備受關注的海上雄鷹系列

中國航母和艦載機一直備受世人關注，其中關于艦載機采用單發還是雙發的話題更是爭議不斷。這一話題涉及到的范圍相當廣泛，即便是相關領域的專家也很難系統地列出全部的技術細節，網絡等媒體上的討論更是熱烈。有一種觀點認為，采用單發設計的殲10戰機會影響其上艦前途，而雙發的殲31則一定會發展出艦載型。本文中，筆者對前一段時間有關艦載機單雙發之爭的技術細節和結論進行了分析、匯總，相信能讓感興趣的朋友更進一步地認識作戰飛機設計過程中的戰術技術與設計思想方面相互影響的一些特點。

對單雙發爭論的關鍵點評述

反對殲10上艦的觀點認為，艦載機采用雙發的優勢在于一臺發動機停車后，另一臺可保證飛機安全返回航母降落。從歷史上看，這一點的作用并不突出。

二戰后上艦的噴氣機，降落時的推重比通常低于0.6左右，此時，單發失效的雙發機著艦時的復飛推重比會降低到0.3左右。當時，航母的降落甲板只有150多米長，再加上渦噴發動機加速慢，依靠單發著艦復飛的動力嚴重不足。因此，美國海軍通常不支持雙發噴氣機進行單發著艦，一般會要求飛向陸地機場迫降。就是新型艦載機也會避免單發著艦，比如F-18系列除了最新型的F-18E/F之外，其他各型均無單發著艦能力。從美國海軍的做法可以判斷出，雙發設計對著艦安全性至關重要的說法是沒有根據的，用這種說法來否定殲10的上艦前途是站不住腳的。

雙發的優勢是兩臺發動機可互為備份，一臺出故障時戰機可依靠另一臺繼續飛行。但這并不意味著在任何條件下，雙發都比單發可靠。

有統計結果表明，雙發飛機故障率是單發的7倍，因發動機故障而導致的事故征候是單發飛機的4倍。雙發機在飛行中如果有一臺發動機發生故障，往往會波及另一臺，造成兩臺發動機都停車。例如，一臺發動機燃料系統起火或葉片斷裂飛出，都會影響相鄰的發動機。多發飛機更為嚴重，據統計四發的故障率也要比雙發高出一倍。2008年，美國海軍的一架F-18D從基地起飛后飛往“林肯”號航母時，右發動機停車，于是返航，在降落時左發動機也停車，飛行員跳傘，飛機墜毀。F-18使用的F404發動機可靠性極高，被公認為最可靠的發動機，雙發停車的概率幾乎是微乎其微，但還是會發生并導致了墜毀。

當然，發動機故障率高并不意味著就要摔飛機，備份動力可降低飛機的墜毀概率。資料表明雙發嚴重事故概率要比單發飛機低四分之一到五分之一。由這一角度看，雙發飛機比單發可靠。

從使用環境考慮，雙發飛機不一定比單發更保險。作戰部隊和飛行員更關心的，是戰場環境下的作戰生存性。雙發的備份作用增加了安全返航的可能性，但戰時的實際情況將更加復雜。首先，雙發機的低可靠性在戰場環境下更容易導致故障率的增加。另外，作戰中影響戰機安全返航的可不僅僅只有發動機故障這一種因素。例如，因戰傷導致的系統失靈、起火、飛行員傷亡，以及燃料耗盡，等等。由此產生的損失率遠高于發動機失效。因此，雙發的整體生存力并不能比單發的成倍增加，如把單發機的飛返率定為1.52d4403401ed8099ce8b9a4e1c76ecd2c58f36221bca7dbd4d6238f951500e290，則雙發機單發失效的返回率預計為1.2左右。從雙發的F-4和單發F-8兩種艦載戰斗機因發動機戰損導致的墜毀數對比看，兩者的戰損安全性并沒有顯著的差別。美國海軍在訓練時通常是在靠近陸地機場的海面上進行，如果碰到飛機發生故障，則基本上是讓其飛到陸地機場降落，這也削弱了雙發的“返回優勢”。實際上，在陸基戰斗機上，雙發的安全性優勢更明顯。統計數字表明，1988年到1992年期間，F-15雙發戰斗機的損失率明顯低于單發的F-16。

