對美國4.75代戰斗機的思考

對美國4.75代戰斗機的思考

2005年12月美國F-22的入役代表著世界戰斗機發展進入了5代機(為便于表述，本文中采用的是目前美國等西方國家最新的戰斗機劃代標準，此處的5代機即目前國內所稱的4代機，下文中將提到的4.5代機即目前國內所稱的3代半戰斗機)時代。鑒于5代機在戰技性能方面的巨大跨越，在5代機的陰影下，現役4代機應如何改進升級才能在未來市場以至戰場上求得自己生存和發展的空間?這值得各國軍方、工業界重視和深思。近年來美國通過推出兩種4.75代戰斗機，在此領域進行了一次積極探索，其中一些頗具創意的設計思想和技術措施很值得借鑒和參考。

美國4.75代戰斗機簡況

所謂的4.75代(部分國外媒體也將其稱為4++代)戰斗機是指美國波音公司近期推出的兩種4代機的終極改進型——F-15SE“沉默鷹”(silent Eagle)和F／A-18E／F“國際路線圖”(InternationalRoadmap，以下稱F／A一18IR)，二者分別于2009年3月和2010年7月面世，是在現役4代機F-15E和4.5代(或稱4代半)機F／A-18E／F基礎上引入部分源自F-22／-35等5代機的先進技術改進而成。與原型機相比，F-ISSE和F／A-181R重點做了以下三方面改進：

提高隱身能力

現役4代機大部分誕生于上世紀70～80年代，以追求高機動性為目標，在結構和氣動設計方面已經相當成熟，但是在隱身性能方面卻缺乏考慮，存在先天不足。4.75代機重點對此進行了改進，除了采取機體表面覆蓋吸波涂層、座艙蓋金屬鍍膜等常用措施外，還推出了兩種創新手段。

(1)局部修形

F-15SE將雙垂尾改為與F-22／35等5代機類似的向外傾斜15。使之與平尾不再成直角，從而在一定程度上減少對側向雷達波的角反射器型反射，再加上傾斜垂尾的側向投影面積也比直立垂尾有所減小，因此使全機的側向RCS有了相當程度的降低。

F／A一1SIR則繼承了F／A一18E／F的準隱身外形。其上的Caret進氣道源自F-22，該進氣道唇口前緣具有大后掠角可使敵方雷達回波峰值信號偏離機頭方向，同時進氣道內壁涂有吸波材料，發動機風扇前方還裝有屏蔽斜板，使整個進氣道具有良好的隱身性能。此外，F／A-18IR還沿用了F／A-18E／F上的許多低成本隱身措施(如采用鋸齒形口蓋／艙門，重新排列接頭、邊角和天線角度等)。

(2)保形外掛

由于外掛物自身的RCS加上其與飛機機體間的互反射效應，外掛物一直是作戰飛機上的強反射源，最徹底的解決辦法就是像5代機那樣在機體內設置內埋彈艙，但這對4代機來說已很難實現。目前F-15SE和NF／A-1SIR采用的是退而求其次的辦法——保形外掛。

F-15SE在機翼下部、進氣道兩側各攜帶一個特殊設計的保形油箱，其內部部分空間可用作內埋彈艙；F／A-181R則是通過在機身兩側、翼根上部加裝保形油箱(與F-16 Block60類似)，空出機身下方中線處的掛架攜帶一個“繭包”式武器吊艙。

通過以上措施，有效地降低了4.75代機的RCS。波音公司曾透露F-15SE的前向RCS與F-35出口型非常接近，F／A-18IR則可能更低。戰時再配合電磁干擾，二者的隱身效果還將進一步提高。

改善態勢感知能力

F-15SE和F／A-1SIR都換裝了作為5代機標準配置的有源相控陣(AESA)雷達(型號分別為APG-82和APG-79)。與4代機上的脈沖多普勒(PD)雷達相比，AESA雷達在作用距離、掃描速度、抗干擾性能、低截獲概率、多目標接戰能力、可靠性等方面均有質的飛躍。此外。由于AESA雷達天線可向上傾斜安裝，讓敵方雷達波偏離照射方向從而有助于減小全機RCS。

