彌補“閃電”的短板

鄧濤

令人詬病的機動性

從成本到進度，從重量到技術，F-35一直在飽受詬病中艱難前行。而在被“吐槽”的諸多問題中，機動性差的缺陷不容忽視。從F-15、F-16時代開始，美國空軍就采納了高低搭配的概念，所以在F-22時代，美國空軍選定洛馬公司F-35作為其低擋搭配。不過，F-35不是僅僅只是F-16的替代。美國海軍的F-18艦載戰斗機需要替代，美國海軍陸戰隊的AV-8B垂直起落戰斗機也需要替代。作為F-16的替代，F-35應該簡單、輕巧以適合大量部署，需要具有優秀的敏捷性和武器掛載能力，作為F-18的替代，F-35強調可靠和性能完善以適應航母上以一當十的特點，需要具有優秀的低空低速性能以滿足航母起飛著艦的需要：作為AV-8B的替代，F-35則需要具有垂直/短距起落性能，以在平甲板兩棲作戰艦艇和海軍陸戰隊上陸后的前進基地簡易起降場上使用。這些相互沖突的要求最終令本來以低成本、適度先進和現成技術為主要特點的F-35陷入了很大的麻煩中——機動性差的問題就是其中最突出的一個。

良好的空戰機動性需要較低的翼載和較高的推重比。較低的翼載意味著有產生較大升力的空間，較大的推重比則意味著較大的剩余推力。較大的升力不僅可以加速爬升，還對水平機動至關重要。水平機動需要的側向力主要不是靠扭轉機頭指向和改變發動機的推力軸線實現的，而是靠向橫向壓坡度時升力的水平分量。增加轉彎速率需要增大迎角，最大限度地提高升力，但阻力隨迎角急劇增加，只有很大的推力才能保證飛機不至于時失速，這就是推重比對水平機動性的作用。翼載和推重比對水平機動性的作用是如此，翼載和推重比對垂直機動性的作用就更加不言而喻了。

F-35擁有一臺性能強悍無比的發動機，但即便如此，其推重比依然低于F-15或蘇27。F-35家族中最輕巧的F-35A的推重比也只有0，87，遠遠低于F-15c的1.12和蘇27的1.07，和F-4”鬼怪”式相當。最大速度也只有1.6倍聲速，甚至低于F-16和F-18，超聲速巡航更是免談。F-35的問題不僅僅在于推重比不夠大和速度不夠快，還在于過高的翼載。F-35A的翼載高達526千克力/米遠遠高于F-15的357千克力/米2和蘇-27的377千克力/米2，甚至高于專業對地攻擊的F-105和以“人操火箭”著稱的F-104（前者翼載為452千克力/米2，后者為514千克力/米2）的。作為參照，F-22的推重比至少為1.0g，即使在非加力狀態，推重比也達0.72，翼載為375千克力/米2。

在時代標準下，F-35機動性顯然差得一塌糊涂，以至于被揶揄為“一塊會飛的電子板磚”。而機動性不足使F-35在和第三代戰斗機（美國現稱第四代）的視距內空戰格斗中難以取勝，速度不足使F-35在進入和退出戰斗中缺乏主動權。所以機動性差，令F-35的空戰能力成為了最大的爭議所在，尤其是相對于第三代戰斗機的優越性。雖然一直也有反對觀點認為，作為一款第四代戰斗機（美國現稱第五代），F-35玩得是另外一套游戲規則，但在空戰中，隱身和優秀電子系統帶來的先敵攻擊優勢并不可靠。更何況，F-35為了降低成本，只要求前向隱身。先進電子對抗技術也不是F-35壟斷的，第三代戰斗機也可以通過升級得到。空戰歷史也一再證明，奇跡武器的一擊必殺是靠不住的，較低的推重比和較大的翼載導致的機動性缺陷在空戰中永遠是致命傷。

