未来战机

可从哪些方面讨论未来战斗机的发展趋势？

高品质的发动机高效可靠的发动机是战斗机的心脏。很多国家战斗机的设计制造往往局限于没有高品质的发动机。俄罗斯飞机设计专家在提出第五代战机的设计要求时，列出了“4S”标准，即超高机动性，超高音速巡航，超视距攻击和隐身能力。其中的高机动性和巡航速度很大程度上都依赖于优秀的发动机。大推重比，现役的战斗机上装配的发动机的推重比大多在8~10之间，美国的F119发动机推重比为10.8，欧洲英德意西四国联合研制的EJ2000发动机推重比为9.5。要满足战斗机在进行超音巡航和超音突防、拦截的战斗任务，应尽可能提高发动机不开加力时的单位推力，这就要求发动机的推重比要提高20%左右，即推重比12～15一级，而目前，这一技术中涉及的一些关键技术包括降低涵道比，提高冷却系数，减少发动机级数还并没有较大的突破，解决了这些问题，大推重比发动机的研究将会有一个很大的飞跃。矢量推力，在俄罗斯军方2006年初研制的第五歼击机AL41上，使用了世界上最先进的矢量推力发动。这也代表了矢量推力技术将成为未来发动机的一个发展趋势。推力矢量控制是指通过改变发动机尾喷流的方向，提供俯仰、偏航和横滚力矩以及反推力，用于补充或取代常规由气动力面产生的气动力来进行飞行控制。应用了这种技术，战斗机就可以轻松实现很多高机动性的动作，以及过失速机动和短距起飞。目前，高效、轻质、低成本矢量喷管的研制是飞机推力矢量技术的核心和最大技术难点。冲压发动机，冲压发动机是一种新型的航空动力装置，和普通的燃气涡轮发动机不同，进入冲压发动机燃烧室的空气是利用高速飞行时的冲压作用来增压的。美国和澳大利亚都曾经进行过冲压发动机飞机的试飞实验。这种发动机有质量轻，推力大的特点，美科学家曾预言利用这种发动机可使飞机实现10倍甚至15倍音速的飞行，但由于冲压发动机在静止状态下不能自行启动，且尚存在低速性能不好，高空燃烧不稳定的问题，因此目前还出于研制阶段。一旦这些问题被解决，将带来人类飞行史上最大的速度突破。新的气动外形前掠翼，一方面，前掠翼可以为飞机提供更好的结构连接和气动外形，为飞机提供较好的低空操纵性和过失速的机动性，另一方面，前掠翼能提供更大的升力，从而满足短距起降和近距空战的要求。然而，前掠翼也存在着气动偏差和结构发散的缺点，高速飞行时机翼受到较大的扭矩，从而发生结构破坏，因此，前掠翼技术的应用很大程度上依赖于高强度的复合材料的发展，一旦突破了这个瓶颈，前掠翼将会在战斗机外型设计上占有不容小视的地位。无尾翼，飞机的垂直尾翼，保证了飞机的稳定、安全飞行和方向控制，但它增加了飞机的重量并易暴露目标，还是妨碍增加飞机其他功能的障碍。无尾翼技术则减轻飞机重量，增加飞机功能，改善隐身性能。所以，无尾翼飞机成为多国研究的热点。信息技术与电子对抗数字化信息化体系，未来的战斗机不应仅仅是一个独立的作战平台，而是建立在以信息化为基础的飞行器，把飞机变成数字化网络里面一个接点，一方面能够把自己发现的敌人目标实时地传到系统网络，为整个系统实施有效打击提供决策依据；另一方面还可以在网络里获取自己需要的任何信息，从而最大限度的发挥其应有的作战效能。电子对抗，电子侦察与反侦察、电子伪装与反伪装、电子干扰与反干扰、隐形与反隐形及反辐射导弹摧毁，电子技术在战斗机上越来越多的应用预示着未来的空战可能成为火力攻击的硬杀伤和电子对抗的软杀伤相结合的战争。隐身技术，未来的战机应该具有良好的隐身性能，一方面，战斗机要尽量减少自身的雷达反射面积，早期的隐形飞机F117以牺牲气动来达到隐身效果。另一方面，除了传统的隐身方法，一些新技术的出现将给隐身提供新的思路。俄罗斯目前正在研制的一种“等离子体隐形技术”，主要是通过等离子体云来实现隐形，规避探测系统。这种技术必须设计好等离子体云的特征参数。另外，随着“智能蒙皮”技术的发展，一种新的目视隐身的概念将更广泛的应用于未来飞行器上。这种蒙皮通过加载不同的电压根据环境改变自身颜色，在林区飞行时变为绿色，在沙漠则变为黄色，这样就增加了飞机低空飞行时的安全系数，减少了被地面人员目测发现的危险。防护装置和救生系统飞行员头盔系统，头盔是飞行员个体防护装置的一个重要组成部分，未来飞行员头盔发展的趋势是要研制功能强大、集综合性防护于一体的头盔系统。由于头盔显示器完全满足了肉眼态势感知的需求，所以JSF甚至可以取消平显，而增加了下显的面积以加强电子态势感知的显示空间。这种使座舱变得透明而不阻碍飞行员视野的“玻璃座舱”概念将是未来的头盔系统的发展趋势。弹射救生系统，作为飞行员紧急逃生的保障装置，弹射座椅在未来的发展中要求更高的可靠性和可操纵性能。美国正在研究将利用微波辐射改变推力方向的技术用于弹射座椅的可能性。由于采用了无源姿态信号技术，座椅不需要发射机，减少了一些零部件，增加了可靠性，降低了成本，而且可在任何高度上工作。