F／A—18E／F和F-15SE均加裝了紅外搜索與跟蹤系統(IRST)。與傳統的機載雷達相比，IRST采用紅外探測原理，工作時不發射電磁波，隱蔽性好，抗電磁干擾能力強，戰時可以與雷達系統切換使用(雷達故障、被干擾或者有意關閉等情況下)，同時還提高了對小Rcs目標(如隱身飛機和低空飛行的巡航導彈)的探測能力。

按照國外媒體的評估，F／A-1BE／F上加裝的固定式IRST(位于前機身下)與新換裝的、可實現360°全向覆蓋的導彈來襲／激光告警設備相配合，再加上重新布置、安裝有全景顯示器的新一代座艙以及更先進的航電架構，其綜合能力已經接近F-35A的AN／AAQ-37光電分布式孔徑系統(EODAS)。

增強電子戰能力

為了增強復雜電磁環境下的電子對抗能力，F／A-18IR將采用F／A-18E／F系列中最新批次(Block2)上的綜合防御電子對抗系統(IDECM)，該系統以AN／ALQ-214射頻干擾器(RFCM)為核心，同時集成了雷達告警接收機、導彈逼近告警器、光纖拖曳式誘餌(FOTD)和箔條／紅外干擾彈布撒器等設備。今后IDECM還將與機載APG-79型AESA雷達交聯，在使IDECM具備電子情報收集、特定輻射源識別、單機和多機輻射源地理空間定位等能力的同時，還將使APG-79雷達可作為干擾機使用。

F—15SE換裝了由英國BAE系統公司研制的新型數字式電子戰系統(DEWS)。該系統由F-22／35上的同類設備發展而來，性能與后者處于同一水平，包括雷達告警接收機、雷達干擾機、干擾物投放裝置和干擾消除器等子系統。上述子系統之間實現了更好的集成從而可與機載有源相控陣雷達配合使用，在提高態勢感知能力的同時還可減少雷達開機、高功率掃描和大空域掃描的時間。DEWS還采用了一種被稱為“梭魚”(Barracuda)的模塊化軟件架構體系，通過交錯工作模式，可允許飛行員對敵方雷達實施持續干擾，同時不影響己方機載雷達及雷達告警接收機的正常工作。

經過上述改進以后，F-15SE和F／A-18IR的綜合戰技性能上了一個新臺階，不僅明顯優于“臺風”、“陣風”、“鷹獅”等典型的4.5代機，即使與俄羅斯近期推出的4++代機(蘇35S和米格-35)相比也略勝一籌，已逐漸接近5代機中低端機(如F-35)的下限。正因為如此，這兩種飛機被國外分析家認為是比目前4.5代戰斗機代表的技術層次高了0.25代，而將其稱為4.75代。

美國4.75代機改進模式的主要特點

由于現代戰斗機的研制周期越來越長、費用越來越高，加上冷戰后各國軍費驟減、軍隊換裝速度大大延緩，使得對現役戰斗機進行改進升級成為一種長期的趨向。目前除美國外，俄羅斯和歐洲也在對其4／4.5代機實施進一步改進，但俄、歐的改進基本上都停留在發動機、航電系統和機載武器更新升級的傳統模式上，飛機戰斗力僅有量的提升，難以有質的跨越。美國4.75代機則在傳統改進模式基礎上引入了一些新的創意，表現出以下特點：

