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对美国4.75代战斗机的思考
2005年12月美国F-22的入役代表着世界战斗机发展进入了5代机(为便于表述,本文中采用的是目前美国等西方国家最新的战斗机划代标准,此处的5代机即目前国内所称的4代机,下文中将提到的4.5代机即目前国内所称的3代半战斗机)时代。鉴于5代机在战技性能方面的巨大跨越,在5代机的阴影下,现役4代机应如何改进升级才能在未来市场以至战场上求得自己生存和发展的空间?这值得各国军方、工业界重视和深思。近年来美国通过推出两种4.75代战斗机,在此领域进行了一次积极探索,其中一些颇具创意的设计思想和技术措施很值得借鉴和参考。
美国4.75代战斗机简况
所谓的4.75代(部分国外媒体也将其称为4++代)战斗机是指美国波音公司近期推出的两种4代机的终极改进型——F-15SE“沉默鹰”(silent Eagle)和F/A-18E/F“国际路线图”(InternationalRoadmap,以下称F/A一18IR),二者分别于2009年3月和2010年7月面世,是在现役4代机F-15E和4.5代(或称4代半)机F/A-18E/F基础上引入部分源自F-22/-35等5代机的先进技术改进而成。与原型机相比,F-ISSE和F/A-181R重点做了以下三方面改进:
提高隐身能力
现役4代机大部分诞生于上世纪70~80年代,以追求高机动性为目标,在结构和气动设计方面已经相当成熟,但是在隐身性能方面却缺乏考虑,存在先天不足。4.75代机重点对此进行了改进,除了采取机体表面覆盖吸波涂层、座舱盖金属镀膜等常用措施外,还推出了两种创新手段。
(1)局部修形
F-15SE将双垂尾改为与F-22/35等5代机类似的向外倾斜15。使之与平尾不再成直角,从而在一定程度上减少对侧向雷达波的角反射器型反射,再加上倾斜垂尾的侧向投影面积也比直立垂尾有所减小,因此使全机的侧向RCS有了相当程度的降低。
F/A一1SIR则继承了F/A一18E/F的准隐身外形。其上的Caret进气道源自F-22,该进气道唇口前缘具有大后掠角可使敌方雷达回波峰值信号偏离机头方向,同时进气道内壁涂有吸波材料,发动机风扇前方还装有屏蔽斜板,使整个进气道具有良好的隐身性能。此外,F/A-18IR还沿用了F/A-18E/F上的许多低成本隐身措施(如采用锯齿形口盖/舱门,重新排列接头、边角和天线角度等)。
(2)保形外挂
由于外挂物自身的RCS加上其与飞机机体间的互反射效应,外挂物一直是作战飞机上的强反射源,最彻底的解决办法就是像5代机那样在机体内设置内埋弹舱,但这对4代机来说已很难实现。目前F-15SE和NF/A-1SIR采用的是退而求其次的办法——保形外挂。
F-15SE在机翼下部、进气道两侧各携带一个特殊设计的保形油箱,其内部部分空间可用作内埋弹舱;F/A-181R则是通过在机身两侧、翼根上部加装保形油箱(与F-16 Block60类似),空出机身下方中线处的挂架携带一个“茧包”式武器吊舱。
通过以上措施,有效地降低了4.75代机的RCS。波音公司曾透露F-15SE的前向RCS与F-35出口型非常接近,F/A-18IR则可能更低。战时再配合电磁干扰,二者的隐身效果还将进一步提高。
改善态势感知能力
F-15SE和F/A-1SIR都换装了作为5代机标准配置的有源相控阵(AESA)雷达(型号分别为APG-82和APG-79)。与4代机上的脉冲多普勒(PD)雷达相比,AESA雷达在作用距离、扫描速度、抗干扰性能、低截获概率、多目标接战能力、可靠性等方面均有质的飞跃。此外。由于AESA雷达天线可向上倾斜安装,让敌方雷达波偏离照射方向从而有助于减小全机RCS。
F/A—18E/F和F-15SE均加装了红外搜索与跟踪系统(IRST)。与传统的机载雷达相比,IRST采用红外探测原理,工作时不发射电磁波,隐蔽性好,抗电磁干扰能力强,战时可以与雷达系统切换使用(雷达故障、被干扰或者有意关闭等情况下),同时还提高了对小Rcs目标(如隐身飞机和低空飞行的巡航导弹)的探测能力。
