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也談中國成飛六代機
送交者:  2025年01月08日05:51:51 於 [世界時事論壇] 發送悄悄話

人工智能學家

2024年12月26日是一個標誌性的日子。在這一天裡中國的第六代戰鬥機分別首飛成功。中國的戰鬥機研製走過從落後到追趕,從追趕實現跨越的一個完整的逆襲之路。長期以來,美國空軍的戰鬥機一直都是天空中的霸主,全世界各代最先進的戰鬥機,最先進的空戰理論總是美國人第一個提出,第一個實現,從而為各國戰鬥機研發提供一個標準,是各國戰鬥機的追趕目標。而美國依仗其強大的空中優勢,從而維持其全球霸主地位。中國第六代戰鬥機的出現打破了這一局面,天空中飛翔的最先進的戰鬥機從此不再是美國的戰鬥機了,隨着時間推移必將對以後的世界格局產生深遠的變化。

何謂六代機


戰鬥機的劃代似乎從來沒有全世界統一的標準,航空時代的前50年的戰鬥機沒有“代”的劃分和概念。進入到噴氣戰鬥機時代後,由於戰機性能和作戰效能的巨大差異逐漸產生劃代的概念。但是關於“代”的劃分各國尚存在一定的分歧,也沒有統一的標準,於是就有了美國的舊四代、新五代說,俄羅斯的五代說和中國的四代說。目前越來越多人接受的是五代說,由此中國新型戰鬥機首飛,就冠以六代機的稱謂了。六總比五大,聽起來也更威武一點。


戰鬥機劃代的依據是什麼呢?無論俄羅斯五代說,美國的舊四代說、新五代說和中國的四代說都是在長期的戰鬥機研製工作的實踐中逐漸形成的概念,每一代的戰鬥機都產生於現實作戰需求與當時最先進技術的有機結合,跨代發展更是需求牽引和技術推動的共同結果,作戰需求牽引着技術進步,技術進步作用於作戰效能提升。因此,“代”的劃分以能力和技術兩大類要素為標誌。總體上來說,下一代戰鬥機較上一代戰鬥機能夠體現作戰效能的躍升。中美俄及世界各主要空中戰鬥機大國均是大抵如此一個發展歷程。


前四代或者說前五代戰機的劃分通常很容易理解:


第一代戰鬥機是 20 世紀四五十年代服役,採用渦輪噴氣發動機的亞音速戰鬥機,即使能夠超音速,也只能短時間超音速。其氣動設計與末期活塞式戰鬥機差異不大,通常採用單發或雙發布局。在武器裝備方面,主要依靠光學瞄具進行瞄準,平直翼設計使其在飛行性能上十分有限。升限、加速性、爬升率都很低下,武器系統和機載電子設備也很簡單。主要武器裝備是機炮,近戰格鬥是家常便飯。典型機型有蘇聯的米格 15 戰鬥機,美國的 F -86 戰鬥機,瑞典薩博 29 戰鬥機等。

第二代是有限超音速戰鬥機,跨聲速面積律、大後掠/三角翼布局、薄翼型、加力渦噴發動機等一系列技術的突破,可以靠紅外近距格鬥導彈進行空戰,開火距離約10公里。速度首次超過音速,並且非常重視速度,認為速度越快戰鬥機越強,最大速度可以達到兩倍音速以上。這代戰鬥機配備了第二代噴氣式發動機,擁有雷達瞄準器和後掠翼,同時還採用了可調安定面早期的液壓控制系統。航電比較簡單,只能執行單一任務,以制導導彈為主要作戰武器,比如 AIM -9、AIM -7 型導彈等。代表機型有蘇聯的米格 21 戰鬥機、蘇 15 戰鬥機,英國的閃電戰鬥機,美國的 F105 戰鬥機,中國殲7戰鬥機等。

第三代戰鬥機為有限任務能力的超音速戰鬥機,適合超音速飛行的氣動設計、具有雷達和火控系統,具備夜間全天候作戰能力,開火距離提升到20公里以上。典型的如美國的F-14、中國的殲-8II,蘇聯的米格23等等。

第四代戰鬥機是多用途超音速戰鬥機,由於混合流型布局(邊條、鴨翼)、加力渦扇發動機、電傳飛控、綜合化航電等技術的應用,具備更高的機動和格鬥性能,開火距離可達近百公里。典型的如美國的F-15、蘇聯的蘇-27,中國的殲10等等。