另外，未来的弹射座椅应有更大的性能包线以适应战斗机更快的飞行速度和未来战场更复杂的战斗情况，保证飞行员在不利的情况下逃生的可靠性。无人战机由于无人作战飞机成本低、攻击能力和自我生存能力强且因为飞机无人驾驶，也就不需要复杂的生命保障系统，从而使飞机可以在大载荷下机动，因此在未来的空战中，无人战斗机将占据一个很重要的部分。但是，由于受现有技术条件，无人战机并不具备成为战争主体的能力，它还不能完全取代有人驾驶的作战飞机，而是一种优势互补。未来的空军编队中，可能会出现无人和有人战机混排，无人机扩大了人的作战范围和作战能力，最终形成人和计算机的协同作战。现代化改进英国空军曾计划于1990年代裁减美洲虎，但鉴于在海湾战争的良好表现，于是决定美洲虎继续服役直到被台风取代。英国空军整个美洲虎机队在诺福克科提肖空军基地重组为三个中队，期间美洲虎被持续被派往热点地区，参与了伊拉克禁飞行动和巴尔干半岛巡逻行动。此时美洲虎的标准涂装改为全机灰色。皇家空军在美洲虎的进一步现代化上付出了可观的努力，1990年代内连续实施了一系列复杂繁多的升级计划。1994年英国国防部颁布了“紧急作战需求”，为一部分美洲虎配备GEC-马可尼TIALD200目标指示吊舱，TIALD吊舱在头部集成了前视红外和激光目标指示器，该吊舱已在波斯尼亚上空经过验证。此次升级还涉及到对美洲虎进行MIL-STD1553B数字总线的改造、改进HUD、安装12.5cmX12.5cm平板式多功能下视显示器以及一个控制TIALD头部转动的操纵杆。经过TIALD升级的美洲虎型号改成了“GR.1B”，并且在1995年初投入到对波斯尼亚的11天连续轰炸中，通常与鹞GR.7伴随行动，并为其指示目标。TIALD要占用美洲虎一个内侧机翼挂架，所以只能在另一侧翼下挂载一枚激光制导炸弹，在中线挂架挂载副油箱。但是在波斯尼亚的实战结果是在中线挂TIALD，翼下挂两具副油箱，让其他飞机携带激光制导炸弹效果更好。TIALD升级的成功使英国空军继续美洲虎机队下两个阶段的升级计划。第一阶段是“美洲虎96”计划，基本上按GR.1B标准实施：支持TIALD、MIL-STD1553B总线、新HUD和TIALD操纵杆，但是并不是所有的美洲虎96都安装了GR.1B的多功能下显。美洲虎96还安装了HOTAS操纵杆，并改进导航攻击系统，在FIN1064系统内嵌入一个洛克维尔-柯林斯GPS接收机，此外还安装了英航宇系统与装备公司的地形匹配系统，该系统使用雷达高度计获得地形图，并与数据库中的已知地形图做对比，从而得知精确位置。类似的地形匹配技术已成功应用于战斧巡航导弹上。TERPROM也提供接地警告能力，这对于要在低空操作的飞机来说是一个很实用的功能。一个运行在PC上的任务规划系统可以用来为作战任务制定详细计划，并下载到美洲虎的航电中。“美洲虎97”计划在美洲虎96的基础上进一步改进：安装一个20cmX15cm大型彩色多功能下显，更先进的TERPROM任务计划系统，座舱布局与夜视镜兼容，还采用了GEC-马可尼和霍尼维尔联合研制的头盔瞄准系统。HMSS可以引导武器攻击偏离轴线的目标，也可用于导航。美洲虎96与美洲虎97之间的唯一看得见的区别就是座舱盖中央的HMSS头部位置传感器。第一架美洲虎96于1997年交付，美洲虎97在2000年首次交付。美洲虎96的正式型号是“美洲虎GR.3”，美洲虎97是“GR.3A”，美洲虎T.2也按美洲虎96/97的部分标准进行了升级，型号也改为“T.4”。英国空军计划将61架美洲虎单座型升级到GR.3A标准，18架双座型升级到T.4标准。但是美洲虎的升级计划还未停止，皇家空军又实行了“连续技术改进项目”以继续增强美洲虎的能力。经过改进，美洲虎可以挂载新研制的武器与吊舱，其中最重要的是BAe研制的“先进短程空空导弹”，ASRAAM是一种离轴发射导弹，意味着飞行员不需要将机头指向目标以获得锁定，可以配合HMSS使用。另一个新外挂是云顿GP“电子-光学”侦察吊舱，使用完全数字化的光学和红外线成像装备，取代了老式的BAC胶片摄像机吊舱，曾在巴尔干上空试用过。最近升级的飞机使用阿杜尔106替换了阿杜尔104发动机。阿杜尔106采用了T-45苍鹰教练机上阿杜尔811的核心机和加力燃烧器，以及数字发动机控制系统。与104相比，阿杜尔106简化维护，提高可靠性，并且推力增加了6%。所有阿杜尔106都翻新自阿杜尔104。60架美洲虎计划换装阿杜尔106，到2005年全部换装完毕，这距2008年美洲虎的预定退役年限仅剩3年，但发动机的升级仍具成本效益，阿杜尔104简直是后勤的噩梦。事实上美洲虎在迟暮之年还可能接受几次升级，候选方案包括“综合数据MODEM”，内置FLIR，集成瑞典BOL箔条-曳光弹发射器的翼上挂架，以及可以使用硫黄石导弹。虽然早在1990年代初英国空军就计划退役美洲虎，但它还是顽强生存到今日并不断接受升级，所以如果在2008年后仍看涂有皇家空军标志的大猫请不要惊讶。