按照国外媒体的评估,F/A-1BE/F上加装的固定式IRST(位于前机身下)与新换装的、可实现360°全向覆盖的导弹来袭/激光告警设备相配合,再加上重新布置、安装有全景显示器的新一代座舱以及更先进的航电架构,其综合能力已经接近F-35A的AN/AAQ-37光电分布式孔径系统(EODAS)。
增强电子战能力
为了增强复杂电磁环境下的电子对抗能力,F/A-18IR将采用F/A-18E/F系列中最新批次(Block2)上的综合防御电子对抗系统(IDECM),该系统以AN/ALQ-214射频干扰器(RFCM)为核心,同时集成了雷达告警接收机、导弹逼近告警器、光纤拖曳式诱饵(FOTD)和箔条/红外干扰弹布撒器等设备。今后IDECM还将与机载APG-79型AESA雷达交联,在使IDECM具备电子情报收集、特定辐射源识别、单机和多机辐射源地理空间定位等能力的同时,还将使APG-79雷达可作为干扰机使用。
F—15SE换装了由英国BAE系统公司研制的新型数字式电子战系统(DEWS)。该系统由F-22/35上的同类设备发展而来,性能与后者处于同一水平,包括雷达告警接收机、雷达干扰机、干扰物投放装置和干扰消除器等子系统。上述子系统之间实现了更好的集成从而可与机载有源相控阵雷达配合使用,在提高态势感知能力的同时还可减少雷达开机、高功率扫描和大空域扫描的时间。DEWS还采用了一种被称为“梭鱼”(Barracuda)的模块化软件架构体系,通过交错工作模式,可允许飞行员对敌方雷达实施持续干扰,同时不影响己方机载雷达及雷达告警接收机的正常工作。
经过上述改进以后,F-15SE和F/A-18IR的综合战技性能上了一个新台阶,不仅明显优于“台风”、“阵风”、“鹰狮”等典型的4.5代机,即使与俄罗斯近期推出的4++代机(苏35S和米格-35)相比也略胜一筹,已逐渐接近5代机中低端机(如F-35)的下限。正因为如此,这两种飞机被国外分析家认为是比目前4.5代战斗机代表的技术层次高了0.25代,而将其称为4.75代。
美国4.75代机改进模式的主要特点
由于现代战斗机的研制周期越来越长、费用越来越高,加上冷战后各国军费骤减、军队换装速度大大延缓,使得对现役战斗机进行改进升级成为一种长期的趋向。目前除美国外,俄罗斯和欧洲也在对其4/4.5代机实施进一步改进,但俄、欧的改进基本上都停留在发动机、航电系统和机载武器更新升级的传统模式上,飞机战斗力仅有量的提升,难以有质的跨 越。美国4.75代机则在传统改进模式基础上引入了一些新的创意,表现出以下特点:
产品定位独特,目标市场明确
波音公司推出4.75代机的目的很明确,就是要用该机来满足未来5代机大量投放市场前国际客户及美国空军对先进战斗机的需求,这表现在两方面:①从国际市场来看,由于当前4/4.5代机市场日趋饱和,5代机则因F-22被美国禁止出口、F-35研发进度一拖再拖而出现空白,需要一种性能介于二者之间的战斗机作为过渡;②从美国内市场来看,由于现役F-15/16机队日益老化、F-22将于2012年停产、F-35装备计划延期等原因,今后一段时期美国空军战斗机队规模将会逐渐萎缩,届时很可能需要采购一批新机用于填补因此而出现的战力“缺口”。
目前波音公司的市场战略已取得初步成功,开始与多个国家接洽商讨F-15SE和F/A-18IR的出口事宜。美国空军尽管尚未考虑采购4.75代机,但从其近期动向来看,今后至少会用4.75代机的部分技术改装现役飞机。充分挖掘现役机型潜力,尽量沿用成熟技术
F-15SE和F/A—18IR均是在现役飞机基础上改进而成而非全新开发,这主要是考虑到其原型机还有进一步改进升级的潜力,在保证平台基本性能的同时还将带来成本和可靠性优势,这表现在:(i)F-15E和F/A-18E/F作为4/4,5代战斗机中的代表机型,其平台性能至今仍不落后,部分指标与5代机相比也不逊色(例如近期的试飞结果就表明F-35的飞行特性与F/A-18非常接近);②F-15和F/A-18E/F均已服役多年并经受实战考验,平台技术成熟,稳定可靠;③受益于先进思想的指导,F-15和F/A-18E/F在研制之初就为今后的改进升级预留了空间;④F-15和F/A-18E/F作为双发重型战斗机拥有较大的机体,易于在改进时换装新设备。
