从“零”开始

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  从明治维新时代开始,日本就立志要成为世界一流的工业强国。在第二次世界大战中,日本的“零”式战斗机以其出色的速度和机动性,曾一时间横扫太平洋无敌手,打得美英等强国一筹莫展。战后日本重建,复兴航空工业当然也是一个重要内容。但由于种种原因,日本的航空工业成为强大的现代日本工业体系中一个引人注目的缺门,但这不等于日本就此放弃了努力。
  
  纯国产梦想
  
  战后日本航空工业由组装和引进制造F—86开始,日本版的F—86J成为战后新组建的日本航空自卫队的主力。60年代时,随着技术的进步和国家经济的好转,日本开始寻求真正重建航空工业,开始寻求自主设计的战斗机。
  60年代是追求高空高速的年代,日本航空自卫队已经装备了“有人驾驶的火箭”F—104J战斗机。为了使飞行员及早适应超音速飞行,世界范围内的航空工业都开始设计新一代的喷气式教练机,其中有些具有超音速要求,日本的T—2就是这样一架超音速高级教练机。T—2在外观上结合英法合作的“美洲豹”攻击机和美国的F—4“鬼怪”式战斗机的特点,采用双发、两侧进气道,下反的上单翼和平尾,面积很大但高度较低的截梢梯形垂尾。机身采用跨音速面积率的蜂腰修形,在气动设计上符合60年代的潮流,中规中矩,没有太大的突出。战后日本的第一架战斗机就以T—2为基础,称为F—1。F—1和T—2在外观上最大的区别在于后座被机身蒙皮所覆盖,所以外观上有点驼背的样子,腾出的空间用于装载电子设备和额外的燃油。
  由于F—1从一开始就不是专为战斗机设计的,而是把F—1作为具有一定空战能力的攻击机来设计的,其性能受到定的局限。所以“F”,的编号有点误导。F—1的性能也中规中矩,作为对地对海攻击机不错,可以挂载各种美制和日制的常规和精确制导弹药,但作为战斗机有点勉强。好在日本航空自卫队有F—104“星”式战斗机和F—4“鬼怪”式战斗机撑大梁,F—1平平的空战性能不是一个大问题。
  进入80年代末90年代初,日本经济如日中天,F—1战斗机也要考虑后继问题了。日本航空自卫队向各国发出招标,美国的F—16、F—18和欧洲的“旋风”参加竞标。但出人意料的是,日本航空自卫队宣布,所有外国竞标者都不符合要求,只有日本自行研制才能符合要求,这就是FS—X,意为“下一代支援战斗机”,支援战斗机是日本对具有空战能力的攻击机的比较隐晦的说法。
  


  虽说是支援战斗机,但当日本向世界公布研究方案的时候,FS—X显然具有很强的空战能力。根据不同阶段的模型和想象图,FS—X具有无尾三角翼和鸭式前翼,采用单座、双发、双垂尾。有意思的是,FS—X没有采用在美国流行的正常布局,而是采用在欧洲流行的鸭式加无尾三角翼的布局。但机腹进气道显然受到F—16的影响,而外倾的双垂尾则受F—18的影响,座舱和前机身除进气口位置外,显然受到F—15的影响。FS—X综合采纳多种战斗机的设计特点,一方面体现了日本工业界兼收并蓄的特点,另一方面也体现了日本在战斗机设计上缺乏独创精神和技术基础的事实。日本希望通过借FS—X的研制来凝聚和形成独立的航空工业,但日本的梦想在美国的强大压力下破灭了。
  日本航空自卫队的竞标刚结束,美国和欧洲就表示强烈抗议,认为日本人为操纵竞标规则,有意使所有竞标的外国战斗机部落选,而只有日本自己的FS-X可以入选。这当口正好美日贸易不平衡严重到影响美日政治关系,日本拒绝采用美国战斗机被提升到拒绝认真对待贸易不平衡问题的高度。所谓美国担心日本在国际市场上和美国战斗机竞争,这其实是无中生有,日本宪法规定日本不得出售军火。在美国的强大压力下,日本被迫放弃自己的FS—X,而在美国F—16的基础上研制,其结果就是现在正在生产的F—2。早期的F—2方案还在座舱下有一对相当于前置腹鳍的垂直鸭式气动控制面,这是80年代十分风行的所谓随控布局,用前后气动控制面的组合实现非常规的机动动作,例如不改变机头指向的水平或垂直平移、不改变前进方向而改变机头指向等,用以极大地提高战斗机的机动性。作为攻击机,这些非常规机动性当然也能提高非制导炸弹和火箭、航炮的命中率,但过于豪华了一点。据说现代电传操纵系统可以不用额外的气动控制面就实现非常规机动,所以F—2上最终取消了前置机动腹鳍,但没有听说F—2有非常规机动能力,或许精确制导弹药的大量使用使这种能力不再必要。不过美国在研制F—22时,并没有因为具有越肩发射能力的AIM—9X的投入使用而放松超机动性。在美日之间技术转移和生产配额的不断扯皮中,和F—16大同小异的F—2直到21世纪初才姗姗来迟地进入现役。
  放弃自主研制FS—X的结果就是放弃了自主的航空工业。F—2不是简单的对F—16的抄袭,但F—2与F—16的渊源实在太深,和F—16原型相比,没有跳跃性的进步。日本除了在纸上谈兵阶段对战斗机的设计过程走了一小段外,还是没有在实践中把整个过程走一遍。工程设计不是纸上谈兵,是实干出来的,是很多细节堆积出来的,很多事情只有亲手做一做才能体会到其中的奥妙,但日本再次错过了这样一个机会。在70年代开始设计的时候,F—16是十分先进的战斗机,在设计概念上采用能量机动理论,在飞行控制上采用电传操纵,在气动设计上采用翼身融合体和机腹进气道。但到了90年代,更先进的设计概念已经涌现,比如当时正在设计和试飞的F—22就是基于隐身、超音速巡航、超机动性的概念。F—2本来可以是全新的一代战斗机,但最后成为基本概念已经20年之久的炒冷饭之作。日本在F—2的制造上采用了先进的整体成型复合材料机翼和主动电扫雷达,但具体的制造技术和系统技术再先进,也难以突破基本概念的局限。
  