產品定位獨特，目標市場明確

波音公司推出4.75代機的目的很明確，就是要用該機來滿足未來5代機大量投放市場前國際客戶及美國空軍對先進戰斗機的需求，這表現在兩方面：①從國際市場來看，由于當前4／4.5代機市場日趨飽和，5代機則因F-22被美國禁止出口、F-35研發進度一拖再拖而出現空白，需要一種性能介于二者之間的戰斗機作為過渡；②從美國內市場來看，由于現役F-15／16機隊日益老化、F-22將于2012年停產、F-35裝備計劃延期等原因，今后一段時期美國空軍戰斗機隊規模將會逐漸萎縮，屆時很可能需要采購一批新機用于填補因此而出現的戰力“缺口”。

目前波音公司的市場戰略已取得初步成功，開始與多個國家接洽商討F-15SE和F／A-18IR的出口事宜。美國空軍盡管尚未考慮采購4.75代機，但從其近期動向來看，今后至少會用4.75代機的部分技術改裝現役飛機。充分挖掘現役機型潛力，盡量沿用成熟技術

F-15SE和F／A—18IR均是在現役飛機基礎上改進而成而非全新開發，這主要是考慮到其原型機還有進一步改進升級的潛力，在保證平臺基本性能的同時還將帶來成本和可靠性優勢，這表現在：(i)F-15E和F／A-18E／F作為4／4，5代戰斗機中的代表機型，其平臺性能至今仍不落后，部分指標與5代機相比也不遜色(例如近期的試飛結果就表明F-35的飛行特性與F／A-18非常接近)；②F-15和F／A-18E／F均已服役多年并經受實戰考驗，平臺技術成熟，穩定可靠；③受益于先進思想的指導，F-15和F／A-18E／F在研制之初就為今后的改進升級預留了空間；④F-15和F／A-18E／F作為雙發重型戰斗機擁有較大的機體，易于在改進時換裝新設備。

從目前波音公司展示的F-15SE和F／A—18IR原型機來看，二者機體結構和氣動布局均沒做大的變動，甚至可由在役同型飛機通過更換相關系-統、加裝新式保形油箱／武器吊艙直接升級而成(F 15SE首架原型機就是租用美國空軍的一架現役F-15E改裝而來)。不僅如此，4.75代機改進過程中所引入的先進技術也都來自F-22／35等5代機，其AESA雷達、電子戰系統、吸波涂層等都盡量使用現有成品或其衍生產品。

針對主要性能差距，重點提高隱身能力

在目前5代機所具備的隱身、超聲速巡航、超機動和高度綜合的航電系統等各項性能特征中，隱身是其與4代機之間最主要、也是后者最難趕超的性能差距。由于5代機具備隱身優勢，在與4代機交戰時可以做到“先敵發現，先敵攻擊，先敵摧毀”，甚至使戰場單向透明，呈現一邊倒的態勢。因此，4代機要縮短與5代機之間的戰斗力差距，首要問題就是盡可能提高自身的隱身性能。F-15SE和F／A-18IR在改進中就把提高飛機的隱身性能作為重中之重，除了沿用目前常用的一些RCS縮減措施外，還推出了“局部修形+保形外掛”的創新手段，最終取得了較為顯著的效果，使其綜合戰技性能與其他4代機改型拉開了差距。

相比之下，俄羅斯近年來推出的4++代機重點強調提高飛機機動性的做法(換裝全向推力矢量發動機)很值得商榷，至少可以說其實戰價值不如隱身突出，這表現在：①現代戰斗機配備的先進頭盔瞄準系統和高性能近距空空導彈，可以在相當程度上彌補載機在機動性方面的差距，使超機動性帶來的近距格斗優勢有所下降；②追求超機動性、但是隱身性能沒能同步提高的飛機很可能還在接敵過程中就遭到敵方先發制人的打擊，其近距格斗優勢將無從發揮。