从目前波音公司展示的F-15SE和F/A—18IR原型机来看,二者机体结构和气动布局均没做大的变动,甚至可由在役同型飞机通过更换相关系-统、加装新式保形油箱/武器吊舱直接升级而成(F 15SE首架原型机就是租用美国空军的一架现役F-15E改装而来)。不仅如此,4.75代机改进过程中所引入的先进技术也都来自F-22/35等5代机,其AESA雷达、电子战系统、吸波涂层等都尽量使用现有成品或其衍生产品。
针对主要性能差距,重点提高隐身能力
在目前5代机所具备的隐身、超声速巡航、超机动和高度综合的航电系统等各项性能特征中,隐身是其与4代机之间最主要、也是后者最难赶超的性能差距。由于5代机具备隐身优势,在与4代机交战时可以做到“先敌发现,先敌攻击,先敌摧毁”,甚至使战场单向透明,呈现一边倒的态势。因此,4代机要缩短与5代机之间的战斗力差距,首要问题就是尽可能提高自身的隐身性能。F-15SE和F/A-18IR在改进中就把提高飞机的隐身性能作为重中之重,除了沿用目前常用的一些RCS缩减措施外,还推出了“局部修形+保形外挂”的创新手段,最终取得了较为显著的效果,使其综合战技性能与其他4代机改型拉开了差距。
相比之下,俄罗斯近年来推出的4++代机重点强调提高飞机机动性的做法(换装全向推力矢量发动机)很值得商榷,至少可以说其实战价值不如隐身突出,这表现在:①现代战斗机配备的先进头盔瞄准系统和高性能近距空空导弹,可以在相当程度上弥补载机在机动性方面的差距,使超机动性带来的近距格斗优势有所下降;②追求超机动性、但是隐身性能没能同步提高的飞机很可能还在接敌过程中就遭到敌方先发制人的打击,其近距格斗优势将无从发挥。
注重提高综合性价比,不追求性能面面俱到
尽管4.75代机力求缩短与5代机之间的性能差距,但是并没有在各项性能指标上与5代机全面攀比,而是根据研发成本、作战需求和时间进度等要求,对其进行了合理取舍以求获得最佳性价比,为此不惜放弃了部分本来有可能实现的能力。例如,F-15SE和F/A一18IR均不具备作为5代机重要性能特征的超声速巡航和超机动能力。但是单从技术角度来讲,要使F-15SE具备超机动能力并不存在不可克服的困难,因为原麦道公司(后并入波音公司)曾与美国航空航天局(NASA)合作,有过研发F-1 5S/MTD及F-15 ACTIVE技术验证机(F-15B基础上加装前翼、换装推力矢量喷口)的成熟经验。之所以F-15SE没做类似改进,主要是波音公司考虑到这样做的代价太大(仅一台先进推力矢量发动机就价值数百万、上千万美元),与其带来的实战价值相比有点得不偿失,因此从性价比的角度来看并不可取。
值得指出的是,美国即将服役的F-35尽管被列入5代机,但该机并不同时具备5代机的各项性能特征,同样放弃了超声速巡航和超机动能力。
对美国4.75代机改进模式的思考
对世界各国空军来说,由于近期内爆发大规模战争的可能性不大、5代机价格昂贵使其难以大量采购装备、现役4代机还有相当长的使用寿命等原因,在今后相当长时期内没必要也没有能力全部换装5代机,而4代机仍将在各国空军装备体系中占有相当比重,甚至继续充当主力。但考虑到未来战场环境的变化,现役4/4.5代机将很难满足作战需求,对其进行改进升级势在必行。美国4.75代机为此所做的一些独创性探索,对其他国家同类飞机的改进具有相当的启迪和借鉴意义。
“4代机平台+5代机技术”是一条经济适用的军机改进途径
沿用现役4代机机体,除了保证飞机基本平台成熟可靠外,对研制厂商来说,将有助于减少投资、降低技术难度缩短研制周期,降低生产成本和产品单价;对用户来说,可以保证4.75代与现役4代机之间有较好的技术继承性,不但有助于降低全寿命周期费用,而且空地勤人员上手快,有利于新机尽快形成战斗力。
而尽量选用原来为5代机开发的部分先进技术(航电、武器和材料等),在保证4,75代机关键性能得以提升的同时,还将带来以下优势:①避免专门为4,75代机开发全新产品而带来的成本上升和进度延迟;②有助于分担5代机的部分研发成本,提高其经济可承受性;③有利于战时4,75代机与5代机的协同作战。
尽管由于原始外形设计限制等原因,通过“4代机平台+5代机技术”途径发展而来的4,75代机在隐身等性能指标上仍与5代机有相当差距,但是对于4/4,5代机已具备不对称优势,若考虑到战时己方体系支持等因素,也有能力与敌方5代机对抗。