  日本ATD—X计划
  
  进入21世纪,日本航空自卫队再次面临战斗机更新的问题。现役主力F—15J已经有年头了,随着东亚地区新型战斗机的大量服役,日本航空自卫队赖以维持自信的技术优势不再存在,急需升级到下一代战斗机。然而,出于种种原因,美国拒绝向日本出售F—22战斗机,F—35还要等好几年,其性能也不足以使日本航空自卫队重建信心。于是,日本再次试图自行研制新一代战斗机,这就是不久前露面的ATD—X的背景,ATD—X意为先进技术验证机,不一定直接以此作为新一代的战斗机,但为新战斗机的研制探路的意图是没有疑问的。
  日本的军工科研机构称为防卫省技术研究本部,简称TRDI。FS—X是由TRDI挑头的,ATD—X自然也是由TRDI挑头。外界对ATD—X的历史和沿革一无所知,只能从已经公布的全尺寸雷达反射面积测 试模型来推断。从外观看,ATD—X明显受F—22的影响,以隐身为主要设计原则,采用正常布局,单座,双发,梯形机翼,外倾的双垂尾,机身两侧斜切的菱形进气道,发动机喷口具有三维推力转向能力。再仔细看,基本气动布局和机体侧面的折边受F—22的影响,阶梯式升起的座舱受“苏—27”的影响,相对靠前的双垂尾和机翼形状受F—35的影响,后机身两侧的边条和平尾的安装方式受F—16/F—2的影响。和近20年前的FS—X一样,由于缺乏独立的技术积累,日本的战斗机设计依然处在“天下文章一大抄”的阶段。博采众长固然没有错,但每一架战斗机的设计都有自己的道理,都是在一定的设计理念下经过反复优化后的结果。在缺乏很强的综合能力和完整的独立设计理念的情况下,断章取义地抽取各家的细节拼凑起来,各部分之间的协调和优化不当可以抵消单独来看应该很优秀的细节的优点。
  优秀的战斗机设计从优秀的概念开始。这像写文章一样,大作家和小学生都认识那几个字,但立意和组织就是两者之间的差别了。F—16之所以优秀,不是因为先进技术的堆积,而是因为以能量机动理论为基础的设计概念。战后60年来,日本航空自卫队基本上没有任何实战经验,也没有长期组织大规模对抗性实战演习的经验,仅仅作为美国的盟军参加联合演习是不够的。日本航空工业也没有日积月累的独立设计和制造经验,先进的设计理念就成了无本之木、无源之水。隐身、超音速巡航和超机动被认为是第四代战斗机的特征,但隐身到什么程度、全向隐身还是选择性隐身,这些不是拍拍脑袋就可以正确定位的,超音速巡航的定义到现在还有争论,如果能够不开加力可以达到超音速就算超音速巡航,那采用F110发动机的F—14D就可以达到超音速巡航,“台风”更加如此。但如果要不开加力达到1.5倍音速以上才算超音速巡航,那为什么是1.5倍而不是1.2或者1.8倍呢?战术依据是什么?超音速巡航的一种定义是航程内至少半以上都可以处于超音速,以保证超音速进入和退出战区,那样算来,F—22都不能算超音速巡航。假定ATD—X具有超音速巡航能力,那ATD—X的超音速巡航到底是哪种呢?第三代战斗机已经达到人体过载的极限,新型空空导弹的过载能力大大超过战斗机和人体的承受能力,超机动到底意味着什么?有什么意义?这些问题不是一架ATD—X就可以回答的,相反,ATD—X应该是对这些问题研究的技术积累的成果。然而,至少从公开报道来看,日本并没有这样的技术积累可以依靠。
  F—22的机体大量采用复合材料,考虑到F—2也大量采用复合材料,日本在制造技术上或许并没有太大的问题。F—2上的主动电扫雷达在实用中应该积累了相当的经验,更加先进的主动电扫雷达至少在理论上应该也不是技术瓶颈。在武器技术上,日本已经自主开发了采用凝视阵列红外制导的AAM—5先进格斗导弹和主动雷达制导的AAM—4先进中程空空导弹,从美国引进AIM—9X和AIM—120应该也没有问题,所以这也不是问题。然而,F—2最后走了拿来主义的道路,其后果现在就体现出来了。在确立战斗机的设计概念后,气动外形和发动机决定了战斗机的基本性能,皮之不存,毛将焉附?ATD—X的气动设计是否优秀,不能由模型的漂亮与否来决定,而是要由风洞和实际飞行来决定。斜切的菱形进气口对超音速巡航和大迎角下气流畸变的影响,机头两侧折线的等效边条作用,外倾双垂尾避开机身上表面涡旋的问题,后机身边条和机翼、平尾的交互作用问题,这些都需要大量的风洞数据。