“心神”的“心病”

康琳

不想“在一棵樹上吊死”

“心神”能否按預期首飛尚不得而知，但它顯然并非日本下一代國產隱身飛機的原型機，而只是一個簡化版本的小型驗證機。何為驗證機？簡單講，就是為了驗證一些先進技術，在設計上盡量簡化的飛行器。飛機設計是一項高度復雜的工程，如果采用新技術太多，就很難確保研制能順利完成。即便是技術實力雄厚的美國，也會大量研制驗證機，例如其×系列驗證機。“心神”戰斗機被稱為“先進技術驗證機”項目，也就是說，它的存在就在于驗證四代機所需要的關鍵技術，例如隱身外形、涂層、氣動布局等等。如果這些技術被驗證成功，那么日本會研制一個更大的型號以裝備部隊，而不是把它作為戰斗機直接裝備部隊。日本已經公開了更為先進的F-3戰機設計草圖，其在隱身及機動性能方面可能大幅超過現在的“心神”。“心神”不能和F-3畫等號，但它所驗證的技術或許將來會廣泛用于F-3戰斗機上。

2005年，比例為1：1的“心神”雷達反射截面積測試模型，就被送往法國進行雷達反射特性的重要實驗。同年，東京年度研究會首次對外展示了1：32的“心神”模型。2006年，該項目還開展了“智能蒙皮機體構造的研制”，所研制的應用于機體上的是更為輕量、高強度的新復合材料，于2011年完成驗證。“心神”總共制造4架機體，從2007年9月開始到2015年11月，共進行了40次實驗。實驗顯示，在兩側襟翼完全相反的情況下，操作員仍能操控飛機的水平。截至2015年，防衛省在該項目投入的資金為394億日元，并稱這一項目是“一項長期計劃”。特別值得注意的是，盡管立項“心神”是日本謀求在裝備性能上壓倒周邊，但無疑也是在“防著”美國。按照傳統，日本原本可以向美國求購類似性能的戰斗機。從F-14到F-15，日本主力制空戰機均為美制，目前日本也確認要采購F-35聯合戰斗機，但日本顯然并不想“在一棵樹上吊死”。一旦美國試圖拿F-35“要挾”日本，日本也不至于沒有預案，這與當年研制F-2戰機頗為相似。

聽起來很給力的3F

盡管歐美對第五代戰機的標準已經進行了定義，即所謂的4s性能（超聲速巡航、超機動、隱身和綜合化航電系統），但日本人還是為“心神”別出心裁地提出了一個3F功能，即首先發現、首先攻擊和首先摧毀。3F聽起來很給力，其實也是換湯不換藥，而且沒有4S具體。

首先發現無疑要由兩個因素來決定，一是自身的雷達探測距離；二是隱身能力。日本是最早在戰斗機上使用有源相控陣雷達的國家。其為“心神”研制一款有源相控陣雷達并無大的困難，但為這樣一款驗證機研制雷達意義不大。特別是“心神”的機頭直徑較小，即便安裝雷達，尺寸也非常有限。不過，日本有為未來的F-3研制新型航電系統的計劃。最大亮點是采用了整合高性能主動相控陣雷達、電子戰系統以及高流量通信能力的多功能射頻傳感器，且利用了智能蒙皮技術，在機身上附著了“瓦片式相控陣雷達天線”，極大提高了雷達的探測范圍和探測距離。“心神”的航電系統并未公開，據稱正在研制類似于一體化、大尺寸多功能的航電系統。值得關注的是，俄羅斯出口中國的蘇-30MKK多用途戰斗機，使用的都是日本夏普公司生產的高亮度、高精度液晶顯示器。

