圖:F-22戰鬥機是現階段隱身能力和機動性能力最強的隱身戰鬥機
第二種隱身戰鬥機是美國的F-35戰鬥機,這款戰鬥機的來由是1996年美國海軍空軍海軍陸戰隊三軍聯合研發的JSF聯合攻擊戰鬥機項目。最終競標結果是洛馬公司X-35擊敗波音公司的X-32技術驗證機獲得勝利,最終成為F-35戰鬥機,綽號閃電。這個項目是為了彌補F-22戰鬥機價格過於昂貴的不足,空軍海軍和海軍陸戰隊三家聯合起來,共同研製一種用途廣泛、性能先進而價格可承受的低檔隱身戰鬥機,主要目的是節約軍費,以應對日漸上漲的單機研發費用和有限的軍費預算之間的衝突。F-35強調攻擊性能,使用單發戰鬥機設計,飛機加強了航電設備,攻擊效率很高,但飛機不能進行超音速巡航,最大速度僅為1.6馬赫,僅為一代機水平。2016年8月2日美國空軍空戰司令部司令赫伯特·卡萊爾上將宣布,美國空軍首支具備12-24架F-35A的作戰中隊具備初始作戰能力。而中國殲-20戰鬥機,則是為了應對美國F-22戰鬥機威脅研製的一款大型雙發隱身戰鬥機,飛機主要指標直接對標美國F-22,其中包括隱身,航電,武器系統和發動機等。兩者最大不同是美國F-22戰鬥機採用了常規布局,而中國殲-20戰鬥機採用了鴨式布局混合升力體設計。殲-20戰鬥機在與三翼面雪鴞戰鬥機方案的競爭中獲勝,獲得國家正式立項,2011年1月11日首飛,2018年空軍宣布殲-20正式服役,時間比美國F-22晚了13年,比F-35戰鬥機晚了僅僅2年時間。中國軍迷對殲20寄予了厚望,並為其取號為威龍戰機!圖:中國設計師和工人技術人員浴血奮戰,不斷加班加點努力,打造的殲-20戰鬥機最終快速趕上了世界潮流。
當然,F-35戰鬥機對中國殲-20影響也是巨大的,主要在航電系統層面,這也是F-35相對於F-22最先進的地方,實際上,從某種角度來說,這個可以比較簡單地解釋殲-20戰鬥機和美國兩款戰鬥機的關係——殲-20戰鬥機的性能指標=F-22的平臺機動性+F-35的航電系統+更大的彈倉和燃油攜帶量。對於隱身戰鬥機而言,最關鍵的指標是幾個方面:隱身性能,機動性能,航電水平,航程和載彈量,以下我們就按照這幾個標準挨個比較三款戰鬥機。美國F-22戰鬥機是世界第一種隱身戰鬥機,按照美國人的說法,第一代隱身飛機F-117犧牲了飛機的機動性,不顧一切代價追求完美隱身效能,F-22戰鬥機算是第二代隱身飛機,飛機最大的特點是除了保證F-117戰鬥機一樣完美的隱身性能外,極大增強了飛機機動性,而且彌補了F-117不能使用主動雷達的弊端,飛機安裝了複雜而先進的有源相控陣雷達,可以在打開雷達探測目標的同時,而不被敵方電子戰系統發現。從美國F-117戰鬥機面世以來,最大的價值就是,奠定了飛機隱身設計的基本原則,主要設計原則是,容易被敵人發現的三個方面都要加以認真處理,包含了三方面:雷達隱身,紅外隱身,以及視頻隱身。對於雷達隱身設計:飛機外形採用特殊設計,將敵方雷達波轉向,避開機頭正面威脅最大的30度錐角範圍,為此採取了飛機邊緣後掠而且多個邊緣對齊的設計,將雷達波反射方向集中到某些嚴重無害方向,避免敵方雷達接受到信號;而對於飛機機體表面而言,則儘量採取傾斜表面設計,避免敵方雷達波垂直照射,形成反射信號超強的鏡面反射,所以隱身飛機外表和線條幾乎都是傾斜的。這種要求甚至嚴格到飛機的維修口蓋,而且包含飛機進氣道,必須採用S型進氣道,避免雷達波直接照射發動機端面等等。圖:F-117戰鬥機奠定了世界隱身飛機設計的基本原則:主要包括雷達和紅外隱身,射頻隱身在F-22時代得到圓滿解決。
