不管是塵埃初起,還是塵埃落定,法德合作(還有西班牙加入)的「第六代戰鬥機」(正式名稱是「未來空中作戰系統」,簡稱FCAS)在2019年巴黎航展上正式露面了:要求在2025年首飛,2040年前達到全狀態作戰能力,儘管現在只是全尺寸模型。
法德方面沒有對FCAS的性能、起飛重量、任務系統和武器等多做說明,但宣稱具有忠誠僚機、空戰雲、深度學習等功能。現在唯一能確定的是基本外形。雖說模型與實物可能有差距,但有法國總統保駕、兩國國防部長籤約的模型應該還是靠譜的。
這是一架單座、雙發、淺V雙垂尾的戰鬥機,具有大型機內武器艙,因此重量級應該超過「陣風」。與此前公開的達索「下一代戰鬥機(簡稱NGF)相比,FCAS在技術上實際更保守,儘管兩者都只是模型。
FCAS放棄了NGF的無垂尾布局和水平方向的二維推力轉向,而是採用大型淺V雙垂尾,可以看作諾斯洛普YF-23的無血緣遠親,或者說與麥道JSF方案更加近似。YF-23和麥道JSF都屬於第五代(在中國稱為第四代)戰鬥機,FCAS在氣動設計方面的理念和技術上並無顯著突破,單靠先進任務系統就敢自稱第六代令人難以信服,頂多五代半。
不過這樣四捨五入算新一代是歐洲特色,「陣風」就是這樣,相對於第四代的F-16、米格-29,「陣風」其實只先進半代,應該說是四代半,但法國自稱屬於第五代,儘管誰都不把「陣風」與第五代的F-22、F-35相提並論。
FCAS的法國影響無可置疑,在某種程度上可看作高度隱身化、單垂尾變淺V雙垂尾的「幻影「戰鬥機,所以稱為幻影之子也不為過。
巴黎航展上的FCAS模型
與YF-23和麥道JSF相比,FCAS採用更加先進的DSI進氣口。YF-23的梯形翼下進氣口採用上唇後方多孔內壁實現吸收式附面層分離,隱身好但效率不可靠;麥道JSF的加萊特相當於斜置的矩形進氣口,只需要考慮相對簡單的氣流二維平面流動,附面層分離也可靠,但附面層分離隔道對入射雷達波形成反射凹腔,損害隱身。在隱身技術的早期,這些都算有效的方法,但兼顧進氣效率和隱身的DSI出現後,再拘泥於老辦法就說不過去了。
DSI是F-35首創的,但是被中國徹底白菜化。FCAS是第一架已知採用DSI的歐洲戰鬥機,NGF還是加萊特。
但FCAS在氣動方面的進步也不宜徹底否定。FCAS的DSI的鼓包更大,前機身下側壁更傾斜。更大的鼓包更加充分地利用DSI的氣動特點。老實說,「梟龍」那樣的小鼓包對DSI特點的利用是有限的,但那也是在基本氣動設計已經確定後的錦上添花,還有技術風險和成本控制的考慮,與FCAS的全新設計不可相提並論。
更加傾斜的前機身下側壁形成更加寬大、尖銳的前機身側稜,導致更加強烈的前機身邊條作用,有利於通過渦升力獲得大迎角機動性,也提高側向隱身。大側稜對渦流控制是很大的挑戰,前機身鼓包附近氣流的三元流動也更加強烈,提高了分析和設計難度,但這與現有的F-22、殲-20相比,都是量變,不是質變。
FCAS是第一種實用DSI進氣道的歐洲戰鬥機,看起來似乎在技術上有所進步,但這與F-22、殲-20相比都並沒有根本性的提高
FCAS的淺V雙垂尾也一樣。V形雙垂尾兼顧平尾和垂尾的作用,與常規的「四翼面尾翼」相比,重量減輕,隱身和減阻都更好,但飛控挑戰更大。V形尾用作單純的俯仰控制還好說,用於航向控制必須與副翼配合,抵消橫滾傾向。事實上,由於大幅度轉彎時需要順向橫滾配合,副翼的動作量還要加倍。