我們再看看“心神”的隱身設計。“心神”給人的總體感覺，是在一架非隱身的三代機上進行優化的結果，其總體的隱身元素遠不及F-22、F-35。一般而言，氣動外形對隱身的貢獻率超過80%。F-22A的設計師在被問及什么影響飛機的隱身性能時，曾回答：“外形，外形，還是外形！”標準的五代機都在外形隱身方面下了大功夫。上述幾種機型的前機身都采用了多平面非圓截面設計，前機身的每個平面都有空間傾角，能將從正側面射來的雷達波反射到其他方向，大大降低了主要威脅方向的雷達散射截面積。第五代戰斗機通常采用大量的平行面和線。盡量讓主翼、尾翼和邊條的前緣平行，主翼和平尾的后緣平行，進氣道側壁與垂尾平行，甚至座艙蓋的側面與前機身上側面也基本平行。多面相互平行能使雷達波的散射集中指向有限的幾個方向，且角度很小，其他方向的散射波束則非常弱。這樣，盡管敵方雷達可以短時間捕捉到主方向的反射波束，但隨著飛機姿態的微小改變，這些波束會變得“飄忽不定”，進而讓雷達無法穩定跟蹤。

效果可能達不到預期

反觀“心神”，其機體設計相對圓滑，特別是其兩側的進氣口，并未采用對邊平行的設計，而這將成為較大的散射源。而且，“心神”的進氣道也未采用隱身機必備的S形進氣道，發動機的風扇葉片以及進氣道將成為強大的雷達反射源。當然，這一點已經在后來公布的F-3原型機想象圖上得到部分改進，后者采用了平行四邊形的加萊特進氣道。此外，“心神”的大型雙座座艙蓋既沒有進行金屬鍍膜處理，在外形上也未作隱身優化，必然成為一個大型的雷達反射源。

但從氣動外形上看，“心神”的機動性可能不會像預期的那么高。它選擇梯形機翼，縮短了機翼根部的長度；這樣可以在飛機長度不增加的情況下，保證平尾與機翼之間不直接干涉。這種設計是典型的三代機水平，只是大幅度減小了飛行控制上的風險。

日本在2000年到2008年進行了高機動性能及隱身性整合和控制的研究，已經能夠實現一般戰斗機不可能的飛行動作。當然，機動性能好壞，還要看發動機的推力，這一點一直是“心神”的“心病”。日本在航空發動機領域，具有較強的加工制造能力，但是設計經驗欠缺。因此，2010年4月，日本打算為本國第五代戰斗機的原型機安裝國外發動機，且已經向一些主要發動機制造公司發出了對第五代戰斗機所用噴氣式發動機相關信息的征詢書。日本對非加力狀態下功率不低于44千牛的發動機感興趣，其候選發動機包括通用電氣等國外知名大公司。不過，日本最終可能出于全部國產化的考慮，而選擇本土研制的發動機。該機裝備的兩臺日本國產XF5-1渦輪風扇發動機，其雙發加力推力也只有10噸，大概只比我國臺灣的IDF采用的發動機推力略高，尚不及一臺俄制AL31F的性能，由此可見，“心神”的推重比是相當低的。不過，設計者為XF5-1安裝了3枚矢量推進控制片，這一點十分搶眼，戰機的機動性大為提升，可以進行過失速機動，但這也要看飛控系統水平。另外，該發動機采用了全數字化的控制系統，飛行控制系統則是光纖式電傳飛控，因此就操縱性而言，該機應該是杰出的。

不過，針對日本周邊環境來看，與日本相鄰的中俄兩國，一個擁有殲-20，一個擁有T-50，這兩種都是空優型的五代機。F-35在它們面前毫無技術優勢，機動性也遜色不少。如果未來日本僅有F-35可以選擇，那意味著日本航空自衛隊40年來將首次陷入主力戰機性能和數量都完全被潛在對手壓倒的情況。也正因如此，日本近年來對所謂國產五代機“心神”的研制工作逐漸認真了起來。然而，從這種飛機首飛一再拖延，各種設計缺陷被不斷爆料的情況來看，日本的“心神”要真能讓日本政府“心神安寧”，恐怕還有很長的路要走。

（責任編輯：曹偉 責任校對：司明婧）