目前美、俄军方均是“4代机平台+5代机技术”途径的支持和实施者:俄罗斯即将服役的4++代机苏35S是在4代机(苏27)机体上引 进5代机(PAK FA)部分技术改进而成;根据近期美国媒体的报道,目前美军正在考虑的应对所谓中国“歼20威胁”方案并不是采购更多的F-22,而是借助新技术升级改造F-15并采取F-15与F-22配合作战的战术(改装有大功率AESA雷达的F-15负责探测空中目标,F-22则关闭雷达、隐蔽接敌发起攻击),美军认为这样的措施比单纯依靠昂贵的F-22更高效。
“局部修形+保形外挂”是一种行之有效的Rcs缩减手段
由于目前军用飞机的雷达隐身能力大部分(约80%)是由外形设计决定的,要提高4代机的隐身性能,对其外形结构做适当修改和调整很有必要。波音公司通ii4,75代机的开发,在此领域中做卜些独创性的探索,其部分别具匠心的设计很值得关注和借鉴。
例如,F-15SE将直立垂尾改为与5代机类似的外倾15°,使这一传统飞机上最大的侧向雷达反射源得到很大程度抑制,尽管这样一来机体结构和飞控系统都必须做相应修改,但考虑到由此带来的隐身性能显著改善,付出一定代价也是值得的。目前除了F-15SE外,伊朗根据美国F-5E研制的“闪电”战斗机也将前者的直立单垂尾改为外倾双垂尾,在相当程度上也是出于隐身考虑。
同样,4.75代机上的保形外挂也非常具有实战价值。目前部分4代机改型尽管也声称RCS大幅缩减,但这都是在无外挂条件下实现的,战时K携带外挂(武器弹药和副油箱),全机RCS将成倍上升,隐身性能迅速恶化,这样的隐身改造可谓华而不实。
在保形外挂的具体实现方式上,波音公司也善于根据不同飞机特点,灵活处理。例如F-15E飞机特殊的保形油箱安装方式使其适于携带投放武器,波音公司便将其改造成内置弹舱;而F/A-18E/F采用的是背负式保形油箱,无法沿用F-15SE的改造方式,波音公司就专门为其设计了可吊挂在机身下的“茧包”式武器吊舱。
“准隐身+体系支持”是一种另辟蹊径的生存力增强措施
近期推出F-15SE和F/A-18IR,体现了波音公司近年来在作战飞机隐身问题上所持的“准隐身+电磁干扰≈全隐身”观点,即:RCS只作适当缩减的准隐身飞机在电磁干扰配合下,也可以达到近似全隐身的效果,因此没必要一味追求技术难度大、造价昂贵的全隐身飞机。2009年2月,EA-18G电子战飞机(F/A-18F的电子战改型)在演习中“击落”一架F-22就是波音公司津津乐道的例证。目前美国海军采取的“准隐身主战飞机+先进电子战飞机”搭配模式(即F/A-18E/F+EA-18G,今后将过渡到F-35+EF-35)在实战中表现出并不亚于空军的突防/生存力,也在相当程度上验证了波音公司的这种观点。考虑到F-15SE~NF/A-18IR的RCS比F/A-18E/F有了进一步缩减,在电子战飞机的支援下完全能达到更高的作战效能。
对他国来说,由于其军队的体系支持(尤其是电子战)难以达到美军的水平,因此波音公司的上述观点显然不能照搬。尽管这样,由于大多数国家研发装备高性能全隐身飞机存在技术和财力上的巨大困难,在发展新装备时适当降低隐身性能要求、同时加强配套作战体系建设以求提高整体作战效能的做法无疑更加切实可行,因此波音公司的观点还是很有参考价值的。我们应看到,目前即使是英、法等欧洲国家也持类似的观点:作战飞机生存力可通过隐身、电磁干扰、任务规划、防区外打击等多种手段共同实现,没必要片面强求隐身能力。因此目前欧洲国家只装备“台风”、“阵风”等常规飞机,并且对其作战效能充满信心。
结束语
从历史上看,美国非常擅长于对现役飞机做看似改动量大、实则性价比相当高的改进,由F-5E/F改进而来的F-20(即F-5G,由3代机改进至4代机)和由F/A-18C/D改进而来的F/A-18E/F(曾被建议命名为F-24或F-25,由4代机改进至4.5代机)都是其中的经典之作。而在技术难度更大、以追赶5代机为目标的军机改进方面,美国进行的探索也由来已久:早在1987Ig原格鲁曼公司就曾提出过F-14的改进型——“雄猫”2l方案,经评估其价格仅为ATF(即现在的F-22)的60%,作战能力却达到后者的90%。而近期推出的4.75代机在目前的各种4/4.5代机改型中独树一帜,再次使美国在战斗机改进领域保持了世界领先地位。对其他国家来说,如果对其4/4.5代机改进有更高的性能要求,美国4.75代机的改进模式无疑非常值得参考和借鉴。
