四捨五入的「幻影」之子:法德「第六代戰鬥機」簡析

2021-02-26 鳳凰網軍事頻道

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。

相關焦點

  • 法德聯合研發6代機 號稱可遙控無人機作戰
    按照法德兩國設想,FCAS符合「第6代戰機」標準,即可通過機載先進網絡控制多種傳感器、無人機和武器。那麼,法德聯研的這種FCAS6代機究竟有何特點?與此前公開的英國「暴風」6代機以及美國6代機相比,又有哪些異同點?本文將結合現有公開資料為您簡析。
  • 法德六代機首度亮相,專家卻這樣評價……| Science • 大殺器
    此前外界高度關注的、法德聯合研發的「未來空中戰鬥系統」(FCAS)第六代戰鬥機首次公開其概念模型。當天,法國總統馬克龍與法國國防部長弗洛倫斯·帕利、德國國防部長烏爾蘇拉·馮·德萊恩等,共同出席了亮相揭幕儀式。「從法德兩國對這款六代機的重視程度可以看出,FCAS的氣動布局應該已經基本確定,再有顛覆性變化的可能性較小。」
  • 歐洲2040年代作戰系統發展願景 之法德「未來空戰系統」(FCAS)簡析
    本公眾號在此將分兩期為大家梳理一下「歐洲2040年代作戰系統發展願景」,本期為「法德未來空戰系統」(FCAS),下期為「英國暴風」戰鬥機項目。一分鐘數據掃描:歐洲「未來空戰系統」(FCAS)由法國和德國兩個國家主導,也稱為法德「未來空戰系統」,西班牙參與其中。即FCAS系統的初始用戶國將會是法國、德國和西班牙。
  • 神秘的美國第六代戰鬥機
    最近,美國第六代戰鬥機已經首飛的消息弄得航空世界很激動,軍迷們也伸長了脖子到處打探消息。第六代是美國的劃代法,在中國會被劃為第五代。在未來某個時候,兩種劃代法或許會統一起來,在現在,人們只能忍受這種混亂了。但這不是重點,重點是這個第六代戰鬥機是怎麼回事?
  • 第六代戰鬥機是什麼樣?楊偉總師:人工智慧,飛行員幾乎成擺設!
    目前,世界上有美國、中國、俄羅斯、英國和法德,五個國家正在自行或聯合研製(預研)第六代戰鬥機項目,除此之外,就連印度和韓國等國家都想搞出屬於本國的第六代戰鬥機
  • 法德開發五代機 英國:我也要一起
    法德聯合開展五代機研製項目給英法兩國之前宣布的計劃共同投資15.4億歐元(約合20億美元),共同開發「未來戰鬥航空系統」有人和無人驗證機的方案投下了陰影。 」)上,英國宇航公司(BAE)軍用航空部門執行總裁克裡斯·博德曼就歐洲聯合研製五代機項目說:「我不能說具體情況,也不能說時間……但不論如何,聯合王國和英宇航公司,將會參與進去。」
  • 「幻影」2000-9戰鬥機 最後的「幻影」2000
    「幻影」2000-9是法國達索公司「幻影」系列戰鬥機的最新型號。
  • 雷神公司關於第六代戰鬥機的六點預測
    世界主要軍事強國正在獨立或聯合夥伴國積極推動第五代戰鬥機的開發項目,並且當前已有幾款五代戰鬥機已經進入到了生產階段。在第五代戰鬥機還未真正大放異彩的時候,部分國家已經啟動了第六代戰鬥機的研製項目。儘管世界軍事技術強國對第六代戰鬥機還沒有統一的概念,但軍事豪強們都相繼提出了各自的第六代戰鬥機的設計理念。
  • 中國展出的第六代戰鬥機模型!在俄羅斯引發震撼
    中國展出的第六代戰鬥機模型引發俄羅斯各大軍事網站的熱議。其一,俄羅斯媒體認為,中國六代機引進了自己獨特的概念。到目前為止,它與現有的任何國家的一種作戰飛機都不同。其二,認為中國的第六代作戰飛機將完全採用無人駕駛形式。俄軍事專家分析,從展示的照片中可以看到,戰機沒有駕駛艙。這符合第六代戰鬥機的標準。它可能被定位為無人殲擊轟炸機。
  • 第五代戰機有何獨特之處 第六代又有何改進
    由於新的第四代戰鬥機還在生產中,所以它可能是所有戰鬥機中最難「割捨」的一代戰機。因此,第四代戰鬥機往往被進一步細分為4、4+、4++等子代。這些更先進的第四代戰機平臺往往擁有一些第5代的功能,但不是全部。