還有人認為雙發艦載機航程遠、載彈量大、起飛推重比高。其實，對于采用滑躍起飛的航母來說，推重比大的作用才更為重要，而且這觀點只適合于現役的重型艦載機。之所以能形成這樣的說法，只能說是沒有足夠大推力的發動機，而不是因為雙發多出一臺“備份”的緣故。

為什么單發艦載機會超過雙發？

在艦載機的發展歷史中，單發艦載機型號數量超過雙發，這顯然與單發艦載機所具有的使用費用低、造價便宜、在氣動設計上更簡單更容易實現設計指標等優點有極大關系，而不是安全性等方面的因素。

從各國戰斗機發展歷史看，也是如此。蘇聯/俄羅斯戰斗機從米格-9采用雙發，到米格-15變成單發，其后的米格-19又變成雙發，緊接米格-21又回到單發，一直到米格-23，再往后就是雙發的天下。這一過程說明了蘇聯發動機研制總是趕不上戰斗機的研制，迫不得巳用雙發來解決推力不足的問題。相比之下，美國在研制戰斗機時受發動機推力限制的情況就少得多，因此戰機的單發設計明顯多于雙發。從F-84、F-86開始，到F-100、F-104、F-106一直是單發，直到雙發F-4情況才有所變化。第三代戰斗機出現后，除了雙發的F-15外還有單發的F-16，后者的裝備數量也與前者相當。美國海軍的第一種艦載戰斗機是雙發的F-2H“女妖”，其后是雙發的F-3D“空中騎士”，但很快就受到單發的F9E “黑豹”所排擠，再往后是單發的F-8。直到第三代艦載機F-14和F-18出現雙發機才算是占據了甲板主力，但此時雙發的出現主要是生產廠商提供不了更大的發動機。

單發機在總體設計上有不小的優勢。發動機是飛機的重要部件，對飛機的影響是多方面的。采用單發設計時，機身截面積、氣流浸潤面積都較小，后機身幾乎與發動機噴口同形，因此在氣動外形上比雙發有更多的優勢。雙發的發動機噴口與機身截面“不匹配”，導致后機身的阻力比單發機高出很多，而且為降低這種阻力采用的機尾整流錐體效果極不理想，因此現代雙發機干脆聽之任之了。蘇-27采用了發動機大間距設計，并采用翼身融合設計，基本上算是避開了噴口與機身不同形的問題。但寬大的后機身又帶來了迎角增大時誘導阻力劇增的問題。且大間距發動機的推力方向相對機身縱軸線也有一個向內夾角，這意味著要付出結構重量的代價，或消耗額外的發動機推力。

早期發動機推重比只有3左右，而現代發動機已經達到11以上。除了技術的進步外，發動機徑向尺寸增加是重要原因。在同樣迎風面積的情況下，單發徑向尺寸只需雙發的1.4倍就能達到同樣的進氣面積，而在實踐中達到1.3就能產生相同的推力。由于壓氣機與機匣壁之間存在間隙，高壓氣體會從這個間隙倒流、燃料的推進效率也會因為這個間隙損失約6%。單發的間隙周長只是雙發的七分之五左右，更大的葉片尺寸也為提高壓氣機效率提高創造了條件。因此，在推力相同的情況下，單發要比雙發節省燃料。在壓氣機葉片重量上，也存在著尺寸效應問題：一臺發動機壓氣機葉片相對于兩臺的葉片數量要少一半。以上幾點因素結合在一起，就導致大尺寸發動機采用單發相對于雙發具有耗油率低、結構重量小的特點。

單發戰斗機還會因為機身結構更為緊湊節省掉不少結構重量。美國的通用動力公司在研制F-16時對單雙發進行了仔細的對比，通過計算發現：單發可以實現8000千克的空戰重量，而雙發就要接近10000千克以上了；單發的造價也會便宜20%以上。

通常人們會認為，與單發戰斗機相比，雙發戰斗機的推重比大、航程遠。其實，這一結論只是相對的。比如，蘇-33和米格-29的推重比都高于殲10，而F-16起飛重量要比同時期研制的F-18雙發戰斗機小，推重比卻要高得多；同樣地，F-16的航程性能也高于F-18。F-16的機內載油系數達30%以上，比F-15的25%都高，如果都不帶副油箱，F-16的航程甚至比F-15還遠。

