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ATD-X的技术及影响

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日本共同社3月28日的消息称,三菱重工开始装配atd-x(先进技术验证机)的首架样机。本篇就对其做一些分析。

李:根据公开的图片资料,该机就是被称为“心神”的模拟样机的实际型号。日本在2012年开始制造ATD-X样机,计划到2014年时完成制造,从装配到完成耗时约30个月,计划在2015年实现ATD-X首架样机的首飞,2017年完成技术验证机的试验。按这个时间表,ATD-X的开发周期到2017年截止,随后则是正式作战型号原型机的发展。如按照部分阶段重叠的常规科研方式,“心神”原型机在ATD-X完成前就可能开始设计。如果这个开发计划没遭遇到大的挫折,首飞时间应该不会比2017年拖后多少。

根据ATD-X名称判断,经过全尺寸概念样机和缩比自由飞模型阶段后,目前这架装配中的飞机也不是原型机,而是在外形上达到样机标准的全尺寸技术验证机。由现阶段到实用样机之间不但存在阶段差,也存在更多的非技术因素变化的可能。

从日本四代机的公开资料,能否分析出这个型号的设计特点?

李:日本称ATD-X可实现3F,即3个First——“首先发现”、“首先攻击”和“首先摧毁”。这与美国开始研制F-22时的标准相同。JSF项目中却没提出这样的要求,可见日本在发展ADT-X时应该更强调空战性能。

ATD-X全尺寸样机很早就已公开。从当时的样机和本次公开的图片看,ATD-X保持了类似于“小F-22”的外形。该机采用菱形机头和两侧矩形进气道布局,前机身结构和外形特点类似F-22,流线外形又是远比F-35尖瘦的低阻结构。ATD-X模型采用了双座和突起的驾驶舱,如开发单座机则驾驶舱突起的幅度会减少,机身背部的线形要更为平滑。

ATD-X的机翼外形与F-22/35都有差异,反倒和目前装备的F-15有更多相似之处。ADT-X的机翼前缘后掠角和后缘前掠角都小于F-22,翼形是相对比较标准的切尖三角翼。这种翼形的展弦比和相对翼面积较大,有利于降低飞机的单位机翼载荷,但不如F-22的机翼那样有利于高速性。平尾部分的翼形与机翼类似,但采用了后切角的多边形。双局的进气道和后机身也与F-22类似,并列的双发尾喷口也是可调二元结构。总体看,ADT-X不愧于“小F-22”的称呼,但在翼形设计上强化了亚音速升力性能,部分放弃了以超音速巡航为目标的高速性,看起来是F-22和F-35机翼的平衡体。ATD-X的翼形兼顾了升力和速度性,比较符合日本航空自卫队对新战斗机的定位,但机翼设计也证明ATD-X很难取代F-15J的防空任务。

ATD-X为什么模仿F-22?日本提出的设计目标有多大可行性?

李:ATD-X中规中矩地全面模仿F-22的气动设计,是因为在技术探索阶段参考设计的难度最低,理论上也体现了最先进的战斗机技术发展思想。但这种方式却存在更大的危险性,很容易因为某些不确定因素的影响,陷入画虎不成反类犬的被动局面。日本ATD-X一方面存在切实的装备需求,同时也是在F-2项目完成后,为日本航空工业提供一个有价值的目标,维持日本军事航空科研的发展,避免因为无项目支持导致技术和人才断层,将项目目标定得较高也能涉及到更多的技术范围。

日本在ATD-X发展项目上提出了很多先进的“设想”,如云计算和群控制等很多新提法,但这些技术其实只是美军多兵种战场网络的换名。相比国际上现有的先进战斗机,唯有光传操纵系统比较现实。用光纤取代电传的电缆,优点是数据传输量大,抗干扰性好,并可降低本机自身电磁兼容的难度。日本在P-2反潜机上采用光传也可作为技术基础,算得上是ATD-X总体技术上的一个亮点。

ATD-X是个什么等级的战斗机?能否推测其设计目标?

李:发动机是制约日本先进战斗机的瓶颈,也是美国用来控制日本战斗机研制方向的法宝。日本在开发FS-X支援战斗机时雄心不小,但最终受限于航空动力的空白,被迫接受在美国战斗机上改进的方法,导致FS-X选了几个选项中最差的方案。本次日本开发ATD-X时吸取了FS-X的教训,在样机开始研制的同时即开发配套发动机。XF5-1加力涡扇发动机设计推重比约为8,据称ATD-X样机现用发动机重量为650千克,推力换算在5100千克左右,双发可保证全机10吨的总推力。按照日本称ATD-X是全尺寸验证机的标准,其发动机尺寸也应该与正式的样机相同,这就使现在宣布的动力系统性能显得非常奇怪。如果采用的是降低技术难度的临时动力,那推比8的重/推换算显然就无法解释:如果是全尺寸动力系统,在尺寸和推比不变的基础上将推力提高一倍,其技术难度和现有验证体系的价值很值得怀疑。

ATD-X计划最终选择2台9吨推力的高推比发动机,除目前日本独立开发的目标发动机外,可选型号还有美国的F414和欧洲的EJ200/210与M88-2/3。总体看起来,如日本能顶住美国在政治上的压力,ATD-X适用发动机的选择范围并不小。ATD-X如果采用两台5吨推力发动机,推比1.2条件下的飞行重量为8吨。但战斗机并不需要在起飞时保证如此大推比,因此网络上所说的起飞重量8吨数据,应该不是ATD-X验证机可能实现的最大起飞重量。

ATD-X正式样机如果选择推重比8-9的动力系统,保持单台发动机推力9吨的标准,全机加力推力可达到与F-35相当的18吨。根据航空结构设计标准估计,ATD-X动力性能如与F-35A相当,双局要比单发增加结构重量,以及发动机推比不足影响结构效率约11%~14%。但ATD-X不需要考虑F-35系列多机通用平台的需要,没有前置风扇对机体结构的限制,降低的机体结构比例基本可抵消双发消耗,整体机身结构设计水平也大体可与F-35相当。根据动力系统技术条件对比,ATD-X是与F-35同等级类似规格的战斗机。如果ATD-X选择推比10标准的F414或EJ200作为动力系统,理论上的结构和性能要比单发的F-35更有潜力。按照ADT-X选择两台EJ200发动机为标准,双局推力定量基准为18吨,当全机空战推重比标准控制为1.4时,扣除机载武器1吨及燃料2.2吨,去掉飞行员和舰炮弹与干扰弹等固定消耗,飞机的基本重量能够控制在9.2~9.3吨的范围,并可为后续发展留出约1-1.2吨的基本重量超重的余度。这个标准要比F-16和“幻影”2000提高很多,但以日本现有技术也不是无法实现,与F-35A对比也处于相对合理的范围内。