2005年12月美国F-22的入役代表着世界战斗机发展进入了5代机(为便于表述,本文中采用的是目前美国等西方国家最新的战斗机划代标准,此处的5代机即目前国内所称的4代机,下文中将提到的4.5代机即目前国内所称的3代半战斗机)时代。鉴于5代机在战技性能方面的巨大跨越,在5代机的阴影下,现役4代机应如何改进升级才能在未来市场以至战场上求得自己生存和发展的空间?这值得各国军方、工业界重视和深思。近年来美国通过推出两种4.75代战斗机,在此领域进行了一次积极探索,其中一些颇具创意的设计思想和技术措施很值得借鉴和参考。
美国4.75代战斗机简况
所谓的4.75代(部分国外媒体也将其称为4++代)战斗机是指美国波音公司近期推出的两种4代机的终极改进型——F-15SE“沉默鹰”(silent Eagle)和F/A-18E/F“国际路线图”(InternationalRoadmap,以下称F/A一18IR),二者分别于2009年3月和2010年7月面世,是在现役4代机F-15E和4.5代(或称4代半)机F/A-18E/F基础上引入部分源自F-22/-35等5代机的先进技术改进而成。与原型机相比,F-ISSE和F/A-181R重点做了以下三方面改进:
提高隐身能力
现役4代机大部分诞生于上世纪70~80年代,以追求高机动性为目标,在结构和气动设计方面已经相当成熟,但是在隐身性能方面却缺乏考虑,存在先天不足。4.75代机重点对此进行了改进,除了采取机体表面覆盖吸波涂层、座舱盖金属镀膜等常用措施外,还推出了两种创新手段。
(1)局部修形
F-15SE将双垂尾改为与F-22/35等5代机类似的向外倾斜15。使之与平尾不再成直角,从而在一定程度上减少对侧向雷达波的角反射器型反射,再加上倾斜垂尾的侧向投影面积也比直立垂尾有所减小,因此使全机的侧向RCS有了相当程度的降低。
F/A一1SIR则继承了F/A一18E/F的准隐身外形。其上的Caret进气道源自F-22,该进气道唇口前缘具有大后掠角可使敌方雷达回波峰值信号偏离机头方向,同时进气道内壁涂有吸波材料,发动机风扇前方还装有屏蔽斜板,使整个进气道具有良好的隐身性能。此外,F/A-18IR还沿用了F/A-18E/F上的许多低成本隐身措施(如采用锯齿形口盖/舱门,重新排列接头、边角和天线角度等)。
(2)保形外挂
由于外挂物自身的RCS加上其与飞机机体间的互反射效应,外挂物一直是作战飞机上的强反射源,最彻底的解决办法就是像5代机那样在机体内设置内埋弹舱,但这对4代机来说已很难实现。目前F-15SE和NF/A-1SIR采用的是退而求其次的办法——保形外挂。
F-15SE在机翼下部、进气道两侧各携带一个特殊设计的保形油箱,其内部部分空间可用作内埋弹舱;F/A-181R则是通过在机身两侧、翼根上部加装保形油箱(与F-16 Block60类似),空出机身下方中线处的挂架携带一个“茧包”式武器吊舱。
通过以上措施,有效地降低了4.75代机的RCS。波音公司曾透露F-15SE的前向RCS与F-35出口型非常接近,F/A-18IR则可能更低。战时再配合电磁干扰,二者的隐身效果还将进一步提高。
改善态势感知能力
F-15SE和F/A-1SIR都换装了作为5代机标准配置的有源相控阵(AESA)雷达(型号分别为APG-82和APG-79)。与4代机上的脉冲多普勒(PD)雷达相比,AESA雷达在作用距离、扫描速度、抗干扰性能、低截获概率、多目标接战能力、可靠性等方面均有质的飞跃。此外。由于AESA雷达天线可向上倾斜安装,让敌方雷达波偏离照射方向从而有助于减小全机RCS。
F/A—18E/F和F-15SE均加装了红外搜索与跟踪系统(IRST)。与传统的机载雷达相比,IRST采用红外探测原理,工作时不发射电磁波,隐蔽性好,抗电磁干扰能力强,战时可以与雷达系统切换使用(雷达故障、被干扰或者有意关闭等情况下),同时还提高了对小Rcs目标(如隐身飞机和低空飞行的巡航导弹)的探测能力。
按照国外媒体的评估,F/A-1BE/F上加装的固定式IRST(位于前机身下)与新换装的、可实现360°全向覆盖的导弹来袭/激光告警设备相配合,再加上重新布置、安装有全景显示器的新一代座舱以及更先进的航电架构,其综合能力已经接近F-35A的AN/AAQ-37光电分布式孔径系统(EODAS)。
