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晨枫:欧洲双风2.0

2018-07-25 08:39:04

【文/观察者网专栏作者 晨枫】

在美苏争霸高峰的70年代,美国推出了第三代(美欧称第四代,本文用中国划代标准)战斗机,也称“十系列”。F-14首先入场,紧接着是F-15,然后是F-16,最后是F-18压场。这是美国历史上最完整、最强大的战斗机系列,性能先进,功能完善,遥遥领先于美国之外的世界先进水平,技术和战术影响至今犹存。除了F-14早早退役,F-15、F-16、F-18虽然已经不再是最先进的,但依然是美国和盟国的主力。

苏联紧追其后,差不多10年后推出苏联战斗机的天鹅之歌:苏-27和米格-29。由于技术和经济基础的差别,苏-27与米格-29在个别性能上超过美国对手,但在整体上,后发而并无显著优势。

瘦死的骆驼没马大

欧洲的境地更加尴尬。在理论上技术积淀深厚,但在实际上由于项目稀缺,基础和能力流失的后果已经开始显现。更加糟糕的是经济基础,英法都无力单独承担战斗机及体系研发的巨大开支,欧洲经济的火车头德国则缺乏完整的航空科技体系,意大利、西班牙等更加不可能独立研发战斗机。尽管如此,各国分别启动了自己的预研,英国有P.106(单发,定位上相当于萨伯“鹰狮”,后放弃)和P.110(双发,后来演变为“台风”),法国提交了ACT92(双发,后来演变为“阵风”),德国提交了TKF-90(相当于双发双垂尾的“台风”),但各国单干显然是不再可能了。在这个大背景下,以英法为核心,欧洲多国在1981年启动了欧洲战斗机(简称ECA)计划。

TKF-90的全尺寸模型看上去就是个双垂尾的台风

只有两年后的1981年,ECA计划解体了,主要原因是英法对设计主导权和航空工业基础问题上无法妥协。法国坚持轻巧多用,英国坚持重型防空制空为主;法国坚持用斯奈克马M88涡扇,英国坚持用罗罗RB199改型涡扇。谁都不肯让步,最后一拍两散。

1982年,英国拉住德国、意大利,继续推动ACA计划,以P.110为基础,采用TFK-90的机腹二元进气道,但改双垂尾为单垂尾以节约重量。1983年,英法德意再次组团,启动未来欧洲战斗机(简称FEFA)计划,但英法的领导权问题依在,FEFA计划在1985年再次解体。英德意西组队,以后成为“台风”;法国单干,以后成为“阵风”。

强扭的瓜不甜,英法联合战斗机计划分分合合还是分了

欧洲两风在90年代推出、21世纪初最终服役时,美国F-22都要服役了。差距太明显,欧洲不好意思称两风为第四代战斗机,只好称之为三代半。

欧洲两风开创了一个新概念,一个新名词,引来了之后的不少效仿者

时间快进30年,欧洲又要研发新一代战斗机了。这一次,一上来就是欧洲两风2.0,连先合再分的步骤也省略了。2017年6月17日,法国总统马克龙与德国总理默克尔宣布,将启动联合研制第五代战斗机。2018年范堡罗航展前的6月19,法国和德国国防部长签署协议,由法国主导第五代战斗机设计。7月17日,在范堡罗航展第一天,英国国防大臣威廉姆森宣布,将由英国宇航(BAE)、莱奥纳多、罗罗、MBDA联合启动“暴风”第五代战斗机的研发。这将是双发、双垂尾、无尾三角翼战斗机,但翼展、起飞重量、发动机推力和基本飞行性能数据都还未见公布。

30年过去,欧洲的技术和能力流失情况没有改善。据《航空周刊》报道,英国有关方面人士透露,英国还能领军航空研发的人才已经少到“能报出每个人的名字”的地步了。这不是指凯利·约翰逊、米哈伊尔·西蒙诺夫、杨伟一级的帅才,而是更具体团队级别的将校之才。

另一方面,欧洲的经济困难反而加深了。福利负担继续深重,在数字化的大潮中落伍,难民潮、失业率、因循守旧心态、新老欧洲撕裂等加重了困难。

好在美国也不再是当年的美国,美国的第五代战斗机还是天上的画饼,其实连画饼的形状都还没有确定。因此,欧洲两风老实不客气地自称为第五代了。如果实现,这或许是世界上最早确认的第五代战斗机。但这是很大的如果。

“暴风”的CG图

尽管俄罗斯在老欧洲眼里重新成为威胁,欧洲的“高端”安全威胁实际上不大,研发下一代战斗机的动力除了例行的装备换代外,主要还是保存航空与相关科技,包括飞机、发动机、航电和机载武器,因此英法的技术要求和主导权分歧肯定要重来一遍,所以长话短说,直接分家了。