圖:飛機外形經過特殊處理之後,雷達反射方向特性就有巨大改觀,傳統飛機是四處放射,隱身飛機是極少方位放射,這就是雷達隱身的基本原理。紅外隱身,對於戰鬥機隱身來說,也是一個重要方面,傳統紅外傳感器對發動機尾噴管噴流的發現距離遠遠大於飛機機身蒙皮發射紅外信號的距離,對於紅外飛彈導引頭來說,一款典型的三代機不開加力,正面很難截獲甚至攻擊,但是尾部方向則很容易攻擊,開加力後,尾部截獲距離輕鬆達到40-50公裡,為此發動機噴流必須採用特殊措施降低噴流溫度,包括鋸齒形噴口,紅外隱身塗層等等。
圖:F-22戰鬥機是迄今為止戰鬥機隱身設計最完美的一種,紅外和雷達隱身都是如此。
射頻隱身,簡單來說就是控制飛機航電系統發射的電磁波,使之不能被敵人輕鬆遠距離識別出來,難度最大的就是機頭大型火控雷達,而火控雷達是戰鬥機發現目標的主要傳感器,必須發射高功率電磁波,但是這和隱身要求相違背。為了解決這個矛盾,正常使用雷達而不被敵方發現,美國和中國的隱身飛機雷達都使用了低截獲概率有源相控陣雷達,這種雷達的最大特點是,極大擴展了雷達波的頻段,每個常見頻段的強度都很低,接近於自然背景噪音,所以被敵人電子戰系統自動忽略。對於F-22,F-35,殲-20戰鬥機來說,它們的設計基本嚴格遵循了這些要求。從雷達隱身設計來說,F-22戰鬥機做的更經典一些,飛機曲面比較少,而到了F-35時代,隨著隱身設計測試技術的發展,飛機增加了更加複雜的曲面造型,而保持了相似的高隱身性能。殲-20戰鬥機除了尾部裝備不匹配的落後發動機,尾部雷達反射截面較大外,在作戰時候稍微注意問題也不大。傳統戰鬥機機動性佔據了極高的地位,從一代機到二代機三代機不斷強化機動性,幾乎達到飛行員生理極限,這種趨勢到了隱身飛機時代則出現了兩條岔路,F-22繼續強化機動性,突出超音速機動性和超音速巡航能力,而F-35戰鬥機則選擇性的放棄了追求機動性,不具備超音速巡航能力。圖:和苗條的F16戰鬥機相比,肥胖的F35在目視格鬥時佔不到多少便宜,這是最大的弱點,也是多個國家對F35最大的抱怨。
雖然隱身時代,戰鬥機設計主要以隱身和信息為主,但是機動性也沒有完全取消,在美國F-22戰鬥機的設計上,還是極大突出了機動性要求,美國空軍的想法是,未來假如敵人開發同樣先進的隱身戰鬥機,或者F-22戰鬥機隱身失敗,那時候機動性就變成最後一根稻草,避免輕鬆被敵人擊敗。這三款戰鬥機的最大特點是,F-22戰鬥機憑藉2臺超強的F-119發動機和推力矢量技術,推重比比F-35戰鬥機和殲-20都大,在這三款戰鬥機中,爬升,加速,盤旋滾轉都處於第一位置,包括亞音速和超音速性能。中國殲-20戰鬥機現階段裝備落後發動機,飛行性能不如美國F-22戰鬥機,但是比F-35強一些,未來裝備強勁的渦扇-15發動機後,超音速性能可以超過F-22,亞音速性能和F-22持平。而F-35戰鬥機由於追求三軍通用,特別是垂直起降型採用了短距起飛垂直降落設計為核心,為了便於控制,所以飛機格外短粗,為此帶來了巨大的阻力,從0.8馬赫之後開始飛機阻力急劇上升,所以飛機加速性很差,不具備超音速巡航能力,格鬥性能很差,多次空中格鬥都輸給美國F-15和F-16戰鬥機。