注重提高綜合性價比，不追求性能面面俱到

盡管4.75代機力求縮短與5代機之間的性能差距，但是并沒有在各項性能指標上與5代機全面攀比，而是根據研發成本、作戰需求和時間進度等要求，對其進行了合理取舍以求獲得最佳性價比，為此不惜放棄了部分本來有可能實現的能力。例如，F-15SE和F／A一18IR均不具備作為5代機重要性能特征的超聲速巡航和超機動能力。但是單從技術角度來講，要使F-15SE具備超機動能力并不存在不可克服的困難，因為原麥道公司(后并入波音公司)曾與美國航空航天局(NASA)合作，有過研發F-1 5S／MTD及F-15 ACTIVE技術驗證機(F-15B基礎上加裝前翼、換裝推力矢量噴口)的成熟經驗。之所以F-15SE沒做類似改進，主要是波音公司考慮到這樣做的代價太大(僅一臺先進推力矢量發動機就價值數百萬、上千萬美元)，與其帶來的實戰價值相比有點得不償失，因此從性價比的角度來看并不可取。

值得指出的是，美國即將服役的F-35盡管被列入5代機，但該機并不同時具備5代機的各項性能特征，同樣放棄了超聲速巡航和超機動能力。

對美國4.75代機改進模式的思考

對世界各國空軍來說，由于近期內爆發大規模戰爭的可能性不大、5代機價格昂貴使其難以大量采購裝備、現役4代機還有相當長的使用壽命等原因，在今后相當長時期內沒必要也沒有能力全部換裝5代機，而4代機仍將在各國空軍裝備體系中占有相當比重，甚至繼續充當主力。但考慮到未來戰場環境的變化，現役4／4.5代機將很難滿足作戰需求，對其進行改進升級勢在必行。美國4.75代機為此所做的一些獨創性探索，對其他國家同類飛機的改進具有相當的啟迪和借鑒意義。

“4代機平臺+5代機技術”是一條經濟適用的軍機改進途徑

沿用現役4代機機體，除了保證飛機基本平臺成熟可靠外，對研制廠商來說，將有助于減少投資、降低技術難度縮短研制周期，降低生產成本和產品單價；對用戶來說，可以保證4.75代與現役4代機之間有較好的技術繼承性，不但有助于降低全壽命周期費用，而且空地勤人員上手快，有利于新機盡快形成戰斗力。

而盡量選用原來為5代機開發的部分先進技術(航電、武器和材料等)，在保證4，75代機關鍵性能得以提升的同時，還將帶來以下優勢：①避免專門為4，75代機開發全新產品而帶來的成本上升和進度延遲；②有助于分擔5代機的部分研發成本，提高其經濟可承受性；③有利于戰時4，75代機與5代機的協同作戰。

盡管由于原始外形設計限制等原因，通過“4代機平臺+5代機技術”途徑發展而來的4，75代機在隱身等性能指標上仍與5代機有相當差距，但是對于4／4，5代機已具備不對稱優勢，若考慮到戰時己方體系支持等因素，也有能力與敵方5代機對抗。

目前美、俄軍方均是“4代機平臺+5代機技術”途徑的支持和實施者：俄羅斯即將服役的4++代機蘇35S是在4代機(蘇27)機體上引進5代機(PAK FA)部分技術改進而成；根據近期美國媒體的報道，目前美軍正在考慮的應對所謂中國“殲20威脅”方案并不是采購更多的F-22，而是借助新技術升級改造F-15并采取F-15與F-22配合作戰的戰術(改裝有大功率AESA雷達的F-15負責探測空中目標，F-22則關閉雷達、隱蔽接敵發起攻擊)，美軍認為這樣的措施比單純依靠昂貴的F-22更高效。

“局部修形+保形外掛”是一種行之有效的Rcs縮減手段

由于目前軍用飛機的雷達隱身能力大部分(約80％)是由外形設計決定的，要提高4代機的隱身性能，對其外形結構做適當修改和調整很有必要。波音公司通ii4，75代機的開發，在此領域中做卜些獨創性的探索，其部分別具匠心的設計很值得關注和借鑒。