當然，F-35糟糕的機動性是一種復雜原因導致的結果，甚至可以說是一種有意為之的產物。F-35是按隱身戰斗機設計的，所以必須采用機內武器艙，使得機體很是臃腫。為短距起飛一垂直著陸預留的空間又進一步增大了F-35的機體，這決定了機體的基本尺寸小不了，也使得總重急劇攀升。在第三代重型戰斗機中，F-15c的空重為12700千克，正常起飛重量為20200千克：蘇-27的空重為16380千克，正常起飛重量為23430千克。但F-35A的空重也達到1 3300千克，正常起飛重量則達到22470千克。也就是說，“輕型”的F-35A實際上和重型的F-15C、蘇-27的重量相當。也正因為如此，F-35要控制重量和成本的進一步攀升，就只有犧牲推重比和翼載，而無法像F-16那樣通過輕量化來解決問題。更糟糕的是，F-35不佳的機動性不僅僅體現在推重比、翼載和速度上，還體現在機體過載的設計裕度上——F-35A的機體按照9g過載設計，F-35C降低到7.5g，F-35B進一步降低到7g。這同樣是為了降低對機體結構強度的要求、避免進一步增重而作出的犧牲，當然也對格斗機動性帶來了限制，從而進一步降低了F-35作為一部空戰機器的“成色”。

增加推力這個笨辦法

如何看待F-35“不佳”的空戰性能是一個有意思的話題。盡管洛馬公司和F-35項目辦公室曾聲稱，F-35的作戰效能高于第三代戰斗機至少400%，但對于如何得出這樣的結論諱莫如深。而美國國內對F-35的空戰能力則早就多有批評。蘭德公司的“空戰的過去，現在與未來”報告就指責F-35“轉不動，爬不高，跑不了（can't turn，can'tclimb，can t run）”。不過，作為這種飛機的最大用戶，美國空軍卻對F-35的空戰能力并沒有太多的指責，因為從一開始美國空軍對F-35的定位是以對地攻擊為主的多用途戰斗機，從來就沒有打算用F-35擔任國土防空或者攻勢制空的主力。F-22才是干這個的，F-35只是在F-22忙不過來的時候填補二線空缺之用。

值得注意的是，美國空軍用F-15作為主力制空戰斗機，F-16的空戰能力只是在F-15顧不過來時填補戰線空缺之用。對F-22的低檔搭配也是同樣的要求，所以美國空軍需要的是具有F-16空戰能力的F-117，而不是降級版的F-22。事實上，最后美國空軍對JSF的空戰性能要求正是“不低于F-16”。

但對于盟國來說（其實也包括美國海軍），F-35將是制空作戰的主力，空戰能力的重要性甚至超過對地攻擊能力，“不低于F-16”對他們來說只能是一個災難。畢竟，不管杜黑或者其他空軍制勝論者怎么說，空軍的首要任務永遠是奪取天空。只有控制了自己的天空，才能確保不受敵人空襲和自己的有效出動：只有奪取了敵人的天空，才談得上對敵人地面目標的攻擊。所以在普遍裝備第三代戰斗機的情況下，美國盟國需要的不是不亞于第三代戰斗機的空戰能力，而是需要決定性地超過第三代戰斗機的空戰能力。也就是說，F-35必須具有第三代戰斗機經過升級也達不到的空戰能力，否則花巨資采購F-35就失去了意義。畢竟F-35的裸機單價超過F/A-18E/F“超級大黃蜂”至少一倍，單機價格節節上漲，快要可以與F-22看齊了。endprint

無法滿足盟國的戰術性能需求不是一個小問題，忽視這一問題是政治上高度不正確的事情。作為有史以來規模最大的國際軍工合作項目——三型聯合打擊戰斗機預計將取代全球至少11個國家、13種機型、近5000架的戰斗機。F-35項目本身的政治屬性甚至超過了其軍事價值，不能獲得F-16那樣的成功意味著美國在政治上要失信于人，更意味著美國在全球的領導能力發生了動搖，這是不可以接受的。也正因為如此，如何改善F-35的空戰性能，提高其機動性，就成了F-35在下一階段的技術升級過程中必須要考慮的問題。不過，要改善F-35這樣一架單發噴氣式戰斗機的機動性，可供選擇的方法不多。

首先來講，對機體進行大幅度重新設計的可能性是完全不存在的。即便不提時間進度問題，這樣的大改成本將非常驚人。如果機動性指標要大幅度提升，而其他性能又不下降，改進的技術難度就更大，在預算緊張的大形勢下顯然無法得到批準。與其耗費巨資炒這盤回鍋肉，不如重起爐灶，研制性能全面優于現有F-35的第五代戰術飛機。

