選型之爭：回顧F-22贏得美軍第五代戰機計劃

夏 宇

選型之爭：回顧F-22贏得美軍第五代戰機計劃

夏 宇

F-22猛禽戰斗機，由美國洛克希德·馬丁公司、波音公司和通用動力公司聯合研制，是世界上第一型第五代戰斗機。20世紀80年代，蘇聯研制的蘇-27和米格-29開始具備作戰能力，威脅到了擁有F-14雄貓、F-15鷹、F-16戰隼、F/A-18大黃蜂等優秀戰斗機的美國。為了應對來自蘇聯的空中威脅，美國空軍于1983年正式啟動了研制下一代具有空中優勢的先進戰術戰斗機（ATF）計劃。洛克希德·馬丁公司領導的洛克希德/波音/通用動力聯合小組正是其中的競標者之一，設計的是1132型ATF方案，編號為YF-22A。競爭對手是諾斯羅普公司領導的諾斯羅普/麥道公司聯合小組的N-14型設計方案，編號為YF-23A。在長達8年的時間里，YF-22A與YF-23A展開了激烈的角逐。1991年4月23日，美國空軍部長唐納德·賴斯宣布洛克希德聯合小組的YF-22A方案獲得ATF競爭的勝利，并決定采用普拉特·惠特尼公司研發的YF119-PW-100發動機作為F-22戰斗機的推進系統。

從兩家公司實力來看，兩家公司都是美國軍火界的巨頭，洛克希德公司曾為美國空軍研制出了P-38、F-80、SR-71、C-130、F-117和F-104等一系列優秀軍用飛機，而諾斯羅普研制出了A-6、B-2、EA-6B、E-2C和F-14等軍用飛機。從試飛結果來看，兩種飛機雖各有千秋，但都基本符合美國空軍提出的戰術戰斗機的要求。那么，為什么是YF-22A和F119組合競標成功了呢？

招標模式

1986年10月31日，美國空軍宣布洛克希德和諾斯羅普獲得了制造原型機的資格，并分別與這兩家公司簽訂了價值約6.91億美元的研發合同。根據合同要求，兩家公司將分別制造兩架原型機，一架裝備YF119發動機，另一架則裝備YF120發動機，然后根據4架原型機的試飛結果，從中選出優勝者。

機體標準 1971年，在美國空軍戰術部隊的“1985年戰術空軍研究（1969-1970）”（TAC-85）項目研究報告中，提出了新一代戰機的概念原型，并稱之為ATF。雖然還只是一個相當模糊的概念，但可以看作是美國向下一代戰機邁進的第一步。1983年9月，美國空軍提出了ATF的設計概念，立即就有7家公司投標，ATF系統計劃辦公室分別與它們簽署了價值100萬美元的合同。這7家公司是：洛克希德公司、波音飛機公司、通用動力公司、諾斯羅普公司、格魯門宇航公司、麥克唐納·道格拉斯公司以及羅克韋爾國際公司。美國空軍要求，除了保持現有戰斗機的加速性能等，新一代戰機要具有低可探測性、高機動性、超聲速巡航能力和超視距作戰能力，同時要可靠性高，維修保養方便，成本低，還要能做到先敵發現、先敵發射、先敵摧毀。為此，ATF系統計劃辦公室制定了一套明確要求，包括動力推進系統、高壓液壓系統、高度集成電路、共享天線、座艙顯示、人工智能、推力矢量操縱系統、短距起降、集成電子戰系統、混合傳感器和機載氧氣發生系統等。

1986年，美國空軍宣布洛克希德和諾斯羅普兩家公司勝出，并建議落選的3家公司與獲得資格的2家公司組建團隊，參與設計，以分攤成本和損失，并共享利潤。隨后，洛克希德、波音公司和通用動力3家公司聯合在一起，與諾斯羅普和麥道公司組成的聯合小組競爭。