艦載機發展呈現出雙發趨勢？

有觀點認為，艦載機的發展呈雙發增加趨勢。其實，從戰斗機的發展歷程可以看出，設計師在設計時主要是根據發動機的性能來決定采用單發還是雙發方案。隨著作戰飛機制造成本上升，人們開始重視提高飛機的生存性，雙發戰機在動力系統的安全性上具備一定的優勢。但單發飛機依靠自身特點，仍然艦載機領域占有相當的位置。改善發動機可靠性、降低故障率，仍是提高艦載機安全性最為關鍵也最為根本的技術措施和途徑。

從最近30年艦載機的發展看，在陸基戰斗機基礎上發展艦載戰斗機將是主流。因此，陸基戰斗機發動機的發展趨勢也將影響艦載機。早期戰斗機設計基本上以單發為主，后來的第三代戰斗機則基本上是以雙發為主，但具體情況也會因使用國家甚至設計單位而有所不同。

蘇聯的蘇霍伊設計局自20世紀60年代開始一直以設計截擊機為主，蘇-15是當時該局設計的高速截擊機，起飛重量高達15噸，采用的是雙發；而稍后設計的蘇-17則是單發。自雙發的蘇-24開始以雙發主，一直到蘇-27系列。米高揚-格列維奇設計局也緊跟蘇-27設計了雙發的米格-29。與之相對應，美國的第三代戰斗機F-15、F-14、F-18都采用了雙發，只有F-16是單發。通過兩個戰斗機生產大國的戰斗機研制歷史可以看出，如果真是有雙發趨勢，則這個趨勢早就開始了。20世紀80年代后，世界航空大國開始研制新一代戰斗機，美國的四代機仍然是F-22和F-35單雙發并重，被稱為“三代半”的“陣風”和“臺風”倒是表現出雙發傾向，但瑞典的“鷹獅”仍然保持了單發傳統。

在發動機可靠性大幅度提高的今天，雙發的生存力優勢還不足以影響戰斗機設計時的單雙發選擇。實際上，雙發趨勢的增加與發動機的發展情況密切相關。二戰后的一段時間，是噴氣式發動機技術高速發展的年代，推力的增長基本上能滿足戰斗機起飛重量增加的需要。隨著技術的逐漸成熟，發動機推力增長開始受到技術瓶頸和物理原則的限制。研制新一代發動機需要巨額投入，技術風險也越來越大。冷戰的結束也使得發動機的研制缺乏發展的動力，大推力發動機的研制速度進一步放慢。而新型戰斗機技戰術要求的提高也增加了起飛重量，再綜合技術可行性和成本等因素，設計師在設計新機時只能更多采用雙發方案。

軍方和設計方的態度也對戰機雙發型號的發展產生影響。俄羅斯空軍在1992年間曾提出一份支持雙發作戰飛機的報告。該報告是根據其前身蘇聯空軍使用單雙發經驗得出的結論，其中就提到“雙發生存力高”。俄羅斯空軍當時就計劃把所有的單發戰斗機用雙發機取代。其實，俄羅斯空軍以蘇聯時期的經驗得出結論的做法很不妥。蘇聯時期的戰機發動機幾乎都是按照二戰形成的思維設計的，工作壽命只有二三百小時，故障率非常高。而當時蘇聯空軍又列裝了大量的米格-21、米格-23、蘇-9等單發戰斗機，因發動機停車造成的墜毀率相當高。因此，蘇聯在研制米格-23及蘇-17后繼機時就確定了以雙發為主。毫無疑問，在發動機可靠性已經有很大提高的今天，再用這種因為發動機不可靠而得出的結論來指導戰機研發是極不合適的。

從上面的分析可以看出，戰斗機的單雙發問題技術上的因素遠多于戰術上的需要，而戰斗機的發展趨勢更多的是表現在戰術需要上。如果說隱身是戰斗機的發展趨勢，則單雙發要談趨勢其戰術意義就相差甚遠，根本不在一個層次上。再加上時間跨度，要想在這個問題上找出什么趨勢實在是意義不大或很難確定的事情。對于不具備條件的國家來說，決定采用那種方案甚至不會成為決定性的因素。