圖:F-35戰鬥機依靠隱身和先進傳感器作戰,飛行性能做了巨大犧牲,遭到了很多外國客戶的不慢,為此開始研發機動性增強版本的F-35,日本韓國和土耳其都是如此現階段F-22戰鬥機超音速和亞音速機動性都比殲-20戰鬥機強悍,未來殲-20戰鬥機將在超音速飛行性能超越F-22,而F-35戰鬥機則保持墊底的態勢,當然,這架飛機的設計哲學也是依靠超強的隱身和信息能力作戰,不和敵人硬拼。隱身戰鬥機作為一種重要的空戰武器,飛行性能重點相比三代機還是有較大不同,主要特點是飛機追求更長時間的作戰可用速度,傳統戰鬥機掛載武器出擊,超音速飛機需要開加力,不開加力飛機最大速度大多就限制在亞音速範圍,超音速開加力油耗暴增,而且發動機太熱,持續時間極短,所以一般飛機超音速持續飛行時間限定很死,大多5-10分鐘。而先進隱身戰鬥機,則可以通過各種優化設計降低飛機超音速飛行阻力,最終達到不開加力就可以長時間保持超音速飛行的目的,最終保持更大的作戰優勢,投射飛彈射程更遠,躲避敵方攻擊能力更強,而且高速趕路時間更長久,所以,這是一項重要的能力。圖:藉助超音速巡航能力,美國F-22戰鬥機的飛彈射程能提高很大一個比例,這是一個巨大的回報
美國F-22戰鬥機不開加力,飛機可以保持1.6馬赫的速度飛行,而且加力之後,可以在2.0馬赫以下包線做5G穩定盤旋而不掉速度,這是前所未有的超強機動性,傳統三代機大多強調0.8-1.2馬赫的跨音速盤旋格鬥,新型隱身戰鬥機將最佳作戰速度極大向上移動,也帶來了巨大的作戰效能提升。美國F-35戰鬥機為了節省費用,取消了超音速巡航能力,依據就是,有強悍的隱身和信息能力,缺失超音速巡航能力並不特別重要,這適用於和非隱身戰鬥機作戰,和同樣水平的隱身飛機作戰,那就有不少問題,被敵方發現後,容易出現速度加不起來,跑不掉的尷尬局面。中國殲-20戰鬥機現階段裝備三代發動機,可能是俄羅斯的AL-31FM1發動機或者國產太行改,存在的問題是重量大,推力小。但殲-20採用的是更適合超音速飛行的鴨式布局,在裝備推力16噸的渦扇15發動機後,將可以達到超音速巡航1.5-1.6馬赫甚至更高;而且由於殲-20戰鬥機更大內油容量使得飛機超音速巡航時間更久,對美國戰鬥機具備更高的優勢!航電,簡單來說就是飛機上電子設備的總稱,航電主要起顯示,通訊導航控制管理等作用。航空電子設備經過百年的發展,已經從極其簡單,造價可以忽略不計,已經暴漲到變成戰鬥機成本的重頭,甚至高達一半,而且這個趨勢還在不斷上漲,早期分離的航空儀表,無線電,雷達,燃油系統,發動機控制以及無線電導航,火力控制等等最終全部集中在一起,通過高速數據總線連接,使得傳統飛行員看外面時間大幅度縮短,而變成長時間盯住儀表。可以說,航空電子設備先進程度幾乎決定了戰鬥機的大部分作戰能力,同樣一種戰鬥機,經過航電升級之後,作戰效能可以達到大幅度超越。圖:F-35戰鬥機座艙創造了一個前所未有的標準,超一流信息系統使得飛機擁有巨大的網絡作戰優勢,這是F-22不具備的