第五代戰鬥機則達到了4S標準(隱身、超音速巡航、超機動性、超態勢感知)。典型的如美國的F-22、俄羅斯的蘇 57 戰鬥機、中國的殲-20等等。

俄美5代說主要分歧在三代機認定上。從米格23劃代開始,雙方出現了分岐。但是這次都是次要的問題,戰鬥機劃代的意義會對各國的軍事戰略制定產生了深遠影響。不同代際的戰機在作戰半徑、載彈量、隱身性能等方面的差異,直接影響着各國在軍事戰略上的選擇和空戰體系的構建。另外“代”的劃分,也會對戰鬥機研製產生深遠影響,物理是有界限的,飛行包線也是存在上限的,制約因素貫穿於戰鬥機研製的整個過程,在某些技術特徵一旦固化在飛機平台上,與飛機的布局、結構等融合在一起,便無法遷移到前一代飛機。如三代機不具備高升力布局和高推重比動力,便無法實現高機動格鬥能力;四代機不具備隱身外形和內埋武器艙,便不能實現隱身,這些是固化不可遷移的技術特徵。同時歷史上各代戰鬥機間的作戰效能躍升程度不盡相同,屬於同一代的不同戰鬥機間的作戰效能也會有較大差異,甚至一個型號的戰鬥機各批次間的作戰效能可以有根本性的變化。

六代機劃分的困惑


前五代機劃分是以能力和技術作為標準,強調的是單機性能和作戰效能的提升,但是這個標準套用到六代機上,似乎不太適用了。


20世紀80年代以來,“空中優勢”思想一直是西方國家空中作戰的理論基礎。但是隨着時間推移,美國的潛在對手憑藉新型航空裝備、武器及低可探測技術,已經構建起難以突破的一體化防空系統。第四代和第五代航空系統已無法為西方國家軍隊提供“空中優勢”保障。為確保其航空裝備領先地位,美國第六代軍用航空系統的研發工作始於2010年代初。美國空軍和海軍擔憂其戰鬥機的作戰能力下降,希望2025-2030年獲得可以替換F-15C和F-18E/F/G,以及補齊F-22和F-35C能力短板的新飛機。最初,第六代軍用航空系統只是被視為F-22和F-35C的強化版隨後,波音、諾.格、洛.馬3家公司分別拋出了投石問路的“F-X”方案。期間,針對所謂第六代戰鬥機的特徵展開了一系列討論 :是高超聲速的嗎?隱身性能如何?能夠搭載定向能武器嗎?升限是多少?是有人駕駛的嗎?最後,美國空軍發現論證的結果並不如人意。因為單機性能的繼續提升無法確保美國維持其空中優勢地位。2016年,美國空軍“空中優勢2030”研究團隊向高層建議:摒棄有關“第六代”戰鬥機特徵的討論,而將重點放在如何定義穿透性制空(PCA)的能力上來。甚至不刻意區分是B-轟炸機、A-攻擊機、F-戰鬥機或MQ-無人機,並使用“能力簇”“系統簇”進行描述。同年5月美國空軍參謀長批准了《空中優勢2030飛行計劃》 ,明確了美國2030+破解“反介入/區域拒止”(A2/AD)能力的建設目標,一是以系統簇為標誌,體系化向任務級延伸,戰鬥機單一平台的發展模式面臨終結。二是以分布式結構和集群化運用為標誌,無人機已經擺脫了有人機“無人化”的發展模式,為戰鬥機發展增添了新的選擇。特別是“忠誠僚機”、“空中航母”等一系列創新性裝備概念和作戰概念不斷湧現,簡單沿襲有人機使用模式的局面已經打破,空中戰爭的“革命性”變化呼之欲出。三是以“金帳汗國”項目為標誌,機載武器集群使用與自主協同成為可能。2019年,美國空軍啟動了“金帳汗國”項目,意圖就是探索並驗證利用智能網絡,改造現役制導彈藥,實現彈藥集群與協同作戰的可能性。研究表明,通過協同,機載彈藥的打擊效能有望提高2-3倍。


2020年9月,美國空軍成功試飛了全尺寸演示驗證原型機,項目進入了技術驗證階段,2022年6月,美國空軍宣布項目進入工程與製造開發階段。項目的目標就是要在2030年代搞出一款比五代機還要先進的新型跨代戰鬥機,以應對不斷變化的全球軍事態勢和潛在對手的挑戰,維持其空中力量的領先地位。


