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看起来漂亮的飞机真的一定是好飞机吗?——弯道超车,达索真的能当此重任吗?——法德第六代战机

在今年6月17日巴黎开幕的第53届巴黎-布尔歇国际航空航天展览会上,本届航展的重头戏——法德联合研制的六代机“未来空中战斗系统”(FCAS)首次揭开了神秘的面纱。(上图为法德联合研制的六代机“未来空中战斗系统”(FCAS))

而在2018年英国范堡罗航展上,英国抢先一步首次公开了其第六代战斗机“暴风”全尺寸样机模型。(上图为英国第六代战斗机“暴风”

具体来说,FCAS计划包括新战斗机(NF)计划、欧洲中高空长程遥控飞机系统(MALE-RPAS)以及新型巡航导弹与蜂群无人机。而NF计划又包括开发下一代欧洲战斗机引擎(NEFE)和下一代武器系统(NGWS)。(上图为空客发布的概念图,左边都是现成作战平台,右边则是要开发的装备)

法德六代机由达索公司和空客公司建造,以法国达索航空为总包商。虽然空客公司总部位于法国,但FCAS项目却主要是由德国发起的。此前,德国方面已经说服西班牙已经加入FCAS计划。而达索的加入意味着法国也加入了欧洲联合开发五代机的阵容。

早在2018年,达索飞机公司就在欧洲海军展上曾公开了自己的6代机“NGF”方案模型。从公布的6代机“NGF”方案模型来看,气动布局为无尾三角翼、机腹进气构型,机身有明显的进气道和发动机舱隆起。(上图为2018年达索的“NGF”)

与达索在去年欧洲海军展上公布的科幻无尾NGF/SACF模型相比,新全尺寸模型在气动设计上低调也务实了许多,改用类似YF-23的V尾布局和矢量轴对称锯齿喷管,不再追求极致隐身性能,以大幅降低研制难度和成本。(上图为FCAS想象图)

这也符合达索公司创始人马塞尔·达索(Marcel Dassault)的原则:在每一个新方案中,仅仅采用一些较为成熟的新技术,稳步发展。尤其达索公司在“幻影”到“阵风”系列战斗机的发展中,集中体现了这种“渐改法”。也就是说,对一架飞机,一次只能有一项重大的革新。虽然达索改进一架飞机的机翼,但他却保持机身和发动机不变,如此这般。就像他在回忆录中写到,“我始终要自己确定飞机的特点,诸如决定机身的长度、机翼的翼展和负荷、尾翼的位置、发动机的类型等”。(上图分别为幻影III的大三角翼,幻影2000的大三角翼+鸭式小翼(不能动)+进气锥调节进气道,阵风的大三角翼+全动鸭式前翼+附面层隔板进气道)

达索还说过,看起来漂亮的飞机一定是好飞机!这次达索推出的FCAS虽然看起来不那么好看,那么技术究竟如何,我们简单通过外形分析一下。首先我们看一下进气道类型,FCAS采用的是DSI(Diverterless Supersonic Inlet)进气道,中文称“无附面层隔道超音速进气道”,它采用一个固定的鼓包来模拟常规进气道中的一、二级可调斜板,并能够达到对气流的压缩,以及简化结构、隐形的目的。DSI进气道具有结构简单、重量轻、阻力小、隐形等特点。现役飞机使用DSI进气道的只有中国和美国。(上图为FCAS的DSI进气道)

DSI进气道与常规进气道相比,有三个主要优点:一是采用“锥形流”乘波设计,总压恢复较高;二是减小了飞机迎风面的阻力,提高了飞机的隐形性能;三是不设计辅助进气门和放气门,取消附面层隔道后飞机可以减重数百公斤,大大减轻了飞机的结构重量。总体来看,DSI进气道具有结构简单、重量轻、阻力小、隐形等特点。而且DSI对速度适应范围很广,FC1采用DSI后甚至可以取消进气道后的放气门,对减轻飞机重量,提高战术性能有极大好处。(上图为中巴联合研制的FC-1“枭龙”战机的DSI进气道

而“阵风”采用的是附面层隔板进气道,附面层隔板确实可以产生激波给气流减速,满足高速状态下的发动机工作需要,但是这对隐身性的破坏相当严重,看上去也不美观。法国人为了追求美观采用直径很小的进气道并埋进机头,导致机头雷达罩直径减小(作为中型机,雷达锥的直径比轻型的枭龙都要小一圈),机载雷达性能不出众(前期RBE2无源相控阵雷达探测距离非常尴尬,后来升级到有源相控阵AESA版本,勉强性能提升到F/A-18E/F的APG79的水平上来),国际市场上也不好卖。(上图为“阵风”的“仓鼠嘴”附面层隔板进气道)

相比较2018年的版本,FCAS这次的还是采用了V型尾翼,这样能够同时兼顾水平尾翼和垂直尾翼的功能。V形尾翼是飞机尾翼的一种形式,由左右两个翼面组成,像是固定在机身尾部,带大上反角的平尾。V型尾翼兼有垂尾和平尾的功能。翼面可分为固定的安定面和铰接的舵面两部分,也可做成全动型式。呈V形的两个尾面在俯视和侧视方向都有一定的投影面积,所以能同时起纵向(俯仰)和航向稳定作用。当两边舵面作相同方向偏转时,起升降舵作用;分别作不同方向偏转(差动)时,则起方向舵作用。(上图为FCAS的尾部)

而与英国的方案不同,法国的V型尾翼的安装位置靠后。英国为了提高气动效率,缩小机翼的面积,安装的位置靠前,同时让人感到惊奇的是“暴风”竟然搞了一个异常粗大的尾椎。从目前的模型看,FCAS的发动机尾喷管是三元矢量喷管,而“暴风”使用的是二元矢量喷管,这也许是“暴风”尾部粗大的尾椎的作用,用于保证两个喷口正常工作(F-22也有此装置)。(上图为“暴风”的尾部)

而FCAS的机翼选择的是λ机翼。这样选择也对超音速性能要求有关:如果选择蝶形机翼且翼展比较大,在机翼弦长限制下就只能减小机翼后掠角,而机翼后掠角减小则影响超音速性能。增加机翼后掠角且保证一定的展弦比,譬如类似SU-27那样的机翼,比较能够兼顾超音速性能要求和大航程要求,而为了提高隐形能力则在机翼内侧让后后缘襟翼前掠,形成所谓λ机翼,兼顾超音速、航程、隐形的多方面要求。(上图为YF-23的蝶形翼)

此次展会,德法方面没有对FCAS的性能,起飞重量,任务系统及武器系统做详细介绍,不过有消息透露,该战机空重可能在12吨左右,是一款单发双座战机,与我国的FC-31一样,同属中型战机。据悉,FCAS将在2026年首飞,2040年才正式服役。此前,达索飞机公司的主要产品是2-3代幻影家族和4代阵风“Rafale”战斗机,但没有第5代隐形机产品。这次直接跨过第5代上第6代,想要“弯道超车”,单凭看起来好看,达索真的能行吗?

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