當然，如果不對機體進行大幅度重新設計，那么在現有基礎上繼續進行減重設計，似乎也是一個切中要害之舉——畢竟F-35機動性差的根源就是超重。然而，F-35在重量上與F-15達到了一個級別，但在內置武器占據大量空間的情況下基本外形尺寸卻要小于F-15。這意味著機體密度相當大，減重挖潛的空間十分有限。事實上，在2004年1月時，F-35飛機增重曾超過1360千克之多。為抵消這多出的重量，洛馬公司甚至于2004年4月提出獎勵措施，任何減重建議有100美元的獎金，減重1磅可得500美元獎金。此后，洛馬公司陸續收到了超過2000項建議，飛機持續減重超過1225千克，付出獎金約135萬美元……在如此錙銖必較的壓榨下，現在的F-35是否還有進一步大幅度減重的可能？答案顯而易見。那么如此一來，也就只剩下對發動機進行增加推力改進這一條路可走了。至于這其中原因非常簡單——在F-35的基本設計木已成舟的情況下，這是提高機動性最“笨”，但卻最有效的方法。畢竟充沛的動力是機動性的根本。在能夠讓“豬”上天的“蠻力”面前，再巧妙的設計也只是雕蟲小技罷了。不過問題在于，美國人還能拿得出推力更大的發動機么？

“百尺竿頭更進一步”的挑戰

增推是解決F-35機動性問題的有效方法，也是相對來講較具可行性的方法，但這同樣意味著一個技術上的重大挑戰。要知道，“百尺竿頭更進一步”從來都是難上加難的事情。而為了補償不斷攀升的飛機重量，F-35的普惠（PW）公司F135發動機卻已經成為了世界上單臺推力最大的戰斗機發動機，軍用推力就達125千牛，加力推力更是高達191千牛（另有數據為軍用推力111千牛，加力推力178千牛），發動機自重1701千克，推重比達到11.5，單臺發動機所產生的推力超過了EF2000“臺風”和F/A-18E/F“超級大黃蜂”的兩臺發動機推力之和。不過即便如此，由于重量和推力水漲船高，仍然造成F-35在今天擁有世界上最為強悍的發動機但依然推力不足的尷尬。所以，要討論F-35的增堆問題，我們必須先考量現有F135版本的技術成色——這有助于充份了解“增推”所面臨的技術難度。

F135實際上是F-22所用的F119發動機的衍生型號。在JSF項目發展的過程中，普惠公司基于現役的F119發動機核心機，經過改進研制了“F119-JSF”發動機驗證機，同時為波音的X-32驗證機和洛克希德一馬丁公司的X-35驗證機提供動力配套。配備X-32的驗證型名為JSF/F119-SE614，配備X-35的驗證型為JSF/F119-SE611。后來，X-35驗證機在JSF項目的競爭中獲勝，與之配套的發動機自然而然就在JSF/F119-SE611驗證機的基礎上進行發展，這就有了后來的F135系列發動機。

F135發動機于2002年5月成功通過了初步設計評審，一年之后通過關鍵設計評審。2003年9月，首臺生產型F135完成總裝，并于一個月之后開始地面試驗。2003年11月，首臺生產型F135進行了地面加力試驗。2006年3月，首架生產型F135完成了規定的數千小時地面靜態試驗，當年10月裝機進行飛行測試并獲得成功。2008年11月，F135-PW-100發動機首次完成超聲速飛行，最大速度達到馬赫數1.05。在此后的一年多時間里，F135系列發動機加大了測試強度，完成了總計超過16000小時的各項地面和飛行測試，并于2010年初正式定型。為了滿足F-35全系列的動力需求，F135也相對應發展處了3種型號，其中分別是用于F-35A的F135-PW-100，用于F-35B的F135-PW-600和用于F-35C的F135-PW-400。