但当年大联合的动力不仅依然存在,而且更加强烈。法国在“阵风”之后,发誓再也不单干了。好在这次拉上了德国,有人垫付了,不过或许不够,因为德国的手头也和30年前不一样了。英国则由于脱欧,现在感觉前所未有的孤单。英国政府宣布将投资20亿英镑(约合26亿美元),但“暴风”并不是战斗机研发计划,而只是基本技术预研,要求到2025年确定是否正式启动战斗机研发,如果确定,要求2035年开始服役。法德的计划还没有明确的投资和时间表,但预定在年底前组建项目办公室和相关团队。德国“台风”与法国“阵风”也在2035-2040年左右要考虑换代了。

分久必合,合久必分

英国脱欧解开了第五代欧洲战斗机“必须”英法德意大联合的套,但也背上了自筹资金的负担。英国已经拉上意大利,瑞典有可能加盟,日本甚至印度也有可能加盟。坊间甚至传说,英国有意拉沙特入伙,沙特对摆脱对石油经济的依赖有浓烈兴趣。这样的话,英国团队的整体实力就很强了。法德团队可能有希望拉上西班牙,但蚊子肉是不能充饥的。双方在理论上都对更多国家加盟“保持开放”,但在主导权问题上不可妥协的情况下,这只是空洞的姿态而已。除非出现现在还不可预料的超级变局,欧洲两风2.0似成定局。

欧洲两风1.0的结局并不好。除了时间拖延、预算超支外,两风都没有达到规模经济的预期。到2018年3月为止,“台风”累计交付623架,尚未交付和新增订单不超过100架。“阵风”累计交付164架,尚未交付和新增订单100架出头一点。“台风”的业绩似乎好一点,但这是英德意西四条生产线的总业绩,分摊下来,并不比“阵风”好看。相比之下,F-15(包括E型)已经交付的就超过1600架,F-16超过4600架,连“销售疲软”的F-18(包括E/F型)也超过2000架。没有足够的销售就意味着造血乏力,难怪“台风”和“阵风”的升级改型也拖拖沓沓的。

F-16的商业成功可能只有F-35能够复制,但它没有后者那么强的排他性

市场窄小的压力对欧洲两风2.0同样存在。意大利、瑞典同样有保护所剩无几的航空工业产能的压力,日本、印度也会强烈要求建立自己的生产线。相比之下,法德可能在欧盟一体化架构下理顺航空工业产能问题,避免撒胡椒面,不过盘子也要小很多。与欧洲两风1.0是大体一样的情况。

另一个问题是技术要求。英国的传统路线是“中型偏重、制空为主”,这是北海防空拦截和控制欧陆制空权的需要,已经订购和计划中的F-35也已经满足了空地作战的需要。意大利无所谓,没有太特别的要求。但瑞典的传统路线是“轻型简易多用”,尤其强调在偏远、简陋机场甚至公路跑道的出动能力,国力限制是另一个偏向轻型简易的因素。日本如果加入,要求肯定是“重型远程制空”,以压倒歼-20为基本要求。印度的要求与日本相似,不过要求成本打对折。沙特的要求简单,给什么吃什么,只要没有猪肉就行。

需求多元,土豪太少,BAE难啊

众口难调,这是欧洲两风1.0的惨痛教训。欧洲在同样的问题上一遍又一遍交学费,空客A400M运输机是另一个例子。但法德的“法国主导”原则有可能被英国效法,那样就不是联合研发,而是入伙研发,就看这一改变是否影响其它国家的加盟积极性了,毕竟他们也有自己的国家利益要考虑。

基本定位问题解决后,接下来是另一个大问题:第五代战斗机到底应该具备什么样的特征?第四代战斗机要求具有隐身、超巡、超机动、信息化能力,但也不是所有第四代战斗机都达到所有要求,比如F-35就做不到超巡,其机动能力是不是达到“超”也是有争议的。但除了可有人-无人双模驾驶(所谓optionally manned)、有人机-无人机组队作战外,第五代战斗机应该达到什么样的要求并无定论,欧洲两风2.0除了声称第五代外,也没有在这个问题上给人们多少启迪,难免使人有四代半的印象,就像欧洲两风1.0只达到三代半一样。

三代半,四代,四代半?