例如，F-15SE將直立垂尾改為與5代機類似的外傾15°，使這一傳統飛機上最大的側向雷達反射源得到很大程度抑制，盡管這樣一來機體結構和飛控系統都必須做相應修改，但考慮到由此帶來的隱身性能顯著改善，付出一定代價也是值得的。目前除了F-15SE外，伊朗根據美國F-5E研制的“閃電”戰斗機也將前者的直立單垂尾改為外傾雙垂尾，在相當程度上也是出于隱身考慮。

同樣，4.75代機上的保形外掛也非常具有實戰價值。目前部分4代機改型盡管也聲稱RCS大幅縮減，但這都是在無外掛條件下實現的，戰時K攜帶外掛(武器彈藥和副油箱)，全機RCS將成倍上升，隱身性能迅速惡化，這樣的隱身改造可謂華而不實。

在保形外掛的具體實現方式上，波音公司也善于根據不同飛機特點，靈活處理。例如F-15E飛機特殊的保形油箱安裝方式使其適于攜帶投放武器，波音公司便將其改造成內置彈艙；而F／A-18E／F采用的是背負式保形油箱，無法沿用F-15SE的改造方式，波音公司就專門為其設計了可吊掛在機身下的“繭包”式武器吊艙。

“準隱身+體系支持”是一種另辟蹊徑的生存力增強措施

近期推出F-15SE和F／A-18IR，體現了波音公司近年來在作戰飛機隱身問題上所持的“準隱身+電磁干擾≈全隱身”觀點，即：RCS只作適當縮減的準隱身飛機在電磁干擾配合下，也可以達到近似全隱身的效果，因此沒必要一味追求技術難度大、造價昂貴的全隱身飛機。2009年2月，EA-18G電子戰飛機(F／A-18F的電子戰改型)在演習中“擊落”一架F-22就是波音公司津津樂道的例證。目前美國海軍采取的“準隱身主戰飛機+先進電子戰飛機”搭配模式(即F／A-18E／F+EA-18G，今后將過渡到F-35+EF-35)在實戰中表現出并不亞于空軍的突防／生存力，也在相當程度上驗證了波音公司的這種觀點。考慮到F-15SE~NF／A-18IR的RCS比F／A-18E／F有了進一步縮減，在電子戰飛機的支援下完全能達到更高的作戰效能。

對他國來說，由于其軍隊的體系支持(尤其是電子戰)難以達到美軍的水平，因此波音公司的上述觀點顯然不能照搬。盡管這樣，由于大多數國家研發裝備高性能全隱身飛機存在技術和財力上的巨大困難，在發展新裝備時適當降低隱身性能要求、同時加強配套作戰體系建設以求提高整體作戰效能的做法無疑更加切實可行，因此波音公司的觀點還是很有參考價值的。我們應看到，目前即使是英、法等歐洲國家也持類似的觀點：作戰飛機生存力可通過隱身、電磁干擾、任務規劃、防區外打擊等多種手段共同實現，沒必要片面強求隱身能力。因此目前歐洲國家只裝備“臺風”、“陣風”等常規飛機，并且對其作戰效能充滿信心。

結束語

從歷史上看，美國非常擅長于對現役飛機做看似改動量大、實則性價比相當高的改進，由F-5E／F改進而來的F-20(即F-5G，由3代機改進至4代機)和由F／A-18C／D改進而來的F／A-18E／F(曾被建議命名為F-24或F-25，由4代機改進至4.5代機)都是其中的經典之作。而在技術難度更大、以追趕5代機為目標的軍機改進方面，美國進行的探索也由來已久：早在1987Ig原格魯曼公司就曾提出過F-14的改進型——“雄貓”2l方案，經評估其價格僅為ATF(即現在的F-22)的60％，作戰能力卻達到后者的90％。而近期推出的4.75代機在目前的各種4／4.5代機改型中獨樹一幟，再次使美國在戰斗機改進領域保持了世界領先地位。對其他國家來說，如果對其4／4.5代機改進有更高的性能要求，美國4.75代機的改進模式無疑非常值得參考和借鑒。