普惠公司在研制F135發動機的過程中，一直遵循高可靠性兼顧優良的可保障性原則。所以F135發動機盡管核心機部分來自F119——這兩種發動機的核心機，也就是高壓壓氣機+燃燒室+高壓渦輪的尺寸基本相同，但是其整體結構進行了改進，采用了3級低壓壓氣機、6級高壓壓氣機，短環形燃燒室，1級高壓渦輪以及兩級低壓渦輪，并配備了英國BAE系統公司研制的全權限數字式發動機控制系統（FADEC）。此外，為了提高發動機的推力，F135增大了涵道比以增加空氣流量，并提高了發動機的工作溫度。其短環形燃燒室則采用了高燃油空氣比燃燒室技術，使得燃燒室在縮短的情況下仍能滿足效率目標。作為一款未來將大量裝備的新一代軍用渦扇發動機，普惠公司在F135上采用了大量創新設計，并結合使用了不少新材料和新工藝。其中發動機風扇采用中等展弦比前掠式葉片、線性摩擦焊、整體葉盤等技術和工藝，使風扇的截面積在增加了近20%的同時，仍保持了高壓縮比、高效率、大喘振余度和輕質量。此外，發動機的高、低渦輪葉片利用新型高溫合金材料鑄造，在使發動機工作溫度提高約110攝氏度的前提下，具備了更高的使用壽命。顯然，由于大量新技術和新材料的應用，F135在性能上是極為強悍的，是美國航空發動機工業“變態”實力的一種赤裸裸炫耀。要在這樣的一種杰出航空動力成就的基礎上再進行撥高，絕不會是一件輕松的事情。endprint

兩種不同的技術路線

F-35作為多用途戰斗機，應該是很勝任的，爭議更多地是來自對F-35空戰性能的質疑，尤其是相對于第三代戰斗機的優越性。F-35項目辦公室的一項研究表明，F-35在機動性上若要對三代機擁有“壓倒性”優勢，其發動機推力最低限度至少要增加10%～15%，同時這種推力增加并不應以犧牲可靠性、可維護性性能為代價。為了達到這一目標，目前有兩種技術路線可供選擇。一是重新復活已經下馬的通用電氣（GE）公司F136發動機，作為F-35實施動力升級方案的技術基礎：二是在現有F135發動機的基礎上研制增推型號。這兩種不同的技術路線各有門道。

F136實際上是通用電氣聯合英國的羅羅公司，以ATF計劃中落選的YF120為藍本研制的一種衍生型號。YF120是一臺變循環發動機，這意味著它在原理上與F-135、F-119這樣的傳統渦風發動機有很大不同。渦扇發動機在渦噴發動機的基礎上增加了風扇，風扇壓縮空氣后，一部分通過核心發動機，和燃料混合燃燒后，膨脹產生壓力，形成高溫高壓燃氣，向后噴射而出，形成推力另一部分從與核心發動機同心的環道繞過核心發動機，直接和核心發動機噴出的高溫高壓噴氣混合，形成合成的推力。同心環道稱為外涵道，核心發動機就成為內涵道，外涵道和內涵道的空氣流量之比成為涵道比，也稱流量比或者旁通比。渦槳發動機相當于涵道比無窮大的渦扇發動機。渦扇發動機由于外涵道的氣流降低了噴氣的溫度和速度，提高了熱效率，能產生更大的推力和獲得更低的油耗，對于起飛、巡航和亞聲速加速尤其有利。但在超聲速飛行時，即使不考慮渦扇迎風阻力較大的問題，降低的噴氣速度也使得有效推力降低。相應地，渦噴發動機在超聲速飛行時占有優勢。理想的戰斗機發動機應該在低速時體現渦扇發動機的特性，在超聲速時體現渦噴發動機的特性，這就是所謂的變循環發動機。YF120正是第一臺實現了這樣理想狀態的戰斗機發動機，在低速時相當于渦扇發動機，在高速時相當于渦噴發動機，理念超前，性能先進。雖然YF120的具體技術指標一直沒有公布過，但一般認為推力、油耗等關鍵性能優于普惠的YF119，而F135正是YF119的衍生原型。