日本没有系统的风洞群,战斗机设计需要到别的国家去吹风,如美国和法国。美国和法国都是盟国,日本去做一般的研究性吹风没有问题,但涉及国家机密的具体设计也依靠外国的风洞就成问题了。首先,日本不会希望外国太清楚日本最新战斗机的能力和关键设计技术;其次,外国也不希望共用风洞导致本国机密技术的“交叉污染”和不受控制的技术转移,所以使用外国风洞必定对双方有很多限制,在具体工作中,这些限制将大大降低工作效率。这还不算外国本身也有自己的研究项目需要吹风,到时候谁等谁不是一个很难猜想的问题。
  另外一个大问题是发动机。日本正在研制XF7发动机,据说这是一台50千牛级的高涵道比(涵道比为8)涡扇发动机,那样的话,XF7就是为P—X和C—X用的,不过这不排除其核心发动机和ATD-X共用的可能。但是50千牛级的发动机作为高性能战斗机的发动机太小了,又几乎不可能升级到150千牛级,升级到100千牛级都是非常吃力。假定ATD—X使用两台100千牛级的发动机,那飞机的起飞重量将受到极大的限制,将不超过“米格—29”的水平,如果要求超音速巡航,起飞重量还要进一步受到限制,估计不能超过F—16的水平。按照第三代战斗机的要求,F—16的起飞重量水平也不差,但隐身战斗机要求采用机内武器舱,这是F—22的尺寸和起飞重量比F—15大很多的主要原因。如果采用像F—35那样的机内和外挂混合的武器装载方式,隐身效果将大大下降,这也是美国愿意出售F—35但拒绝出售F—22的一个重要原因。在中型战斗机上采用双发,将进一步限制可以装载武器和燃油的机内有效容积,“米格—29”就是吃了这个苦头,以至于非常优秀的机动性被短得令人难为情的航程拖了后腿。ATD—X如果发展成实用型战斗机,将逃脱不了同样的命运。
  日本当然可以用引进的发动机。现在不清楚ATD—X的具体尺寸和起飞重量,假定ATD—X和F—35的起飞重量相仿,那双发的ATD—X有美国的F—404或者加大推力的F—414、法国的M88、英国的EJ200可以选用,除了EJ200号称有一定的超音速巡航能力外,这些发动机都不是为超音速巡航而优化的,可能需要幅度不小的修改。采用美国的F1D0或者F110将大大增加ATD—X的尺寸,但同样有为超音速巡航优化的问题。另外,F100和F110没有出口的先例,除非是装在F—15或者F—16战斗机上,不过这或许不是一个问题。最理想的是用降低推力的F119,但美国要是不肯出售F—22,出售F119装备到一架外国战斗机上的可能性也不大。
  还有一个问题是推力转向。ATD—X的模型显示其双发采用花瓣形推力转向装置,这可以相对容易地实现三维推力转向,但花瓣之间“漏气”,所以偏转以产生推力转向时,可能有不小的推力损失。为了减少正常状态的推力损失,这些花瓣不能像F—22的F119发动机一样用作发动机的收敛一扩散喷管的一部分,在结构重量上效率较低。F119矩形的二维推力转向喷口同时有把喷流“压扁”的作用,以增大与周围环境的冷空气的接触表面,加速冷却,降低红外特征,ATD—X的发动机也不能做到这一点。
  
  最终的归宿
  
  日本的雄心很大,推出ATD—X的动作也做得很大,但日本的用意可能不是表面上的那么清楚。如果日本真的意图通过ATD—X来带动航空工业,以日本的经济实力,应该大力兴建航空基础研究设施,建立风洞群、高空试验台、电磁波测试室等,就像中国在过去几十年里的做法一样。但是日本对这些基础设施的建设按兵不动,反而用外国设施进行这些应该是保密也来不及的研究,不能不使人怀疑日本是在钓鱼,而不是真心振兴航空工业。在FS—X时代,美国愿意出售F—16和F—18,但日本想自己干,被来自太平洋彼岸的一桶冷水浇灭了火花。这一次,或许情况颠倒了过来,日本想买F—22,但美国不卖,于是日本假惺惺地自己研制ATD—X,希望像台湾的IDF一样,诱使美国最后准许向日本出售F—22,而不仅仅是F—35。如果真是这样的话,那日本战斗机从“零”开始,最终还是要向零归结。
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