增强电子战能力
为了增强复杂电磁环境下的电子对抗能力,F/A-18IR将采用F/A-18E/F系列中最新批次(Block2)上的综合防御电子对抗系统(IDECM),该系统以AN/ALQ-214射频干扰器(RFCM)为核心,同时集成了雷达告警接收机、导弹逼近告警器、光纤拖曳式诱饵(FOTD)和箔条/红外干扰弹布撒器等设备。今后IDECM还将与机载APG-79型AESA雷达交联,在使IDECM具备电子情报收集、特定辐射源识别、单机和多机辐射源地理空间定位等能力的同时,还将使APG-79雷达可作为干扰机使用。
F—15SE换装了由英国BAE系统公司研制的新型数字式电子战系统(DEWS)。该系统由F-22/35上的同类设备发展而来,性能与后者处于同一水平,包括雷达告警接收机、雷达干扰机、干扰物投放装置和干扰消除器等子系统。上述子系统之间实现了更好的集成从而可与机载有源相控阵雷达配合使用,在提高态势感知能力的同时还可减少雷达开机、高功率扫描和大空域扫描的时间。DEWS还采用了一种被称为“梭鱼”(Barracuda)的模块化软件架构体系,通过交错工作模式,可允许飞行员对敌方雷达实施持续干扰,同时不影响己方机载雷达及雷达告警接收机的正常工作。
经过上述改进以后,F-15SE和F/A-18IR的综合战技性能上了一个新台阶,不仅明显优于“台风”、“阵风”、“鹰狮”等典型的4.5代机,即使与俄罗斯近期推出的4++代机(苏35S和米格-35)相比也略胜一筹,已逐渐接近5代机中低端机(如F-35)的下限。正因为如此,这两种飞机被国外分析家认为是比目前4.5代战斗机代表的技术层次高了0.25代,而将其称为4.75代。
美国4.75代机改进模式的主要特点
由于现代战斗机的研制周期越来越长、费用越来越高,加上冷战后各国军费骤减、军队换装速度大大延缓,使得对现役战斗机进行改进升级成为一种长期的趋向。目前除美国外,俄罗斯和欧洲也在对其4/4.5代机实施进一步改进,但俄、欧的改进基本上都停留在发动机、航电系统和机载武器更新升级的传统模式上,飞机战斗力仅有量的提升,难以有质的跨 越。美国4.75代机则在传统改进模式基础上引入了一些新的创意,表现出以下特点:
产品定位独特,目标市场明确
波音公司推出4.75代机的目的很明确,就是要用该机来满足未来5代机大量投放市场前国际客户及美国空军对先进战斗机的需求,这表现在两方面:①从国际市场来看,由于当前4/4.5代机市场日趋饱和,5代机则因F-22被美国禁止出口、F-35研发进度一拖再拖而出现空白,需要一种性能介于二者之间的战斗机作为过渡;②从美国内市场来看,由于现役F-15/16机队日益老化、F-22将于2012年停产、F-35装备计划延期等原因,今后一段时期美国空军战斗机队规模将会逐渐萎缩,届时很可能需要采购一批新机用于填补因此而出现的战力“缺口”。
目前波音公司的市场战略已取得初步成功,开始与多个国家接洽商讨F-15SE和F/A-18IR的出口事宜。美国空军尽管尚未考虑采购4.75代机,但从其近期动向来看,今后至少会用4.75代机的部分技术改装现役飞机。充分挖掘现役机型潜力,尽量沿用成熟技术
F-15SE和F/A—18IR均是在现役飞机基础上改进而成而非全新开发,这主要是考虑到其原型机还有进一步改进升级的潜力,在保证平台基本性能的同时还将带来成本和可靠性优势,这表现在:(i)F-15E和F/A-18E/F作为4/4,5代战斗机中的代表机型,其平台性能至今仍不落后,部分指标与5代机相比也不逊色(例如近期的试飞结果就表明F-35的飞行特性与F/A-18非常接近);②F-15和F/A-18E/F均已服役多年并经受实战考验,平台技术成熟,稳定可靠;③受益于先进思想的指导,F-15和F/A-18E/F在研制之初就为今后的改进升级预留了空间;④F-15和F/A-18E/F作为双发重型战斗机拥有较大的机体,易于在改进时换装新设备。
从目前波音公司展示的F-15SE和F/A—18IR原型机来看,二者机体结构和气动布局均没做大的变动,甚至可由在役同型飞机通过更换相关系-统、加装新式保形油箱/武器吊舱直接升级而成(F 15SE首架原型机就是租用美国空军的一架现役F-15E改装而来)。不仅如此,4.75代机改进过程中所引入的先进技术也都来自F-22/35等5代机,其AESA雷达、电子战系统、吸波涂层等都尽量使用现有成品或其衍生产品。