YF120在F-22時代因為技術上過于超前、風險較大而落選。但到了1996年，通用電氣和羅羅公司又以YF120為基礎，開始研發用于F-35項目的F136。通用電氣的F136在1995年到2009年之間共得到24億美元撥款，其中17億用于2005—2009年的SDD階段。從1997年開始，F136得到全額撥款，進入全速研發，計劃與普惠的F135形成形成擇優采購的格局。在2006年，布什政府提議中止F136的研發，被美國國會駁回。此后連續5年，美國國防部每年都要求終止研發F136，都被美國國會駁回，強令繼續研發。在2008年金融危機后，財政拮據對國防預算造成空前壓力，奧巴馬和蓋茨都強烈反對繼續研制F136的計劃，奧巴馬甚至威脅，要是國會強加F136撥款，將否決整個國會撥款案。在2010年和2011年的預算案中，美國國會終于同意在預算中取消F136的研發撥款。美國國防部在2011年4月25日正式中止了F136的研發。通用電氣和羅羅提出用公司資金繼續研發，但2011年12月1日，通用電氣和羅羅聯合決定停止公司自費研發。至此，F136已經制造了6臺樣機，累計運行了1200小時。

雖然目前的F136已經處于下馬狀態，但重新上馬的呼聲在軍政兩界始終不絕于耳。至于這其中的原因非常簡單。一方面，F136在技術性能上較之F135有明顯優勢，可以同時在渦噴和渦扇之間靈活轉換，跨聲速性能與F135相當，超聲速性能則大幅提升，能夠支撐起此前無法實現的超聲速巡航能力，這對提高F-35的空戰性能無疑十分重要。另一方面，1999年，美國國防部明確了“直接換裝”的要求，要求F135和F136在外形尺寸和安裝要求上完全統一，STOVL相關的部分（升力風扇、滾轉臂噴口、三段式轉向噴管、傳動軸和離合器等）在F135和F136之間也是共用的，可以不需更改直接換裝F135或者F136。這顯然意味著將F136用于F-35的動力裝置升級在工程性上不存在任何問題，“換發”就僅僅是“換發”。

更何況，除了性能方面的考量外，復活F136用于F-35的動力裝置升級，不僅有利于充分利用已經研發的先進技術，促進競爭，也有利于保持航空工業基礎。在F-16時代，美國空軍在普惠的F100和通用電氣的F110之間鼓勵競爭，引發了所謂“戰斗機發動機大戰”。其結果是兩家的發動機技術最后都得益于競爭，而軍方不僅增加了成本控制的選擇，也擴大了技術基礎。甚至作為第五代有人駕駛戰斗機動力系統的先期型號被提前投入使用，為未來戰術飛機的發動機研制和升級做技術準備。事實上，6年前取消F136的研制，對于制止F-35計劃成本的進一步攀升，其好處雖然不言而喻，但對美國戰斗機技術的前景卻投下了一抹陰影。20世紀70年代開始的F100與F110的大戰，帶來了美國戰斗機技術近40年的輝煌。從某種意義上說，F119甚至可算F100的超級大改。而F136被扼殺雖不影響美國發動機眼下的繼續輝煌，但光芒暗淡的日子或許就接近了許多。

不過，雖然F136在技術先進性上擁有優勢，恢復研發對美國發動機工業的整體健康也有利，但技術風險過高的問題仍然存在。這就給在現有F135發動機的基礎上研制增推型號、用于F-35動力系統升級的方案提供了機會。研制F135的普惠公司是這樣想的也是這樣做的。最近普惠公司就透露，F-35戰斗機使用的F135發動機即將迎來升級版本，最快能夠在2020年投入生產。這種升級型F135發動機，主要用來驗證發動機燃燒室、渦輪等熱端部分采用的一些新技術。如，提高使用陶瓷基復合材料的比例，使發動機高壓渦輪噴嘴前緣能夠承受住超過1648度的高溫；采用“冷卻制冷空氣”的熱管理方法，通過壓氣機氣流降到較低溫度去冷卻發動機的高壓渦輪級來提高發動機的總壓比（OPR）：采用全新設計的行星齒輪減速器等技術措施，來進一步壓榨其潛能，滿足F-35項目辦公室對于F-35升級型發動機在推力、燃油效率和熱管理能力的預期要求。目前的測試結果是，實施技術改進后F-35升級型發動機推力可增加10%（加力推力208千牛），油耗降低6%。此外現有F135發動機，也可以通過更換部件（壓氣機、燃氣渦輪、冷卻系統）、升級軟件，改進為升級版本。endprint

令人感興趣的是，盡管現在這個被稱為F135“強化選項1.0”