航空電子設備百年發展歷程中,經歷了幾次大的變革,每一次變革都使飛機的性能獲得提高,並且進一步推動航空電子技術的發展,在航空電子系統發展中系統結構不斷演變,因此航空電子系統的「結構」成為劃時代的主要依據之一。航電結構大體可以分為分立式結構,混合式結構,聯合式結構,寶石柱,寶石臺綜合航電這五代,這也是西方所說的五代機五代航電,三代機採用1553B數據總線連接的聯合式結構,F-22採用寶石柱結構,主要特色是高速多路傳輸數據總線,比三代機1553B總線速度快得多,而且開始採用多傳感器融合技術。F-35戰鬥機採用了寶石臺結構,最大特色是採用了傳輸效率更高的光纖數據總線,系統實現了各系統處理功能的綜合(通用處理模塊、動態重構)並進而實現傳感器功能及信號處理功能的綜合化;另一方面,綜合化的範圍也在擴展。包括了以前相對獨立的飛行控制、發動機控制、通用設備控制,形成了飛機管理系統的概念。圖:F-35航電系統很先進,但是所有關鍵元素都被中國殲-20跟蹤學習,配合更強的飛行性能和同樣出色的隱身性能,發揮出更大的威懾力。
這三款隱身飛機的航電水平和飛行性能幾乎成反比,由於研製時間晚了近10年,所以美國F-35戰鬥機航電系統比F-22戰鬥機領先了一代,包括先進的光纖數據總線,開放式架構,更先進的有源相控陣雷達,還包括遍布機頭和機身的光電系統:前視EOTS和周視EODAS。不僅如此,F-35飛機全身布滿了電子戰設備,除了機頭大型雷達可以當通訊和幹擾器之外,飛機全身到處可見各種先進電子戰設備,用美國人的說法,F-35戰鬥機就是一個濃縮的電子戰飛機,可以進行電子電子偵察和電子幹擾。而中國殲-20戰鬥機主要以F-35戰鬥機的航電系統為藍本,打造自己的系統,飛機航電主要參數接近於F-35,部分有超越,比如機頭大型火控雷達,其餘的光電系統,電子戰系統,性能高度近似,航電架構突出開放式架構,容易升級,而且可自動重構,而且對多傳感器數據融合做了巨大努力,這也是殲-20戰鬥機能力的主要源泉。而F-22戰鬥機則由於研發時間過早,經過10多年的使用之後顯得比較落後,總線速度和傳感器技術都是如此,而且升級代價過大,機隊升級費用高達數百億美元,所以放棄了用F-35戰鬥機的航電技術升級,實際上航電系統最落後。對於戰鬥機來說,最重要的航電設備就是雷達,這也是發現目標最快最遠的設備,所以受到了極大的重視,全世界大國對雷達技術投入了海量資金,隱身飛機也是如此。圖:誰都想不到,F-22戰鬥機的雷達僅僅在15年後就顯得有些老舊,當然,還是屬於世界一流範疇
隱身戰鬥機為了隱身,就必須採取措施防止敵人及早發現雷達開機從而暴露本機位置,導致隱身失敗,所以採用了低截獲概率有源相控陣雷達,這種雷達的特點是,雷達天線由上千個微小的發射接收單元組成,由計算機控制發射和接收信號,以電掃描的方式對整個空域或者某些重點空域加快掃描,同時對多目標跟蹤能力比傳統雷達增強許多倍,可以同時實現對空和對地以及監視,波束非常靈活,難於幹擾,所以得到了廣泛的應用,並開始淘汰了三代機廣泛裝備的脈衝都卜勒雷達。中國殲-20和美國F-22戰鬥機,F-35戰鬥機類似,都採用了機頭大型有源相控陣雷達,為了降低迎頭反射截面,陣面向上傾斜了15度左右。由於中國雷達發展稍晚,所以採用了更先進的技術,陣元數量和F-22戰鬥機類似,總數都是2000左右,但是性能指標更高,發現距離更遠,對空中目標探測可以達到400公裡左右,是三代機的3倍以上。而F-35戰鬥機雖然陣元技術不錯,但是陣元數量較少,所以性能指標不如中國殲-20戰鬥機,這在空戰中是一個不利因素。圖:殲-20戰鬥機在航電系統和隱身設計上有優良表現,外加載彈量和航程的優勢,作戰效能超過美國F-22和F-35。