针对主要性能差距,重点提高隐身能力
在目前5代机所具备的隐身、超声速巡航、超机动和高度综合的航电系统等各项性能特征中,隐身是其与4代机之间最主要、也是后者最难赶超的性能差距。由于5代机具备隐身优势,在与4代机交战时可以做到“先敌发现,先敌攻击,先敌摧毁”,甚至使战场单向透明,呈现一边倒的态势。因此,4代机要缩短与5代机之间的战斗力差距,首要问题就是尽可能提高自身的隐身性能。F-15SE和F/A-18IR在改进中就把提高飞机的隐身性能作为重中之重,除了沿用目前常用的一些RCS缩减措施外,还推出了“局部修形+保形外挂”的创新手段,最终取得了较为显著的效果,使其综合战技性能与其他4代机改型拉开了差距。
相比之下,俄罗斯近年来推出的4++代机重点强调提高飞机机动性的做法(换装全向推力矢量发动机)很值得商榷,至少可以说其实战价值不如隐身突出,这表现在:①现代战斗机配备的先进头盔瞄准系统和高性能近距空空导弹,可以在相当程度上弥补载机在机动性方面的差距,使超机动性带来的近距格斗优势有所下降;②追求超机动性、但是隐身性能没能同步提高的飞机很可能还在接敌过程中就遭到敌方先发制人的打击,其近距格斗优势将无从发挥。
注重提高综合性价比,不追求性能面面俱到
尽管4.75代机力求缩短与5代机之间的性能差距,但是并没有在各项性能指标上与5代机全面攀比,而是根据研发成本、作战需求和时间进度等要求,对其进行了合理取舍以求获得最佳性价比,为此不惜放弃了部分本来有可能实现的能力。例如,F-15SE和F/A一18IR均不具备作为5代机重要性能特征的超声速巡航和超机动能力。但是单从技术角度来讲,要使F-15SE具备超机动能力并不存在不可克服的困难,因为原麦道公司(后并入波音公司)曾与美国航空航天局(NASA)合作,有过研发F-1 5S/MTD及F-15 ACTIVE技术验证机(F-15B基础上加装前翼、换装推力矢量喷口)的成熟经验。之所以F-15SE没做类似改进,主要是波音公司考虑到这样做的代价太大(仅一台先进推力矢量发动机就价值数百万、上千万美元),与其带来的实战价值相比有点得不偿失,因此从性价比的角度来看并不可取。
值得指出的是,美国即将服役的F-35尽管被列入5代机,但该机并不同时具备5代机的各项性能特征,同样放弃了超声速巡航和超机动能力。
对美国4.75代机改进模式的思考
对世界各国空军来说,由于近期内爆发大规模战争的可能性不大、5代机价格昂贵使其难以大量采购装备、现役4代机还有相当长的使用寿命等原因,在今后相当长时期内没必要也没有能力全部换装5代机,而4代机仍将在各国空军装备体系中占有相当比重,甚至继续充当主力。但考虑到未来战场环境的变化,现役4/4.5代机将很难满足作战需求,对其进行改进升级势在必行。美国4.75代机为此所做的一些独创性探索,对其他国家同类飞机的改进具有相当的启迪和借鉴意义。
“4代机平台+5代机技术”是一条经济适用的军机改进途径
沿用现役4代机机体,除了保证飞机基本平台成熟可靠外,对研制厂商来说,将有助于减少投资、降低技术难度缩短研制周期,降低生产成本和产品单价;对用户来说,可以保证4.75代与现役4代机之间有较好的技术继承性,不但有助于降低全寿命周期费用,而且空地勤人员上手快,有利于新机尽快形成战斗力。
而尽量选用原来为5代机开发的部分先进技术(航电、武器和材料等),在保证4,75代机关键性能得以提升的同时,还将带来以下优势:①避免专门为4,75代机开发全新产品而带来的成本上升和进度延迟;②有助于分担5代机的部分研发成本,提高其经济可承受性;③有利于战时4,75代机与5代机的协同作战。
尽管由于原始外形设计限制等原因,通过“4代机平台+5代机技术”途径发展而来的4,75代机在隐身等性能指标上仍与5代机有相当差距,但是对于4/4,5代机已具备不对称优势,若考虑到战时己方体系支持等因素,也有能力与敌方5代机对抗。