倒V形雙垂尾倒是正好相得益彰,用於航向控制的時候順便產生有利橫滾,「捕食者「無人機上就是這樣的,但在戰鬥機上沒法用。
另一個辦法是反其道而行之,把V形尾作為垂直安定面使用,像B-2一樣用外翼段上下對稱的擾流片組形成左右兩側的差動阻力,控制航向。
不管用什麼辦法,機動飛行時阻力代價稍大,飛控律則大大複雜化,全系統可靠性要求很高,而且問題隨V形角度的增加而增加。F-18的V形雙垂尾是出於邊條渦流走向的考慮,角度接近垂直,比較好解決;F-22出於隱身的考慮加大了角度,但依然相對直立。兩者都必須保留常規的平尾,緩解了飛控律的問題。
YF-23是主流戰鬥機設計中首先採用淺V雙垂尾的,角度約45度。FCAS的角度更大,不超過30度,體現了對氣動和飛控的信心。YF-23落選的原因之一是美國空軍對其機動性不放心。近三十年後,FCAS重新拾起這一布局,或許當年過於超前的技術如今終於足夠成熟了。但與DSI一樣,這是量變,不是質變。
FCAS的機翼不再是簡單的大後掠角三角形,而是後緣帶有大型淺鋸齒,接近麥道JSF的平面形狀,但沒有強調邊緣對齊。後緣強調邊緣對齊的話,氣動影響太大,翼面積損失也太大。三角翼的氣動優點已經為人們所熟知。三角翼需要至少中等後掠角的前緣,但後緣應該平直,頂多有淺前掠或者淺後掠,以儘可能保持三角翼的氣動優點。淺鋸齒的尖點附近氣流情況複雜,但總體上還比較接近常規三角翼,這是在後向隱身和氣動特性之間的最好折衷了。
FCAS的翼梢既不是三角翼的尖角,也不是後掠翼的平直截梢,而是突出的鋸齒,比較特別。這既有隱身作用,也可能具有類似圓翼尖的作用,減少翼尖繞流,降低翼尖阻力。如果保留到生產型,將是獨有的特徵。
與去年範保羅航展上初夏年代NFG模型相比,今年巴黎展示的FCAS已經要保守了不少
與NFG驚豔的直立二維推力轉向噴管不同,FCAS的尾噴管就是簡單的帶鋸齒圓截面噴管,隱身不如大鋸齒的二維噴管,但簡單,推進損失小,不失為穩妥的選擇。平直的二維噴管貌似簡單,其實製造要求非常高。從模型上,難以確定是否具有推力轉向能力,但推測應該有。
FCAS的發動機是另一個項目。在2019年巴黎航展上,法國與德國在籤訂FCAS研發協議之後,另外籤訂了發動機研發協議,由法國賽峰(前斯奈克瑪)和德國MTU聯合研製。坊間有提到FCAS具有超巡要求的。現在還不清楚這是否是正式要求,但淺V雙垂尾是有利於減阻、有利於超巡的。
不過再減阻,推力要求還是大大高於亞巡。航展上沒有公布新發動機的任何細節,包括推力級、推重比、尺寸和一般技術特點(如渦扇還是變循環),但估計不是斯奈克瑪M88的簡單放大。比照FCAS的機內武器艙,FCAS的重量級至少不低於F-35,需要超巡的話,發動機推力很難低於125千牛級,推重比可能需要達到10-11。考慮到增重和發展潛力,M88那樣的中推簡單放大到這一等級的大推的幅度太大,以全新研發為宜。
超巡戰鬥機的發動機推重比應該達到10-11,否則發動機重量在正常起飛重量裡佔比太大,壓縮燃油、武器和電子系統的重量佔比,影響戰鬥力。在技術上,法德沒有已知在研的變循環發動機計劃或者樣機,要白紙起家,趕上2025年首飛可能來不及,估計還是深度優化的渦扇。
總體來看,FCAS是現有航空技術的深化和優化,與F-22、殲-20相比,頂多在第五代戰鬥機基礎上進一步深化,並沒有理念和關鍵技術上的突破,談不上第六代。不過淺V雙垂尾導致的扁平外形是除了無垂尾外最隱身、超巡阻力最小的,只是機動性還取決於法德的氣動設計和數字飛控的功力。