中國戰斗機艦載型的單雙發話題

戰斗機采用雙發不僅是為了安全，也不僅是為了獲得較大的推重比，與戰術性能也無直接關系，而雙發的造價高昂和技術復雜卻是肯定的。因此，在20世紀，各國空海軍大都是以單發戰斗機為主。由于歷史的原因，中國空軍一直是雙發戰機的使用大戶。在空軍組建初期，購進的第一批噴氣戰斗機就是雙發的米格-9；之后在相當長的一段時期，海空軍主力戰機一直是雙發的殲6和強5；再以后又是以殲8和蘇-27這兩種雙發戰斗機做為作戰中堅；直到殲10服役后，中國空軍又曾一度被戲稱擁有“世界上最大功率的單發戰斗機”。因此，非常有必要談談中國戰斗機的單雙發問題。

在很長一段時間內，中國海空軍只能依靠自己的力量發展航空武器裝備，還曾經出現“殲6打天下”的觀點。中國科研人員對這種老式的雙發飛機做了大量的改進，并在此基礎上研制了強5強擊機。這兩種雙發飛機的裝備量達到了驚人的5000架之多。正是由于當時發動機的可靠性相當低，雙發對提高故障飛機的成功返航率有非常重要的意義。中國空軍深刻地意識到了這一點，但也對雙發的高故障率和高維修成本感受很深。在發展改進殲6的同時，中國空軍在仿制米格-21的基礎上研制了戰斗機殲7，并由此進一步發展出了雙發的殲8。考慮到這兩種戰斗機裝備的數量也較多，可以說中國空軍和航空界對單雙發飛機的優劣體會并不次于美國和蘇聯/俄羅斯這兩個航空大國。

進入20世紀80年代后，中國的航空科技人員既研制了雙發的“飛豹”，也開始研制單發的殲10，并吸收了俄羅斯雙發蘇-27的生產技術及經驗，在研發單雙發戰斗機方面取得了寶貴的經驗，并初步實現了這幾種飛機的發動機國產化工作。

因為長時間使用雙發戰斗機，中國空海軍飛行員對雙發提高戰斗機生存率的作用深有體會。在使用殲6和強5的年代，由于發動機可靠性低，空中停車占總事故數的比例較高。在大量的發動機空中停車事故中，依靠一臺發動機返航是經常發生的事情。也許就是雙發的備份作用，中國空軍在那個時代不但萬事率處于世界較低水平，就是嚴重事故率也要低于其他國家。中國飛行員在駕駛殲6進行訓練和空戰時，經常出現依靠單臺發動機降落機場的事例。最為典型的，是1965年殲6擊落F-104戰斗機的戰例。由于開火距離太近，敵機爆炸碎片擊中了殲6，造成右發停車，左發也受損，轉速下降，該機仍靠受損左發安全返航。

從發展初期開始，中國航空科技基本上師承蘇聯的設計指導思想，同樣也有著蘇聯發動機可靠性低、工作壽命短的弊端。再加上殲6、強5的年代雙發機列裝數量大，作戰飛機的裝備完好率始終處于相當低的水平。國外有機構估計，那時的中國空軍如果投入一場中等規模的戰爭，作戰一周后這些戰機就會有三分之二上不了天。國外專家的估計有夸大的嫌疑，但雙發的因素確實是影響當時中國戰機完好率的一個重要原因。

20世紀80年代后，國產發動機的技術水平和可靠性有了較大幅度的提高。比如，北航教授高歌提出的“沙丘駐渦穩定理論”，不但較大幅度地提高了燃燒效率，而且還顯著改善了發動機加力點火成功率。以前，殲6、殲7開加力時經常出現點火失敗的現象，嚴重時還導致空中停車。裝上采用該理論的裝置后，加力點火成功率幾乎達到100%，極大地改善了這兩種戰機的發動機可靠性。

在中國戰斗機的研制歷史中，單發的殲10戰機絕對值得大書特書。與當時其他國家的設計師不同，中國設計師在沒有合適推力發動機的情況下，不是簡單地采用雙發來滿足設計需要，而是結合發動機技術現狀和未來發展，采用了適當調整優化新機技戰術指標的設計指導思想，充分發揮了單發的技術優勢。

未來艦載機發展的單雙發影響

在單雙發的分析過程中，單雙發對彈艙布置的影響也經常被談到。從F-22和F-35的內置彈艙設計來看，前者可以在機身下設置內置彈艙，同時又在機身兩側再各設置一個內置彈艙，而后者就只能是在機身下設置兩個彈艙。