發動機標準 發動機被稱作是戰斗機的“心臟”，某種程度上會直接決定戰斗機的整體作戰性能。伊拉克戰爭期間，F-15鷹式戰斗機大顯身手，尤其是在打擊飛毛腿導彈系統的過程中，表現搶眼。F-15采用的F110發動機設計相當先進，單臺發動機靜推力65.2千牛，推重比7.8，能左右互換安裝，為F-15的超強性能奠定了堅實的基礎。為了能滿足第五代戰機的要求，ATF系統計劃辦公室制定了詳細的發動機性能指標：不加力狀態下達到馬赫數1.5～1.6；發動機推重比達到10左右，單臺發動機推力達到13噸力以上；有充足的喘振裕度，能實現無限制操作；零件少，維修成本低；全壽命期成本比F110降低25%以上，耐久性比F110提高2倍；全面優化發動機的可操作性、耐久性、可靠性、維修性。1987年6月，美國空軍對發動機提出了進一步的需求，要求發動機的加力推力在原基礎上提高20%，達到15600千克力，中間推力達到10500千克力。

1983年9月，美國空軍分別與通用電氣和普拉特·惠特尼兩家公司簽署了一份為期50個月的合同，并各提供了2億美元，用以設計制造先進的動力推進系統。1983年12月，兩家發動機制造商正式加入ATF計劃，普·惠公司以PW5000（XF119）型發動機，通用電氣以GE37（XF120）型發動機展開競爭。1990年12月，PW5000型ATF發動機編號為YF119-PW-100，GE37型ATF發動機正式編號為YF120-GE-100。

激烈的飛行競爭

YF-22A與YF-23A之間的的競爭，并不是通過空中決斗的方式，更多的是通過計算機模擬，比較兩種飛機的性能數據。

俄羅斯的蘇-27戰斗機

ATF試飛 諾斯羅普公司研發的YF-23A于1990年7月率先亮相，在愛德華茲空軍基地進行了低速滑行試驗。8月底，進行了首次試驗飛行。11月14日，第一架YF-23A飛至12800米高空時速度達到馬赫數1.43，在后來的飛行中更是達到了馬赫數1.6。到1991年2月底，YF-23A共進行了50次試驗飛行，在第4次試飛中，YF-23A進行了空中加油試驗。但直至試驗飛行結束，YF-23A也沒有進行導彈發射和大攻角機動飛行。

YF-23A試飛的兩個月后，9月29日，YF-22A開始試飛。洛克希德公司安排了史上最為緊湊的試驗飛行，兩架YF-22A原型機在60天的時間內進行了74次試飛，結果比YF-23A結束試飛整整提前了兩個月。11月3日，YF-22A在試飛中速度超過馬赫數2，率先達到超聲速巡航速度要求。12月，YF-22A成功發射了兩枚空空導彈。為了突出YF-22A的優越性，洛克希德公司更是安排了10個架次的攻角機動飛行，包括45度壓坡度飛行、360度翻轉、垂直爬升和垂直俯沖。這種攻角試驗飛行充分顯示了YF-22A良好的機動性能。通用動力公司試飛員喬恩·比勒斯說：“我讓這架飛機作何種動作，它就完成什么動作，并且從來不會違背我的意愿”。

推進系統的比較 普·惠公司設計的YF119采用常規設計，強調應用現有成熟技術。YF119涵道比為0.2～0.3，屬于雙轉子渦輪風扇發動機，與F120發動機相比，F119結構更加簡單，耐久性提高了兩倍，零件減少了40%，壽命延長了50%，發動機總增壓比提高了40%，無加力狀態下的推力提高了61%，開加力狀態下的推力增加了47%。為了減輕重量，提高推重比，F119在設計上不斷創新，包括二維矢量噴管、空心風扇葉片、阻燃鈦合金、不同材料焊接的渦輪轉子、非金屬不冷卻的熱端部件、復合材料風扇進口機匣等。值得注意的是，YF119零件雖比現有戰機發動機零件少，卻更耐用，在無加力超聲速巡航狀態下能運行更長時間。

YF120于1983年開始研制，設計上要比YF119要激進一些，其涵道比為0～0.25，推力達156千牛。F120發動機的特點在于采用了可變循環技術，可以實現多種熱力循環，能在渦噴和渦扇等模式下相互切換，即使在超聲速巡航速度下，也表現出了很高的燃油使用效率。YF120還有一個特別之處，就是采用雙轉子、無葉片、對轉的渦輪。YF120在美國空軍阿諾德工程發展中心進行測試時，創造了37小時的試驗時間記錄和875000個破紀錄的試驗數據。

