六代机,应该是啥样?
六代机,应该是啥样?
战斗机的发展历程中,"战机划代"的概念并非自古就有。直到喷气时代来临,战斗机的设计目标与作战效能发生根本性变化,"代"的概念才逐渐形成。美国空军在20世纪80年代启动先进战术战斗机(ATF,即F-22的前身)项目时,初衷并非打造第五代战斗机,而是计划研发能够适应21世纪初作战环境的战斗机。但当F-22完成研制并展现出巨大优势后,人们才认识到其相对于F-15、F-16的能力是跨代式提升。进而以F-22为基准,重新梳理了以往战斗机的代际分类。
2019年2月28日,在澳大利亚墨尔本,一架美军F-22战机准备在澳大利亚国际航空展期间进行飞行表演。新华社记者白雪飞摄
诚然,战斗机的代际差异显著,如美国的F-15相较于F-4、F-22相较于F-15,俄罗斯的苏-27相较于米格-21、苏-57相较于苏-27,下一代战斗机总能在作战效能上实现明显跃升。但有一点也常常被世人忽视:跨代发展并非是全方位的能力进阶,而是基于未来战场环境与作战需求的理性抉择,其中既有大胆跨越,亦有合理继承,更有适时舍弃。
2024年11月12日,俄罗斯苏-57战机在珠海航展上进行飞行表演。新华社记者 邓华摄
下一代战机的作战需求
航空界对于六代机的性能特征尚未形成清晰明确、毫无争议的界定。以美国为例,其从未来战场态势出发,探寻新一代战斗机在全新作战需求下应具备的特质。美国空军期望在2030年左右形成初始作战能力。目前,美国正在抓紧研制的穿透性制空作战飞机,虽未冠以"第六代战斗机"之名,但通过其对未来战场环境的描述,及对作战需求的设定,可以勾勒出其应具备的性能特征:更好的隐身性能、更久的续航能力、更大的武器搭载能力、更强的态势感知和电子对抗能力等。
下一代战机的技术抉择
首先是更好的隐身性能。五代机虽具有良好的隐身性能,但并非没有改进空间。为追求极致的隐身效果,取消垂尾、采用无尾布局以达成全向隐身成为必然。网络上众多六代机的设想图均印证了这一趋势。
其次是更久的续航能力。从气动外形角度而言,采用类似 B-2、B-21的飞翼布局是解决之道。飞翼布局优势显著,它将机身与机翼完美融合,能够大幅降低阻力,进而提高升阻比。相同体量下,飞翼布局飞机相较于常规构型飞机,航程更远、载荷能力更强。
再次是更大的武器搭载能力。飞翼布局宽厚的翼身融合体能够提供充裕的内部容积,使战机能装载大量燃油与弹药,这对于提升续航能力与增强武器搭载能力均大有裨益。
最后是更强的态势感知和电子对抗能力。我国飞行器设计领域专家、中国航空研究院院长孙聪院士认为,未来,空战系统之间的对抗,核心追求在于识别和认知对手多节点间的关系、系统架构和复杂杀伤链路的同时,阻止对手识别和认知己方的系统架构和杀伤链路,并寻求在全杀伤链环节迟滞、破坏和打断对手的闭环功能,空战将进入认知机动制胜时代。
下一代战机的设计挑战
飞翼布局虽优点众多,但缺点也不容忽视,其操纵性与机动性欠佳,俯仰和偏航操纵力矩较小,配平难度大,需依赖电传操控系统和复杂的算法方能稳定飞行。下一代战机若采用这种气动布局,亚音速机动性恐将有所牺牲。
持久续航能力的追求必然带来对高速性能的要求。从实战角度看,飞机航程增加但速度未相应提升,将会延长作战时间,导致单位时间内的火力投送密度降低,使敌人获得喘息之机。而从设计角度而言,提高速度必然会增加耗油率,这又会对续航能力产生不利影响,二者之间形成了难以调和的矛盾。
武器搭载能力的提升同样面临棘手问题。武器装载量的增大将导致飞机重量上升、机身横截面积增加,这就需要增强发动机推力以平衡阻力与重量的影响。与此同时,大尺寸武器舱在全机平衡、传力路径(有时也称为"荷载的传递路径")方面存在诸多限制,使得进排气和发动机布置、内流道设计更为复杂,进一步增加了研发的难度与挑战。
在态势感知与电子对抗领域,对孔径增益和功率的需求可谓多多益善。高增益对孔径尺寸的要求受到气动外形和结构布局的束缚,因此只能不断提高对功率的需求,这又导致散热需求急剧上升。倘若散热问题处理不当,将会对飞机的电子设备稳定性乃至红外隐身性能造成致命打击,严重影响其战场生存能力。
上述矛盾点仅仅是战机研发过程中诸多难题的冰山一角,下一代战机对性能的严苛要求必然会对战机总体方案设计构成根本性挑战,这也是六代机至今尚未揭开神秘面纱的关键技术因素所在。
其实,一直引领战机发展潮流的美国,在六代机研发之路上也遭遇了意想不到的困境。截至目前,其进度尚停留在精美的PPT阶段。2024年12月5日,美国空军宣布,即将卸任的空军部长弗兰克·肯德尔将不会为NGAD项目的前途做出决定,美国空军将继续分析,并为下一届政府保留选择余地。
美国 NGAD 项目究竟何去何从,目前尚难有定论。但这无疑充分暴露出该项目深陷困境的尴尬处境,也使得"最初预计价格为 F-35 的三倍" "空军只能采购少量 NGAD"等传闻并非空穴来风。
环顾全球,致力于研发下一代战机的国家并非仅有美国一家。在这场激烈的竞赛中,究竟谁能脱颖而出、拔得头筹?让我们拭目以待!