帮助别人练手并非韩国的用意。

光电系统是F-35的看家本领之一

更大的问题在于,隐身战斗机的关键在于武器全内载,这导致了体积、重量、发动机推力等水涨船高的一系列问题,缺乏航空科技积淀的韩国要直接攻关,难度可比大一普通物理刚考及格就要直接挑战冷聚变问题。

KF-X的动力定位在220kN级,单发只有增推型F135可能达到,但这是天上的馅饼,不可能的。美国愿意提供通用电气F414涡扇发动机,双发几乎可以达到220kN的要求。动力决定性能,这划定了KF-X可能达到的性能范围。

韩国获得的是主流的F414-400,军推57.8kN,加力推力97.9kN,推重比9:1。KF-X的起飞重量和主要战术数据没有公布,已知现定设计长度16.8米,翼展11.2米,高度4.8米,最大速度1.97马赫。对比F-18E,长度18.3米,翼展13.6米,高度4.88米,最大速度1.6马赫。可见KF-X比F-18E要短小,但速度要求更高。

F414也是“超级大黄蜂”的动力

波音F-18E使用两台F414-400,空重14550公斤,正常起飞重21320公斤,最大起飞重29940公斤,机内燃油量6780公斤,典型防空截击任务时作战半径约720公里。F-18E为舰载要求而优化,结构加强,翼展加大,机翼采用中等偏小的后掠角。KF-X没有上舰要求,在气动方面可以不用多考虑低空低速而向减阻方向优化,在结构方面更是有减重余地,但大航程决定了机内燃油量不能少。

最后平衡下来,估计KF-X可能比F-18E略轻,但差别不会太大。比照沈飞“鹘鹰”,长度17.3米,翼展11.5米,高度4.8米,与KF-X颇为相近,最大起飞重量达到28000公斤,很接近F-18E了。事实上,除了武器还是半保形外挂外,KF-X最终可能会在各方面十分接近“鹘鹰”。但KF-X更加有意义的比照还是F-18E。

F-18E的基本设计来自F-18经典型,这是波音(更加准确地说是麦道)在保持机动性的情况下大幅度增加航程的结果,采用了一些局部隐身的措施,但这充其量只是半隐身战斗机,除了航炮,所有武器都是外挂的。战斗机的航程与机内燃油系数具有很高的正相关,雷达和航电的重量有一定的范围,而韩国不可能接受飞行性能、武器与航电能力低于F-18E的KF-X,这决定了KF-X不可能考虑武器内载问题。

除了做不到隐身和超巡,F-18E其实是很不错的战斗机,难怪美国海军在采购F-35C的同时,继续采购F-18E。但F414也限制了KF-X的隐身和超巡。KF-X的武器不能内载,只能半保形外挂,在全空战配置下隐身会比F-18E好一点,飞行阻力也小一点。但超巡不仅要推力,还需要推力转向,这很吃推力。KF-X的气动外形减阻比F-18E做的好,但依然难以忍受任何推力损失。通用电气推出F-414EPE,加力推力可达120kN,推重比达到11:1,技术水平相当于F119和F135,KF-X未来采用的话,倒是有可能增加推力转向,达到低度超巡。

KF-X的气动外形几乎是F-22的翻版。在90年代,F-22的气动设计绝对惊艳,但二十多年后的现在就只能说还不错了。就现在发布的电脑效果图来看,KF-X气动设计水平比F-22一点都没有提高。

从这个角度看过去完全就是个F-22,就是翼下挂载有点违和

可有效控制二维激波形状的加莱特进气口是对正激波皮托管进气口的进步,但附面层分离隔道不仅增加阻力,也是雷达反射集中区。F-35、歼-20、“鹘鹰”的DSI进气口更加先进,与加莱特的差别好比F-22对F-117在隐身设计上的差别。歼-20据说还采用了可调DSI的黑科技,大幅度增加了有效工作范围。俄罗斯苏-57的进气口有点像加莱特,但激波控制的机理又不是加莱特,最重要的是增加了可调边条,不仅可以起鸭翼的作用,可能还能控制进气道预压缩和激波位置与形状。KF-X还是基本的加莱特进气口。

外倾双垂尾不仅增加气动控制能力,也是侧向隐身的需要。但苏-57和歼-20都采用小面积全动双垂尾了,KF-X还在使用古老的大面积固定双垂尾加后缘舵面,不仅增加重量和阻力,也不利于隐身。

在电脑效果图上,KF-X还在采用带后缘前掠的简单截梢三角翼。YF-22和“鹘鹰”也是,但在工程研发阶段,F-22不仅增加了翼展和翼面积,还对翼尖后缘做了切角处理,改善翼尖绕流情况,“鹘鹰2.0”也是一样。“鹘鹰2.0”对双垂尾也做了类似的后缘切角。KF-X在有那么多先例的情况下,依然没有做这样的细化设计,也许这只是电脑效果图阶段简化的结果。