  • 未來的第六代戰鬥機有多強?美國最牛,俄軍落伍,日本純屬打醬油
    而作為「五代機俱樂部」第一個成員的美國,理論上擁有比其他國家更多的時間去探索和發展第六代戰鬥機的概念和技術,是當時全球第六代戰鬥機概念探索的「獨苗」。在BAE公司和羅爾斯•羅伊斯公司的親密合作下,英國搞出了自己的「暴風雨」第六代戰鬥機計劃。
  • 第六代戰鬥機已試飛,「美國戰略忽悠局」又放「電子菸幕」? | 京釀館
    文 | 陶短房當地時間9月15日,美國空軍方面透露,美國第六代戰鬥機的驗證機已開始飛行並「打破許多紀錄」,這比普遍預期的要提早幾年。一、突如其來的「官宣」9月15日在美國空軍協會年度航空、航天和網絡戰會議上,空軍採購負責人羅珀(William Roper)宣稱,美國第六代戰鬥機的技術驗證機業已飛上藍天,「許多任務系統已在驗證機上進行測試且進展順利」。所謂戰鬥機的「代」,是戰後噴氣式戰鬥機的概念。
  • 法蘭西最後的「幻影」戰鬥機
    「幻影」F1從法國空軍退役後,「幻影」2000系列戰鬥機就成為法蘭西最後的「幻影」。在可預見的將來,「幻影」2000仍將是法國空軍的主力戰鬥機  在過去幾年裡,法國空軍已經退役了大批「幻影」2000C戰鬥機和「幻影」2000B教練機,只保留15架2000C和7架2000B。目前只有一個中隊——駐紮在奧蘭治的第5聯隊第2中隊(EC 2/5)「法蘭西島」繼續裝備著2000C/B,擁有10架「幻影」2000C和6架「幻影」2000B。
  • 叢林戰鬥機,幻影F1在南非(下)
    當天上午10時28分,安哥拉雷達發現位於維雷(Virey)和奇賓巴(Tchibemba)之間的兩架南非戰鬥機(「幻影」F1CZ)和另一對飛往卡哈馬(Cahama)的雙機,後者是第12中隊伯特斯·伯格中校率領的「坎培拉」偵察機小隊,要對卡哈馬進行照相偵察。  為他們護航的是第3中隊的兩架「幻影」F1CZ,分別由約翰·蘭金少校和他僚機科巴斯·託裡恩上尉駕駛。
  • 歐洲兩大國聯手:2040年造出六代機!中國網友:三戰都打完了
    在四代機競爭中,歐洲有多款相當不錯的戰鬥機,例如法國的幻影2000戰鬥機、陣風戰鬥機;英國的"鷂"式戰鬥機、英德等國聯合研製的"狂風"戰鬥機和EF-2000戰鬥機等等。但是在五代機的競爭中原先強大的歐洲航空工業卻並未跟上節拍,紛紛加入了美國的JSF計劃,也就是後來的F-35戰鬥機,目前整個北約歐洲國家集團已經大部分確認訂購F-35戰鬥機作為其標準戰鬥機。
  • 中國第六代戰機浮出水面,戰力獨步全球,實力遠超美軍戰機!
    據加拿大漢和防務周刊發文報導稱:中國最頂尖的兩家戰機研發商——沈飛設計局和成飛設計局正著手為中國空軍開發第六代戰鬥機。
  • 六代戰機新概念 隱形飛機行將過時?
    2017年4月,美國《國家利益》雙月刊網站發表了題為《米格-41:俄羅斯希望建造第六代超級戰機》等報導,披露了俄羅斯也在加緊研製第六代戰機。最近,俄羅斯又曝光了最新的「獵人」無人駕駛第六代戰鬥機。值得注意的是,在2018年範堡羅國際航展上,英國展示了其最新研發的「第六代」戰鬥機「暴風」的全尺寸模型。
  • 六代戰鬥機(六)
    據悉,目前有專家認為,日本正在研發的新式戰鬥機:心神戰機並非五代機,而是第六代戰機的驗證機,對此,日本方面尚未作出正面回應。專家點評:B-21「突襲者」轟炸機自適應可變循環發動機可能在未來成為F-35的發動機,這一發動機所原本預定用於正在研製的所謂「第六代戰鬥機」上。官方的注意力更集中於「第六代戰鬥機」的研製。
  • 最強二代機幻影F1,為什麼沒成法國航母艦載機,居然是因為F - 16
    二戰結束後,各國都開始了噴氣式戰機的研發製造,其中法國的幻影系列戰機名氣不小,尤其是幻影F1,更是被許多軍事專家稱為:「全球二代戰鬥機機中的王者
  • 美空軍、海軍秘密研製第六代戰機,為何這麼急?
    美國空軍、海軍紛紛秘密研製第六代戰機此舉對國際軍事競爭產生什麼影響?