未来飞机武器系统的发展特点是怎样的呢？

空中力量应如何适应未来国际环境下武装冲突的需求？新的军事技术革命给飞机武器系统及飞机的作战效能带来什么样的影响？这些是人们经常关注的军事航空领域中的重要问题。


实践表明，空中力量的作战效果取决于飞机、飞机武器系统及其作战方法。而飞机武器系统的发展必然受军事战略和战术思想变化的制约；从技术角度看又与飞机的发展、所攻击的目标特性和新技术的发展密切相关。所以，作战飞机的发展既是促进飞机武器发展的动力之一，又会在体积、重量、外形、能源和工作环境等方面制约武器的发展。


从对21世纪空中力量的作战环境、目标特性和新技术发展的分析与预测来看，未来飞机武器系统发展的主要特点是内部悬挂、远距（防区外）发射、发射后不管、精确制导、飞机和武器的综合控制以及能对付精导武器、隐身目标和实施信息攻击。


内部武器舱和保形外挂


武器可以安装在飞机内部，也可以悬挂在飞机外部。飞机内部空间有限，只能悬挂少量的武器；外部挂弹受空间限制小，采用三弹弹射弹架（TER）和多弹弹射弹架（MER），能在飞机的有效载重范围内尽量地多挂武器。但是，这种“圣诞树”式的外挂武器方式，不但会使飞机的飞行阻力急剧增加，而且还会增大飞机的雷达反射面积。采用内部弹舱还是采用外部挂弹主要是在增大载弹量与减小飞行阻力和雷达反射面积之间进行折衷。F-105、F-106、F-111和F-117A几种战斗机都有一个内部武器舱用于挂弹。而且在使用过程中，F-105和F-111战斗机也充分地利用了外部挂弹的有利之处。F-111（F-117A除外）以后的战斗机和攻击机放弃了内部武器舱，全部采用外部挂弹。这种构形一直延续到F/A-18战斗机。


武器外挂增加的阻力包括基本阻力，干扰阻力和配平阻力三部分。飞机外挂物对飞行阻力的影响通常用阻力指数（DragIndex）来描述。当飞机外部没有悬挂装置和武器（即飞机外表面很“干净”）时，阻力指数（DI）为零，通常悬挂装置和外挂武器越多，DI值越大。对同样的悬挂装置和外挂武器来说，飞机的飞行速度越高，则DI值越大。也就是说，DI值的大小通常与飞机的类型、飞行高度、飞行速度、外挂武器（含悬挂装置）的数量、类型和悬挂的位置有关。基本阻力的阻力指数变化很大，干扰阻力对应的阻力指数的最大值为25～30，配平阻力对应的阻力指数不超过5。例如，F-111战斗机在高空无外挂时的最大速度可达M2.5；在弹舱内挂一颗B43核炸弹、外部只挂2枚AIM-9“响尾蛇”空对空导弹时，阻力指数为20。