但气动设计反映的还不是ADD和KAI的KF-X设计最谨慎的一面,半保形外挂才是。武器内载是隐身战斗机的一道坎,F-35的苦难有一半是来自这上面的折腾。KF-X用两台F414是可以达到“鹘鹰”的水平的,但限制也是显而易见的。用半保形外挂则放下了这个负担,KF-X的设计相当于对气动外形进行深度隐身修形的第三代双发战斗机,这门槛就低多了。

F-4“鬼怪”可以利用半保形挂架携带“麻雀”

半保形外挂也称半埋外挂,这不是新生事物,F-4“鬼怪”式就有机腹半保形携带AIM-7“麻雀”空空导弹的能力,F-15也是一样。英国更是对半保形外挂情有独钟,“狂风”、“台风”都以半保形外挂作为中程空空导弹的主要挂载方式。与翼下外挂相比,半保形外挂的阻力、雷达反射特征、机体的横滚惯量都减小。但半保形外挂要在机体表面为武器留出一个浅凹腔,对武器与凹腔的尺寸匹配要求较高。武器太大当然不行,太小的话,匹配不密切,造成额外的表面凹凸,导致额外的阻力和雷达反射特征。

半保形外挂一般用于发射后锁定的中程空空导弹,所以半保形造成对导引头视界的限制不是问题。近程空空导弹需要发射前锁定,F-22和歼-20为此大费周章,F-35索性翼下外挂,KF-X也不照此办理。

但不管怎么说,采用半保形外挂的KF-X达不到真正的隐身,可是比F-18E的半隐身还是要强一点,或许可算3/4隐身或者准隐身。也就是说,除了F -22、F -35、歼-20、“鹘鹰”,可能也除了苏-57,KF-X的隐身性能强于所有已知的战斗机,作为韩国战斗机研发的第一次尝试,这已经是不错的起点了。

除了与真正的隐身战斗机正面对抗,KF-X这样的准隐身对于典型空战已经“够用”。与空战性能欠缺的F-35对抗或许也不吃亏。采用适当的适配装置的话,小直径炸弹也有可能半保形外挂。实际上已经是整个弹药都突出在机体表面之外了,但还是紧贴吊挂。阻力和不利气动交互作用会更显著,但还是可以克服的。这样,KF-X还具有一定的准隐身空地攻击能力。

对于重型的空地攻击弹药和副油箱,KF-X则彻底放下包袱,直接在翼下挂载了。

隐身只是战斗机性能中的一个方面,KF-X为了保证基本飞行性能、降低技术风险,确保空战性能、降低空地要求,而降低隐身要求,这是实事求是的做法。在此基础上,有希望在对机体更动不大的情况下,增加保形茧盖,使得原来半保形的外挂空空导弹内载化,不过直径更大的小直径炸弹就不大好办了。有得必有失。

应用保型茧盖的成功案例是F-15SE“沉默鹰”

除了美国提供的F414发动机,KF-X将采用以色列的雷达(有可能基于埃尔塔EL/M2052)、英国“流星”中程空空导弹、德国IRIS近程空空导弹,如果美国批准,还可能整合AIM-120中程空空导弹和AIM-9X近程空空导弹。美国军控对于雷达、导弹等控制严格,但对于发动机、航空特设等较松。KF-X绕开美国雷达,在武器方面可以美欧混用,增加了出口潜力。KF-X还将采用大量直接来自欧美的关键系统,如美国联合技术的环控系统、英国科巴姆的制氧、导弹挂架和弹射系统、通信-导航-识别系统、副油箱和翼下挂架、英国麦基特的刹车等。

在某种程度上,KF-X可以看作“天下文章一大抄”,达不到打造韩国制造的目的,只能做到韩国组装。再完美的KF-X依然高度依赖来自欧美的供应链,包括发动机、雷达、通信、航空特设等关键系统。但不应该以此否定KF-X的作用。从战术技术要求、气动和结构方案、计算机和风洞试验、分系统技术要求和整合要求,到系统整合、综合测试、打通生产线、建立技术服务保障系统,这使得韩国在体系层次上建立起航空工业。诚然,还有很多缺门,但体系的框架建立起来了。架子正了,造房子就有戏了。

当然,从架子到房子,这中间还有很长的路。这条路中国走得很辛苦,但现在快要走到头了。韩国的情况与中国不一样,既有国际合作的便利,又容易形成对国际合作的依赖,这条路到底能走到哪里,就看韩国的造化了。更要看韩国的钱袋子,打造完整的科研和制造体系是很费钱的。

印度和土耳其也在研制隐身战斗机,在战术技术要求和国际合作路线方面各有异同,韩国的实事求是路线值得他们借鉴。事实上,这对中巴合作的“枭龙”的改进升级也是一个借鉴,隐身化修形、半保形外挂的“枭龙”大有可为。


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  晨枫:韩国隐身战斗机KF-X的功与过 - yu98hj65 07/09/18 (0)
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