早期的FCAS模型設想比現在更激進,在氣動外形上體現了一些新設想,但進氣道等設計顯然並不是認真的
對於歐洲來說,不想抱緊美國的大腿的話,也只能自己開發了
在任務系統方面,法德沒有過多說明,但常規的主動電掃雷達、內載電子戰-被動探測系統、大屏顯示、全向光電系統、數據鏈等應該是必不可少的。法德正在研發新一代智能化、小型化的機載武器,涵蓋天空、地面和海洋,估計會成為FCAS的標配。但這些都不是只有第六代戰鬥機才可能具有的,F-18E Block III、F-15X、蘇-35等四代半戰鬥機在不同程度上已經具備這些能力。
忠誠僚機和空戰雲也是一樣,這不是第六代戰鬥機專有的。不過深度學習是有意思的挑戰,這提出的問題比解決的問題更多。深度學習已經發展到「強化學習」(reinforcement learning),可以在「最大回報」方向上加強激勵,在更短的時間內自動優化模型。
谷歌「阿爾法狗」還用3000盤人類最佳棋局作為訓練的開始,第二代的「阿爾法狗-零」不用從任何人類棋局開始,很快達到和超過了第一代的能力,以至於谷歌宣布不再繼續圍棋人機大戰方面的研究,電腦棋手戰勝人類棋手已經不成挑戰了,電腦的棋路在很多方面也超過了人類的理解。
但下棋是一回事,打仗是另一回事。不受控制、難以理解的人工智慧不僅可能要了敵人的命,同樣可能要了自己的命。深度學習是人工智慧的一個分支,用人工智慧輔助作戰的最終目的是在有控制地情況下戰勝敵人。驚喜是可以的,驚愕則是決不容許的。人類不能容許人工智慧「自說自話」,做出可能失控的決策,不管是戰略層面、戰役層面還是戰鬥層面。
人工智慧說到底是數學的一個分支,但在可預見的將來,人工智慧的行為還無法在數學上嚴格分析,其結果無法在數學上可靠預測,這使得人工智慧的決策不可信賴。僅僅靠保留「拔插頭」機制是不夠的,人工智慧越強大,造成破壞的深度、廣度、速度也越大。在可預見的將來,尤其在有人戰鬥機上,深度學習只可能在相對簡單、明確的領域輔佐飛行員的決策,更像忠誠的哨兵,頂多是低級參謀。
這樣的一種戰鬥機究竟「六代」在哪呢?
對於法國來說,這是「幻影」最後的血脈了
CF-105,Tsr.2也曾成為加拿大、英國航空工業的「最後希望」然而……
不管FCAS最終發展成什麼樣,這至少回答了一個問題:在「兩風」之後,歐洲(不管是英國、法國還是德國)還會有下一代有人戰鬥機嗎?看來是有的。歐洲曾經試圖一步跨入無人作戰飛機,但在靠譜的人工智慧出現之前,自主作戰的無人作戰飛機是不可能的。與英國「暴風」只有「虛擬座艙」為最大亮點相比,FCAS至少更加有料一點。
德國加入法國陣營也可能決定性地改變未來歐洲戰鬥機世界的走向。在「陣風」之後,法國誓言再也不獨立研製戰鬥機了,實在負擔不起。英國也有同樣問題。德國既是歐洲金主,又缺乏主導下一代戰鬥機研發的技術實力。德國的加盟既解決了下一代戰鬥機的投資問題,又不威脅合作夥伴國的技術主導地位,可能成為決定誰生誰死的關鍵。現在看來法國能活下來了。
英國或許還有美國大腿可抱。英國是F-35研發裡唯一的「一級合作夥伴」,深度參與研發。或許英國也能通過參加美國第六代戰鬥機的研發保住香火,但這與「颱風」時代的主導還是截然不同的。
FCAS的鑼鼓已經敲響。儘管與波音737MAX的MCAS只差一個字母,兩個CAS的人氣和期望可是天差地遠。希望FCAS的身世不要像MCAS那麼坎坷。幻影世家需要子孫。