時間到了2024年7月,由於NGAD計劃面臨的主要問題和矛盾十分突出,導致空軍緊急叫停項目並重新對其進行審查評估。一是項目超支越來越嚴重,導致現階段單價越來越攀升,這其實也和後面講到的第三點有關——作戰需求變來變去,導致單價水漲船高。二是技術風險挑戰嚴峻。要達到那麼高的性能指標,可不是那麼容易的事兒,裡面有好多技術難題。比如說新型自適應變循環發動機研發起來困難重重,全向全頻譜隱身技術實現起來也很複雜,還要集成激光等定向能武器。這些技術難題要是解決不好,項目進度就得延遲,成本還得增加,甚至飛機的性能都得受影響。三是作戰需求不確定。美國人認為潛在對手的能力一直在提升,作戰環境也在不停地變化,特別是中俄等國家軍事技術方面的進步,令美軍對NGAD的作戰需求也跟着變來變去。這項目剛啟動的時候想的挺好,可後來威脅認知變了,作戰概念也跟着改,這就導致飛機的設計、性能指標、武器裝備這些方面都得不停地修改,進一步增加了項目的不確定性。當然還有其他因素的影響,比如俄烏戰爭帶來的無人機技術迅猛發展。


在NGAD的研發過程中,美國空軍提出了一系統新型制空理論與概念。2016年,美國空軍提出了“穿透型制空”概念,以此為牽引,“系統簇”概念逐步清晰,包括穿透型制空戰鬥機、穿透型電子戰飛機、穿透型轟炸機、武庫機以及配套彈藥等。“穿透性制空”作戰概念以穿透強對抗防區進行縱深打擊和肅清空域,從而奪取空中優勢為主要目的,是美國針對中俄量身定製的新型作戰概念。“穿透性制空”作戰概念核心制勝機理是“隱身穿透、直擊重心、以敏制鈍、由內向外”。依託隱身、電子戰等能力,穿透性制空作戰編組通過穿透防禦、直抵縱深大規模快速打擊戰略和戰役重心目標,然後由內向外直接或引導攻擊,在戰爭初期就快速壓制或清除對手核心作戰能力,為大規模介入和自由行動提供關鍵保證。其實就是美國空軍在海灣戰爭中的“踹門”戰術進一步升級版本。畢竟消滅敵方空軍的最佳方法是將敵方的空軍消滅在機場上。


馬賽克戰,為應對戰爭形態轉變帶來的挑戰,美軍的作戰概念創新不斷加速。2017年,美軍提出“馬賽克戰”概念。“馬賽克戰”作為“決策中心戰”的一種作戰模式,其基本理念是以決策為中心,將各種作戰功能要素打散,利用自組織網絡將其構建成一張高度分散、靈活機動、動態組合、自主協同的“殺傷網”,進而取得體系對抗的優勢。


分布式作戰,2016年7月,美國空軍大學何蒂斯.李梅條令開發與教育中心發布了分布式作戰的概念 ,提出:分布式作戰是指獨立或相互依存的部隊(可在聯合作戰區域之外)協同參與作戰計劃和/或作戰決策實施過程,最終完成指揮官下達的作戰任務及其目標。分布式作戰理論的關鍵特徵在於:作戰單位的空間分布、作戰單位的自主決策、協作完成上級任務等。


通過梳理以上美國空軍NGAD的研製歷程,我們其實不難發現美國空軍的根本目的是為了保持其空中優勢,當以前單一戰鬥機發展模式無法提供這種碾壓式的代際優勢後,美國空軍企圖利用最新的空戰體系理論打造出未來新一代的制空體系,從而繼續維持其空中優勢地位。而六代機則是專門為適應未來新一代的制空體系而研發的未來戰鬥機,是屬於這種全新的制空體系的一個關鍵性骨幹平台。正如美國空軍副參謀長斯利夫上將在NGAD噴氣戰鬥機項目暫停後所言:“這樣一來,您將獲得兩種不同的答案,如果這樣表述問題:‘我們表現如何—— 衝突條件下如何獲得空中優勢?’這是提問的方式之一。也可以按其他方式提問:‘我們如何研製第六代有人戰鬥機平台?’空軍部長助理亨特:“下一步我們的方法在於,把飛機作為武裝力量總體的一部分,對吧?這樣一來,空中優勢將不是由某個單獨的平台來保證。這涉及所有武裝力量,我們清楚,在武裝力量中有很多,將在近幾十年一直保留。我們有F-35戰鬥機,F-15EX,F-22。因此,只需確定,為了補充上述我們經常存在的能力應該發揮什麼作用,以確保完全發揮絕對安全所需的潛力”。斯利夫和亨特在發言中強調,空軍計劃應重視滿足任務基本要求的方式,而不是滿足上述需求的具體平台。這耐人尋味,即這兩位說的已經不是飛機,而是遂行戰鬥任務的方式。引用他們的話:“我們傾向於使用首字母。你們清楚,我指的是,我們的飛機可以做什麼,字母C開頭的飛機運輸物資。以字母B打頭的飛機呢?投擲炸彈。因為所有以字母B開頭的—— 是轟炸機。但你們知道嗎,我們的空軍從C-17的後部發射巡航導彈(在所謂‘快龍’計劃框架內),從B-24的彈倉空投人員(二戰時)等等,我甚至不清楚,這究竟是貨機,轟炸機還是戰鬥機?”的確,六代機要解決的問題不在於,用什麼,什麼飛機,而在於—— 如何完成作戰任務、作為什麼用。如同哲學思考的人生三問一樣,正常順序是:我是誰?我從哪裡來?我將去向何方?六代機研發的思維方式更改為:我將去向何方?我從哪裡來?我是誰?