外挂4颗口径907kg的MK84炸弹时，阻力指数为100；当外部挂24颗MK82通用炸弹时，阻力指数高达180～200，这时的最大速度只有M0.8左右。这表明超音速飞机外部挂满炸弹后也只能用亚音速飞行。飞机外挂副油箱和武器后，由于阻力增大和外挂物重量对作战半径所产生的综合影响是，通常使其作战半径比净形飞机减少50%左右。武器外挂对飞机飞行性能带来的另一种不利影响是限制了飞机的机动性。一架飞机在净形时过载可以拉到7g，加上外挂后很难持续拉到3g。下一代战斗机的飞行速度将比现役飞机的典型速度大，而且将采用超音速机动和超音速巡航。如果把武器挂在飞机外部必将引起更大的阻力。为了防止出现这种不利的局面，可能像F-22那样，再次把武器挂在飞机内部。


武器内挂时带来的另一个好处是可以减小飞机的雷达反射面积。众所周知，隐身特性（目标的低可探测性）从攻、防两个方面影响着未来的作战飞机。首先，具有隐身能力的飞机可以明显地改善自身的生存力。例如，战斗机或轰炸机在370公里的突防过程中损失率可从13%减少到6.5%。在其他因素不变的情况下，雷达的最大探测距离与目标的雷达反射面积的四次方根成正比。目标雷达反射面积下降一个数量级，则雷达对该目标的探测距离将降低44%。这表明，面对具有隐身能力的目标，攻击飞机必须提高自身雷达探测距离或采用反隐身雷达和采取对付隐身目标的综合探测手段。为减小飞机的雷达反射面积，武器要尽可能地内挂或采用保形外挂。因为减小飞机的雷达反射面积，在外形设计上要尽可能避免三种情况：空腔和角反射器，它们能在较宽的扇区内产生高的雷达反射面积值；镜面入射的平板，它们在窄的扇区内产生高的雷达反射面积；侧圆柱体，它们在所有的方位上都产生高的雷达反射面积。例如，一块垂直雷达波束的0.01平方米（10cm×10cm）小平板，它的雷达反射面积是1平方米，是实际面积的100倍。而外挂架与机翼或机身的连接处恰好是一个典型的角反射器，应当尽量地避免。分析表明，飞机雷达反射面积减小到原来的十分之一时，将使飞机遭受由雷达控制的地对空导弹截击的概率减小40%，雷达反射面积小在超视距空战中也相当有利。


减小外挂物飞行阻力和雷达反射面积的另一条途径是采用全埋式保形悬挂法。这种方法是将全部悬挂装置和大部分外挂物埋入飞机内部，外挂物的圆柱形表面与机翼或机身的表面相切，从而保证飞机具有良好的整体流线型。飞行试验表明，在改装的F-4B试验机上，保形挂架使总阻力下降60%，飞机的作战半径大约增加50%，在目标上空的活动时间增加1倍；在F-15C飞机上，保形油箱的阻力比两个挂架挂副油箱的阻力减小50%。


远距（防区外）发射


超音速巡航和在空战中同时与几个目标交战，都要求飞机能在距目标很远的距离上发射武器。如前所述，假定用1.15的速比迎头截击m1.4的目标时，则双方的接近速度高达3倍音速。即使双方相距250公里，在4.2分钟后也会相遇。所以，在未来的空战中，特别是截击携带核弹头等大规模杀伤性武器的运载体时，超视距作战将是一种主要形式。目前正在研制的中、远距空对空导弹的最大射程已达到50～185公里，或更远。


在空对面攻击中，攻击飞机的主要危险是飞越目标上空和被迫进入目标的防御火力范围之内。实践证明，减少攻击飞机损失的最有效方法是从目标防御火力范围之外（Stand-off）发射武器攻击目标。这类武器的发射距离取决于飞机的作战目的、武器弹头的威力、所攻击目标的特性及防御火力的情况等因素，其范围从几十公里到上千公里。在直升机反坦克作战中，实战和模拟都表明，武器的发射距离和直升机与坦克的损失比密切相关。当作战距离为2500米时，两者的损失比为1∶10，作战距离增大，上述损失比下降；当直升机发射武器的距离超过4000米时，则直升机的损失变得微乎其微。因此，未来反坦克直升机的反坦克导弹的发射距离大约是4000～6000米。