戰鬥機研發百年歷史,一條主線就是重量,重量從幾百公斤升級到幾十噸,而且還在不斷上漲中,這其中最大的驅動原因就是:戰鬥機追求更大的載荷,更遠的航程,而且為了將這些載荷準確及時投射到敵方目標上,就必須裝備更多更複雜更先進的航空電子設備,為此需要增加飛機尺寸和重量。評價一種戰鬥機的作戰能力強弱,武器掛載數量多少和質量高低是一個重要方面,而且還包括戰鬥機的作戰半徑,所以越強悍的戰鬥機尺寸往往顯得更大,這是可觀物理規律所決定的。對於隱身戰鬥機來說,正常作戰的燃油和武器都必須內置,燃油在機身內部,武器則安置在彈倉內,所以彈倉尺寸基本可以決定飛機的隱身出動掛載能力,美國F-22戰鬥機開發最早,採用了機身中央腹部兩個並列主彈倉和側面2個輔助彈倉,主彈倉尺寸為4X2X0.5米,分別可以掛載500公斤雷射制導炸彈,AIM-120中距空空飛彈和AIM-9X紅外格鬥飛彈,常見空優構型下,可以掛載6發AIM-120中距空空飛彈和2發AIM-9X紅外格鬥飛彈。F-22戰鬥機由於追求機動性,彈倉做的太淺,限制了掛載大型彈藥,所以美國F-35聯合攻擊戰鬥機就加深了彈倉深度,可以掛載2000磅炸彈,彈倉長度相同,最近幾年慢慢轉變為掛載重量100公斤左右的小直徑炸彈。圖:F-22戰鬥機為對空過度優化,造成彈倉過小,無法容納大型空地武器,最終由F-35彌補
中國殲-20戰鬥機彈倉寬度和F-22戰鬥機差不多,但是長度和深度則遠遠超過,長度達到了4.5米,深度則大40%-50%,可以掛載比美國戰鬥機更粗更長的武器,射程更遠威力更大,這也是中國戰鬥機的特殊優勢!在三種隱身戰鬥機中,航程最大的就是中國殲-20戰鬥機,在設計之初,客戶給的目標是作戰半徑1500公裡以上,總體長度比F-22戰鬥機長2米,意味著空間更大,可以容納更多的油量。相比之下美國F-35戰鬥機作戰半徑1100公裡,而F-22更小一些,掛載2個大型副油箱,轉場航程才3000公裡,並不算突出,原因是,飛機設備較多,燃油量較少,而且發動機追求超音速巡航,涵道比太小比較費油。圖:殲-20戰鬥機具備世界最強的航程載荷性能,可以外掛4個2200升副油箱做超遠程飛行,換成重型飛彈,將發揮無與倫比的威力。
三款隱身戰鬥機比較,三款飛機隱身性能差距不大;信息能力則F-35總體領先,殲-20指標高度接近;機動性則F-22最佳,F-35最差,航程載荷總體則是殲-20領先。綜合看起來,中國殲-20戰鬥機綜合作戰性能最高,未來換裝渦扇-15發動機之後,將徹底超越F-22和F-35。至於俄羅斯人的蘇-57,從隱身的觀點來說,則是一個徹頭徹尾的失敗。直通的發動機吊艙,敵人雷達可以直視發動機葉片,而且機身到處可見方形的口蓋,以及各種外露的設備,絲毫沒有進行任何隱身處理。所以,蘇57根本不是一款隱身戰鬥機,實在無法在本文裡與殲20等相提並論。圖:俄羅斯蘇-57戰鬥機由於簡陋的設計,導致飛機完全不能隱身。
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