至此,我們已經大體了解何謂六代機,所謂的六代機其實就是以未來制空理論為指導所打造的新一代制空體系的有機組成部分,而不是作為一個單獨的飛機平台存在,戰鬥機的研製模式已經徹底地告別以前的研發模式,同時也打破了以往戰鬥機的使用模式,六代機要真正發揮作用必須依賴於體系的存在,脫離了體系談六代機就是耍流氓。六代機強調體系作戰。比如它設計為主戰機搭配無人僚機,注重整體體系的協同作戰優勢。專注於完成作戰任務的能力。這個是與以往戰鬥機研製最大的不同。打個比方,如同移動通信領域一樣,從1G時代模擬信號到2G數字調製再到3G引入了視頻通話,移動互聯,在線視頻等,4G包括基於IP語言通話的VoIP,3D電視,視頻會議,高清移動電視,遊戲和雲計算。5G智慧城市,大量傳感器的應用,智能駕駛,遠程醫療的應用。手機也從最初的模擬手機轉變為數字手機,智能手機,衛星手機等等,而目前正在研發6G通訊,6G手機。六代機,其實我們可以理解為就是戰鬥機領域中“6G手機”。


美國在六代機研發過程中的問題和思考,其實對於中國空軍也一樣,如何打贏未來的高科技空中戰爭,難題與壓力同樣來到了中國有關方面。在前方沒有任何參照和標準的前提,依靠70多年來積累的工業基礎,厚積薄發,率先研製出第六代戰鬥機。


鑑於網絡上關於沈飛六代機的視頻和圖片過於稀少,形態也模糊不清,這裡主要聊聊成飛六代機,從中管窺六代機的幾個特點。


成飛六代機給人第一個印象是“大”。從伴飛的殲-20S戰鬥機與成飛六代機的對比來看,首先外形輪廓要明顯大一圈。具體大多少,目前沒有準確數據可以引用,殲-20S戰鬥機已經是典型的重型五代機,六代機還要比它大上不少,這說明了什麼?


一,事物的發展總是一個從簡單到複雜,從低級到高級的一個過程,六代機為了裝下越來越多的機載設備,其中包括航電系統、飛控系統、機電系統和任務系統。飛機機載系統功能越呈指數級增長,各種電子元器件和各種傳感器數量也急劇增多,為了容納越來越多越來越複雜的機載設備,機體必須往大里造。大有大的好處,例如能容納更大尺寸的有源相控陣雷達等設備。


二,大機體的好處還有就是增加武器彈艙的尺寸。武器彈倉的尺寸和容積大小,直接決定掛載武器的數量、種類。機體掛載的武器決定了戰鬥機火力強大與否。一代機配一代導彈,在空戰體系3.0時代,OODA閉環時間差的制勝準則依然發揮着主導作用。OODA閉環簡單來說就是先敵發現,先敵開火,先敵擊中,先敵脫離,由此可見,將來的空戰強調的仍然是中遠距交戰,超視距交戰,不給敵機有進入格鬥機會。未來的空空,空地導彈有進一步大型化複雜化的趨勢,過小的彈倉設計有可能無法容納新一代導彈。而大彈倉設計甚至能容納多架無人僚機。