目前美、俄军方均是“4代机平台+5代机技术”途径的支持和实施者:俄罗斯即将服役的4++代机苏35S是在4代机(苏27)机体上引 进5代机(PAK FA)部分技术改进而成;根据近期美国媒体的报道,目前美军正在考虑的应对所谓中国“歼20威胁”方案并不是采购更多的F-22,而是借助新技术升级改造F-15并采取F-15与F-22配合作战的战术(改装有大功率AESA雷达的F-15负责探测空中目标,F-22则关闭雷达、隐蔽接敌发起攻击),美军认为这样的措施比单纯依靠昂贵的F-22更高效。
“局部修形+保形外挂”是一种行之有效的Rcs缩减手段
由于目前军用飞机的雷达隐身能力大部分(约80%)是由外形设计决定的,要提高4代机的隐身性能,对其外形结构做适当修改和调整很有必要。波音公司通ii4,75代机的开发,在此领域中做卜些独创性的探索,其部分别具匠心的设计很值得关注和借鉴。
例如,F-15SE将直立垂尾改为与5代机类似的外倾15°,使这一传统飞机上最大的侧向雷达反射源得到很大程度抑制,尽管这样一来机体结构和飞控系统都必须做相应修改,但考虑到由此带来的隐身性能显著改善,付出一定代价也是值得的。目前除了F-15SE外,伊朗根据美国F-5E研制的“闪电”战斗机也将前者的直立单垂尾改为外倾双垂尾,在相当程度上也是出于隐身考虑。
同样,4.75代机上的保形外挂也非常具有实战价值。目前部分4代机改型尽管也声称RCS大幅缩减,但这都是在无外挂条件下实现的,战时K携带外挂(武器弹药和副油箱),全机RCS将成倍上升,隐身性能迅速恶化,这样的隐身改造可谓华而不实。
在保形外挂的具体实现方式上,波音公司也善于根据不同飞机特点,灵活处理。例如F-15E飞机特殊的保形油箱安装方式使其适于携带投放武器,波音公司便将其改造成内置弹舱;而F/A-18E/F采用的是背负式保形油箱,无法沿用F-15SE的改造方式,波音公司就专门为其设计了可吊挂在机身下的“茧包”式武器吊舱。
“准隐身+体系支持”是一种另辟蹊径的生存力增强措施
近期推出F-15SE和F/A-18IR,体现了波音公司近年来在作战飞机隐身问题上所持的“准隐身+电磁干扰≈全隐身”观点,即:RCS只作适当缩减的准隐身飞机在电磁干扰配合下,也可以达到近似全隐身的效果,因此没必要一味追求技术难度大、造价昂贵的全隐身飞机。2009年2月,EA-18G电子战飞机(F/A-18F的电子战改型)在演习中“击落”一架F-22就是波音公司津津乐道的例证。目前美国海军采取的“准隐身主战飞机+先进电子战飞机”搭配模式(即F/A-18E/F+EA-18G,今后将过渡到F-35+EF-35)在实战中表现出并不亚于空军的突防/生存力,也在相当程度上验证了波音公司的这种观点。考虑到F-15SE~NF/A-18IR的RCS比F/A-18E/F有了进一步缩减,在电子战飞机的支援下完全能达到更高的作战效能。
对他国来说,由于其军队的体系支持(尤其是电子战)难以达到美军的水平,因此波音公司的上述观点显然不能照搬。尽管这样,由于大多数国家研发装备高性能全隐身飞机存在技术和财力上的巨大困难,在发展新装备时适当降低隐身性能要求、同时加强配套作战体系建设以求提高整体作战效能的做法无疑更加切实可行,因此波音公司的观点还是很有参考价值的。我们应看到,目前即使是英、法等欧洲国家也持类似的观点:作战飞机生存力可通过隐身、电磁干扰、任务规划、防区外打击等多种手段共同实现,没必要片面强求隐身能力。因此目前欧洲国家只装备“台风”、“阵风”等常规飞机,并且对其作战效能充满信心。
结束语
从历史上看,美国非常擅长于对现役飞机做看似改动量大、实则性价比相当高的改进,由F-5E/F改进而来的F-20(即F-5G,由3代机改进至4代机)和由F/A-18C/D改进而来的F/A-18E/F(曾被建议命名为F-24或F-25,由4代机改进至4.5代机)都是其中的经典之作。而在技术难度更大、以追赶5代机为目标的军机改进方面,美国进行的探索也由来已久:早在1987Ig原格鲁曼公司就曾提出过F-14的改进型——“雄猫”2l方案,经评估其价格仅为ATF(即现在的F-22)的60%,作战能力却达到后者的90%。而近期推出的4.75代机在目前的各种4/4.5代机改型中独树一帜,再次使美国在战斗机改进领域保持了世界领先地位。对其他国家来说,如果对其4/4.5代机改进有更高的性能要求,美国4.75代机的改进模式无疑非常值得参考和借鉴。