YF-22A與YF119組合成功競標

洛克希德和諾斯羅普兩個聯合小組創造出了兩種性能卓越，都有可能正式成為美國第五代戰機的原型機。發動機方面，經過一番驗證試驗，YF119發動機成功入選新一代戰機推進系統。美國空軍指出，YF120變循環發動機盡管油耗較低，但是機體較重、結構較復雜，從而導致發動機的維護成本高。而且，YF120發動機技術還不夠成熟，存在較大的技術風險。

根據已公開的資料，YF-23A原型機在許多方面都比勝出的YF-22A要好一些，YF-22A僅在低速可操縱性超過了YF-23A。那么，美國空軍為什么會選擇YF-22A呢？

一是洛克希德公司對未來空戰作出了合理預估。YF-22A計劃的主管普羅頓說：“要想在2l世紀保持空中優勢，飛機必須保證既能有效地進行超視距作戰，同時又可以有效地進行近距離的空中格斗。”空戰中，作戰雙方都希望己方能在對方視野之外發動攻擊。但自空戰誕生以來，任何一場空戰，最終作戰雙方都會進入對方視野內，這時，機動性能就顯得尤為重要了。當時美國空軍也無法保證未來空戰中不會有近距格斗。YF-22A具有高敏捷性和高爬升率，它的發動機尾噴管具有轉向能力，使其能完成其它戰機無法完成的機動動作。試飛員比斯利說：“這種良好的機動性是因為YF-22A采用了推力矢量和反推力二元噴管的緣故。”而YF-23A過度重視高隱身性，忽視了戰機的機動性能。隱身戰機必須采用內置彈艙，這就會增加橫截面積，也會增加阻力，不利于超聲速巡航。而且，戰機的隱身性能對武器裝載的靈活性、戰機的機動性和制造成本等都有影響，過分強調隱身性，最終可能會對戰機的整體作戰性能造成損害。

兩架美國F-15鷹式戰斗機在飛行

YF-22猛禽戰斗機最終贏得美軍第五代戰機計劃

二是YF-22A實用性更強。冷戰結束后，總體而言，美軍在技術研發上超前，但是在生產定型上偏保守。對于美國來說，最先進的并不一定是最好的，只有在技術先進和風險可控上達到平衡的才是最合適的。時任美國空軍部長唐納德·賴斯曾指出，YF-22A與F119的組合“顯然以更低的成本提供了更好的性能，從而能為空軍提供最好的價值”。洛克希德聯合小組采用相對平衡的設計，注重自持作戰能力，且在設計中加入了許多可靠性、可維修性和保障性功能。YF-22A安裝了二元矢量噴管，在機動性，尤其是在大仰角和較低速的機動性和可控性方面大大超過了YF-23A。相比之下，YF-23A總體設計更加先進，但與此同時研發風險和使用風險就比相對保守的YF-22A要大得多。YF-23A雖然也采用了內置彈艙設計，但它的量產機型卻需要延長機身才能再加入一個彈艙。YF-23A還采用了過于超前的氣動布局，給戰機的可控性和整體性能帶來了不確定性。而且為了省錢，YF-23A原型機的座艙和前起落架來自F-15，主起落架組件來自于F-18大黃蜂戰斗機，座艙也沒有裝配大屏幕顯示器。

三是洛克希德聯合小組工業上的表現更優。洛克希德公司在競標ATF項目之前，按時研制出了F-117夜鷹隱身攻擊機，該機參加過海灣戰爭、科索沃戰爭、伊拉克戰爭等軍事行動，是世界上第一種可用于正式作戰的隱身攻擊機。并且YF-22團隊當中還有波音公司這種在大型飛機研發和生產上非常有話語權的公司。相比之下，諾斯羅普研制的B-2幽靈隱形轟炸機在投入服役10年后，才于1999年首次參加實戰。B-2轟炸機一共生產了21架，單架造價高達24億美元，如果以重量計算的話，比當時的黃金還要貴2～3倍。有記者指出，1991年，海灣戰爭中，美國沒有使用B-2轟炸機，可以看出 美國對B-2存在某種擔心。而且，諾斯羅普合作伙伴麥道公司曾在A-12復仇者海軍轟炸機研制上出現過大問題，A-12原型機重達30噸，超出設計要求30%，不能滿足在航母上起飛的要求，且成本嚴重超支，繼續研究將花費美國海軍3年軍費的70%，因此美國海軍最終不得不于1991年7月終止了該計劃。

責任編輯：張傳良