（GrowthOptlon 1.0）的方案還沒有得到美軍的認可，但為了進一步提高方案的吸引力，按普惠公司目前表明的態度，改進型發動機的采購價格將與現有F135發動機保持一致，不會漲價，只是需要支付發動機改進的相關研究費用即可。這意味著與F136這樣的跨代發動機相比，F135“強化選項1.0”不但最大限度地避免了服役初期的故障高發階段，而且在升級費用上十分低廉，是一種廉價、穩妥但又有明顯性能提升方案。此外還需要指出的是，在2016年美軍和普惠、通用各自簽署了價值10億美元AETP計劃合同，目的是由兩家競爭，開發新一代的發動機，強化對不同飛行任務的適應能力，獲得高速飛行大推力、低速飛行低油耗的兼得能力。通用公司的新一代發動機，預計將在2021年后進行長達5年的運行測試。因此，普惠公司宣布在2020年就能量產F135的改型，很大程度也是針對AETP競爭的時間節點安排的。因此這個F135改型項目，很大程度上是普惠公司出于強化競爭優勢的商業策略的產物，是普惠公司通過將參與AETP競爭的XA1010發動機研制過程中得到驗證的部分新技術拿出來，低成本移植到F135上的結果。勢在必行的升級

F136方案性能先進，但技術風險高：F135“強化選項1.0”則走的是穩妥路線，但性能提升相對有限。如何抉擇是一門藝術。但無論基于哪方面的考慮，擇其一而盡快付諸實施是勢在必行的事情。至于這其中的原因非常簡單。作為F-22的低檔搭配，本質上是一架多用途戰斗機的F-35，其空戰性能是按足夠優勢原則設計的，但在服役后情況卻變化了。戰斗機是用來打仗的，研發新一代戰斗機首先要確認未來戰爭的性質和國家總體戰略意圖。在20世紀90年代F-35的前身JSF計劃啟動的時候，冷戰結束了，蘇聯解體，中國崛起還只是一個遙遠的可能性，中國空軍甚至還沒有走出“殲6萬歲”時代。事實上，當年西方普遍認為，在蘇東巨變之后，中國變色只是時間問題，而且不會太久。在這樣的大背景和基本判斷下，未來空中戰爭的最大威脅來自“邪惡軸心”國家，裝備水平不超過早期蘇制第三代戰斗機。根據美國海灣戰爭和以色列歷次中東戰爭經驗，“邪惡軸心”國家的一體化防空系統才是更大的威脅，對此隱身和防區外打擊是最有效的反制手段。正是基于這種判斷，F-35不再像F-22那樣追求壓倒性優勢，空戰性能的足夠優勢被認為足以應對冷戰結束后的軍事環境，甚至連F-22的數量都被削減到187架。

然而后來的歷史證明，美國（及整個西方世界）對中國的基本判斷嚴重錯誤。社會主義的中國不但沒有走蘇東變色的后路，而且迅速崛起。沒有技術鴻溝是不可逾越的，新興崛起國家更有后發優勢。今天的中國空軍經過不懈努力，不僅快速步入三代半戰斗機時代，而且不聲不響地接連推出殲20和殲31兩種具有明顯隱身特征的第四代戰斗機。俄羅斯即便在經濟高度困難的情況下，也推出了蘇霍伊T-50戰斗機，其隱身、超聲速巡航和超機動能力引起西方的巨大擔憂。結果，由于F-22“過早”停產，F-35的性能突然不夠用了，空戰能力不足的問題一下子突出了出來。在這種發生嚴重誤判的局面中，盡管F-35木已成舟，但為了確保美國主導的世界秩序，F-35也必須通過重大技術升級來重建壓倒性的技術優勢。畢竟美國和盟國都已經不習慣以傾國之力搏生存了。

結語

機動性無疑是F-35最大的一塊短板。戰斗機在其服役生涯中會不斷地進行改進，如F-16從Block 1到Block60，F-22的各個“增量”升級等。一款戰斗機的全部功能，正是在這樣的升級過程中逐步完善的。F-35也是如此。現在的F-35盡管擁有部分技術上的壓倒性優勢，但卻沒能將這種優勢從技術層面轉移到戰術性能上，這無疑是一種失敗。那么隨著動力系統升級“補丁”的安裝，這種失敗能夠得到彌補嗎？曾經“失色”的“閃電”能夠重建起壓倒性優勢嗎？讓我們拭目以待。endprint