通常的觀點認為，單發在彈艙數量上不如雙發。其實單發最大的優勢，在于空間利用充分。對照F-22，可以發現F-35的彈艙空間并不比前者小多少。另外，還要考慮F-35全系列受到垂直起降型的限制，進氣道的設計不能充分考慮設置彈艙的需要。因此，以彈艙數量少來說明雙發對單發的優勢還不夠充分。其實，F-22兩臺發動機的間距并不大，安裝位置也靠上，而彈艙寬度基本與兩臺發動機“寬度”一樣。出于隱身需要，該機進氣道采用向上翻起的S形，為下方設置彈艙創造了條件，這才是該機能采用腹部彈艙的關鍵。

有觀點認為雙發有兩個熱源，輻射強度要大于單發；但也有人認為雙發更有利于紅外隱身設計。像發動機位于機身兩側的蘇-25，當敵方紅外探測設備在側面時，由于另一臺發動機噴口被機身擋住，輻射強度應略低于同樣推力的單臺發動機。但如果從下后方進行探測時，則該機的紅外輻射要比單發機高出不少。對于F-18和F-15這類戰斗機來說，一側噴管處的紅外輻射面積也會把另一側噴管的水平側向輻射信號給屏蔽掉不少。而單發的發動機在推力相同的情況下，噴管的直徑要大一些，因此紅外輻射的側面積就要大一些。目前，從隱身飛機的設計需要來看，提高水平方向上的紅外隱身更有戰術意義，因此雙發的側紅外特征低的優點經常被提起。不過這個優勢也不明顯，因為新型戰機已經出現了雙垂尾氣動設計的趨勢。利用這種有利的氣動布局，基本上能夠擺脫單發機在兩側水平方向紅外隱身方面的弱勢。

在主要戰術技術性相當的情況下，單發戰斗機體積較小，“天生”隱身性能就要高一些。在某種程度上，可以說單發的戰斗機在隱身方面有著先天優勢。但如果是專門設計的隱身戰斗機，因為在同樣推力情況下單發機的徑向尺寸較大，這將導致戰斗機的機身“厚度”要比雙發的大一些，不利于側面水平方向上的隱身設計。發動機徑向尺寸大也意味著進氣道的徑向尺寸較大。比如采用腹部進氣的殲10，大直徑的單一進氣道雖然提高了進氣效率，但在改進氣道的隱身性能方面將會面臨比較大的困難。假設殲10改進型要采用有利于隱身的S形進氣道，則會因為徑向尺寸太大而導致進氣道長度過長，很難達到設計目的。對于采用兩側進氣的單發戰斗機來說，進氣道分開可獲得較小的進氣道尺寸，在隱身設計上比雙發機有優勢。

在單雙發的討論中，支持單發一方舉了F-35型艦載機的例子。對此支持雙發的一方很不以為然。該機戰術方面的設計思想獨特，從某種意義上講，是一種講究經濟性的作戰飛機；在技術方面的設計思想又有偏重特殊需要（垂直起降）的特點。總體而言F-35是劍走偏鋒，不計其余。而在美國軍方確立其裝備方向時，更多考慮用其彌補F-22的戰力空白，也只有財大氣粗的美國人有條件搞。在網絡等媒體的討論中，大多數支持單發的觀點也認為F-35算不上過硬的例證。實際上，由于科技水平的不斷提高，未來垂直起降艦載機可能會成為一種不可忽視的甲板力量。何況F-35C的生產數量也不少，雖不能取代F-18E/F“超級大黃蜂”，但擠占后者的甲板數量是肯定的。

要探討未來戰斗機的單雙發問題，不能不充分考慮科技的進步對這一問題的影響；未來艦載機的發展更不能忽視無人機的作用。無人機取代有人機的一個重要誘因就是簡單便宜，而且在起飛重量上也要相對低于有人機，在發動機的選擇上有更大的空間。此時，單發先天上的優勢很可能讓無人艦載機更多采用單發方案。無人艦載機的出現，肯定會打破目前艦載機好不容易才出現的“雙發趨勢”。