三,大機體是實現遠航久航的能力的必要條件。美國的NGAD計劃要求的是一架具有太平洋射程的戰鬥機,中國空軍有突破第二島鏈封鎖,前出關島以及保衛南海的需求,中美不約而同對六代機有遠航能力的要求。而以往美國戰鬥機航程需求是面向歐洲大陸。因此六代機都把8000Km以上航程,2500+Km作戰半徑作為設計指標之一。大航程和大作戰半徑必須裝載足夠的燃油才達到目標,而大機體成為必然的選擇。足夠的飛機燃油不但帶來大航程和大作戰半徑,同時還會大大增加飛機在作戰區域的滯空時間,有更多的時間來選擇戰術方式,判明敵情,發射武器。美國諾斯羅普公司曾有論文稱要做到2000km作戰半徑,而且還要求2馬赫速度的話,飛機的最大起飛重量要接近50噸。聊到這裡,我們似乎得出一個有趣的結論:五代機無輕型,六代機無中型。現役五代機中,俄羅斯的蘇57戰鬥機,中國的殲-20、殲-35A戰鬥機,美國的F-22、F-35系列戰鬥機,沒有一款是輕型機,即便是目前俄羅斯在研的前途未卜的蘇75戰鬥機也是屬於中型機範疇,從FC-31到殲-35A的發展歷程看,戰鬥機的外型尺寸和空重一直在增大。殘酷的俄烏戰爭經驗表明,即使是己方嚴密布防的前線的機場,依然是避免不了對方的遠程火力覆蓋和無人機的襲擊,而天生“腿”短,必須靠近前沿部署的輕型戰鬥機越來越不適應戰場環境。戰鬥機只有布署在縱深機場才能獲得一定的安全性。遠航久航能力成了空軍的普遍要求。而在六代機身上,種種條件和因素制約下,連中型機也沒有了存在空間。在可以預料的將來,六代機就算大小有區分,但是依然全部屬於重型機的範疇,即使將來有中型機的出現,也大概率是作為六代機的僚機、功能機之類的角色出現。


成飛六代機給人的第二個印象是外形“科幻〞。雙三角翼飛翼式布局,機體整體線條流暢,機身上沒有太過突兀的線條破壞整體美感,飛行的時候猶如一片銀杏葉飛翔在天空中。無論美國NGAD戰鬥機計劃及成飛,沈飛六代機的氣動外形選擇上,不約而同地選擇了無尾飛翼式布局。無尾飛翼式布局有許多優勢。

一.極大的降低了機體部件間的干擾阻力,同時由於浸潤面積的減小,摩擦阻力也被極大減少。基於翼型設計的翼身融合體可產生遠超常規布局機翼的升力,由此整機升力係數較常規構型有較大優勢。阻力的大幅減小和升力的提升造就了飛翼布局飛行器絕佳的升阻比優勢,進而帶來的是優秀的氣動效率,這也就具備了大航程和續航時間長的優勢。


二,通過翼身融合、無尾翼設計使得整機的結構重量大幅減小,同時由於機身承受的重力基本沿展向分布,與所受氣動載荷基本一致,因而在機體剛度設計上具有先天的優勢。由此飛翼布局也具備了優秀的載重比。


三,實現全向全頻譜雷達隱形的優秀氣動外形。隱形的意義是不言而喻的,同時也是在五代機中實踐及作戰使用得到驗證的。面對遠中近三層呈網格狀分布的現代化防空系統面前,想突破和穿透日趨綿密的防空火力網,隱形設計成為最佳選擇。俄烏戰爭的經驗表明:即使烏克蘭的絕大部分機場遭受攻擊,作戰飛機近乎團滅,俄羅斯在掌握了相對的制空權的情況下,俄羅斯使用以四代機,四代半機為主的空軍,依然避免不了戰場上的飛機損失。在複雜電磁環境下高強度高烈度的戰爭中,戰鬥機的隱形性能要求對於突防的意義極為關鍵。只有高度隱形的戰鬥機才能避免戰爭中遭遇過大的損失,從而適應未來高科技戰爭的需求。第五代戰鬥機中成飛的殲-20戰鬥機前向隱形性能不錯,雷達截面積RCS達到0.01-0.001區間,由於受限當時中國的發動機水平,以及當時尚未突破二元推力矢量技術,飛機後部隱身性能存在比較大的缺憾。隨着各國的反隱形技術進步,各種無源/多基地雷達、極低頻雷達、超視距雷達的服役,五代機隱形性能不徹底的缺點將逐漸暴露。


因此,六代機必須追求更為全面的隱形性能。雖然擁有如此多的優勢,但是飛翼式布局飛行器在世界航空史上在六代機誕生前卻從未占據主流,這是因為飛翼式布局飛行器在設計上面臨着超乎想象的困難。由於省去了幾乎所有能省去操縱飛機舵面部分,再加上幾乎所有的控制舵面都只能基於機翼後緣,因而飛翼式布局的飛行器往往有着顯著的橫側向穩定性問題以及操縱耦合問題。在六代機身上,這些問題的解決需要採用全新的工藝和材料及複雜的數值計算,通過一體化的飛/發綜合矢量設計才能加以解決。同時飛翼式部局的戰鬥機也揭示六代機戰術特徵:高升低阻,預示着能飛高空,具有寬域飛行能力。

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