通過美國F-35計劃的實施可以看出：更為合理的戰術技術要求是未來戰斗機的設計方向，飛行速度、最大航程、效費比都是不容忽視的設計要求，單發相對于雙發具有結構重量輕、發動機燃油效率高、飛行阻力小等優點，再加上無人戰機尺寸重量都要比有人戰機小，可以有更多推力合適的發動機供選擇。因此，無人機更容易表現出明顯的單發趨勢。還需要指出的是，F-35已經有了無人型改進計劃，而F-18E/F“超級大黃蜂”尚未有相關的報道。

關于單雙發的創新觀點

單雙發之爭是技術之爭，不是戰術之爭，最為關鍵的地方是飛行員安全問題。美國海軍規定，雙發飛機在單發失效情況下盡量飛往陸地機場降落。這是否意味著雙發艦載機的意義就不大了嗎？也不盡然。

在茫茫大海上，單發飛機停車飛行員只能盡快跳傘。如果出事地點遠離航母編隊或基地，實施救援是件費時費力、令人頭痛的事情，在戰時則會因敵情使救援工作更加困難，甚至會得不償失。雙發飛機就有可能讓飛行員返回編隊/基地附近跳傘，條件允許時還可在陸地機場迫降。隨著時間的推移，飛行員的救援問題會更加突出，而戰斗機的制造成本是越來越高，雙發飛機返回率高的經濟意義就相當的突出，甚至會確定雙發的主導地位。

雙發艦載機不允許單發著艦只是人為規定，這是為了降低風險而做出的規定。萬一墜毀造成阻攔裝置毀損，就會讓航母失去回收艦載機的能力，但并不意味著就不能降落。早期艦載機推重比低，單發降落時推力不足，因此有單發不能降落的規定；而現在艦載機推重比高，單發推力也比較大，因此F-18E/F已經容許單發著艦。比如，殲15發動機推力大，在拋掉所有的彈藥、機內燃料僅保留極限值時，即便單發降落也有足夠的推重比，完全可以把單發著艦時在甲板上墜毀的風險降到最低。

在航空史上，曾有戰機在失去一側大半機翼的情況下安全降落：以色列一架 F-15D右側機翼幾乎連根撞掉，但在機上飛控系統的幫助下，飛行員仍然操縱著受損嚴重的戰斗機安全著陸。統計數字表明，二戰中因操縱面失效而墜毀的飛機幾乎占了大半。隨著技術的發展，將來這類“歷史上注定要墜毀”的作戰飛機大部分將可以順利返回。也許以后會出現這樣的情景：戰機已經是彈孔累累，某些操縱面不知去向，座艙中的飛行員也已陣亡，但有抗墜毀技術支撐的飛機仍然依靠人工智能操控飛回了基地。在這樣的情況下，動力的可靠性就成為提高返回率的瓶頸，此時雙發機的吸引力就會放大許多。

殲31在外形及尺寸上接近F-35，因此人們會很自然地將這兩種飛機進行對比。有一點值得強調：根據單發機相對于雙發機的設計優勢，殲31在綜合性能方面不如F-35。單發的特點將使后者擁有航程遠及載彈量大的戰術性能優勢，在諸如效費比及全壽命費用等綜合性能上也是如此，除非前者在具體的設計及材料上擁有更多的技術優勢。從設計的角度看，雙發的殲31只能是合適的設計思想取舍、通過犧牲某些局部的性能來達到能與F-35相抗衡的目的。例如，在最大航程、隱身或低速起降方面做出了讓步，以保證整體技術指標。

在未來，爆震發動機一旦取得實質性進步，這種革命性的發動機有可能讓單雙發之爭壽終正寢。這種發動機采用的是爆震單元結構，單元組件之間相互獨立且單個單元組件推力不大，必須用數十個甚至上百個單元組件才能提供足夠的推力。發動機一旦起動起來，就幾乎不存在完全停車的可能，充其量是某幾個推力單元出故障，導致推力稍有下降。爆震發動機截面形狀也不一定是圓形，而是可以通過排列爆震單元組件形成方形、倒梯形或長方形，可以使發動機噴口與飛機尾部有一個最好的匹配，徹底消除“瓶底阻力”。到了這種動力時代，再用雙發或單發來說明戰斗機的設計特點肯定是不合時宜的，也就不再存在單雙發的爭論了。

編輯：石堅