大方向问题没有解决,具体技术方面,英国倒是做了不少准备。BAE不仅通过F-35的深度参与接触了隐身技术,还通过“复制品”(Replica,很奇怪的名字)计划积累了第一手隐身设计的经验;罗罗一度入列美国空军三涵道涡扇计划,尽管后来位置被普惠取代;BAe和达索联合的“未来空战系统”(FCAS)计划着重研究新一代航电架构、传感器和机载系统,原计划是研发取代有人机的无人作战飞机,但实际研究下来,全自主在可预见的将来还不现实,远程遥控则对敌对电磁环境太敏感。但FCAS和BAe自主研制的“塔拉尼斯”无人迹的研究成果对有人-无人双模驾驶和有人机-无人机组队作战是有用的。BAe还在为土耳其的第四代战斗机(简称TFX)研发提供技术支持,尽管TFX很可能最后只能达到韩国KFX那样的“准隐身”。

但就“暴风”而言,真正抓眼球的新技术是虚拟座舱。说起来,这其实不算黑科技,只能算灰科技,是从F-35的头盔显示系统的自然扩充。虚拟座舱的显示全部集中在头盔上,好处不是节约了仪表盘,而是飞行员的头转向任意方向,都有相应的信息显示叠加在视觉画面上,尤其是目标和威胁信息,“所见即所显”。

虚拟座舱的好处不少,坏处也是显然的。这样一来,头盔显示不光是作战信息显示,也是基本飞行和发动机状态显示,一度显示的延迟、对比度问题几乎导致飞行安全问题。另一个问题则是重量,不仅顶着沉重的头盔容易造成脖子疲劳,大过载的时候还可能造成肌肉损伤,弹射时更可能是致命的。最后只有性能要求显著缩水,才达到最低要求。F-35还具有常规的低头显示系统,只是单一大屏而已。

范堡罗的“暴风”展板还展示了语焉不详的“高超音速”字样,这只能是指机载武器。MBDA的“流星”中程空空导弹采用新颖的固体火箭-冲压发动机,也称“吸气火箭”。固体助推燃尽后,腾出带两个矩形进气道的主燃烧室,前置固体巡航发动机继续燃烧,高温贫氧燃气依然含有大量可燃物质,与进气中的氧混合燃烧,形成远比固体巡航发动机本身产生的更大的推力。由于固-冲用空气中的氧来燃烧,在巡航段不需要自带氧化剂,因此能量密度大大提高。固-冲也比固体助推-液体冲压更加先进。MBDA声称速度达到M4以上,这就离高超音速的下限M5不远了,再努把力,并发挥一点想象力,称之为“高超音速武器”也未为不可。

但在气动和发动机等“硬科技”方面,“暴风”惊人地低调,或许是对平平的飞行性能的暗示。

标着高超声速总不可能真的就飞高超声速吧?

“暴风”放弃了鸭翼,但保留了无尾三角翼的大体布局,只是机翼后缘像B-2一样具有倒V形缺口。倒V形后缘有利于实现边缘对齐,这是隐身设计的重要原则之一。但倒V设计也损失了很多翼面积,损害机动性和翼内油箱容量。倒V后缘还形成不利涡流,增加阻力。当然,放弃严格的边缘对齐,只要“意思意思就行了”的话,浅倒V也减少了不利影响,代价是隐身效果也相应下降。这是一个取舍问题。从现有的模型和电脑效果图来看,“暴风”采用的正是浅倒V。

但放弃鸭翼也意味着起落性和机动性的损失。倒V三角翼使得升力中心前移,静稳定性降低,如果配合以推力转向,是可能重建机动性的。电脑效果图上似乎显示了“暴风”采用F-22那样的二维推力转向,但现在还无法确认。罗罗应该具有相应的技术。

宽扁而且带锐边的前机身不仅具有隐身效果,还起到部分边条的作用。但强烈边条作用于DSI的气动交互影响不容易解决,最终实现时与电脑效果图有多大差异,还有待观察。宽扁的前机身明显影响飞行员的向下视界,这可能用虚拟座舱的虚拟视界解决。

虚拟座舱是“暴风”的一大技术特色

“暴风”也采用了DSI进气口,这将是F-35之后西方第二个采用DSI进气口的战斗机。相比之下,中国已经在歼-10B/C、歼-20、JF-17“枭龙”、教练-9G“山鹰”飞机上等采用了DSI技术。

与典型欧美战斗机相比,“暴风”的外倾双垂尾的面积较小,可能是全动的。如果属实,这将是继俄罗斯苏-57和中国歼-20之后第一架采用这一技术的欧美战斗机。

但综合权衡下来,“暴风”在气动设计上乏善可陈,没有体现出第五代战斗机应有的领先。“暴风”相对于现有第四代的F-22、F-35、苏-57和歼-20的领先幅度还不如“台风”相对于F-15、F-16、F-18,甚至可说没有任何领先。

在发动机方面,罗罗可能以曾参加美国空军三涵道涡扇的方案为基础,推出下一代战斗机涡扇。展板上提到的全机热管理和动态性能管理正是三涵道的特征,根据不同阶段的飞行需要,或者用外涵道作为机载系统的冷却气流,或者与进气道控制相结合,使得进气流量、流速、激波位置与发动机工况最优匹配。如果实现,这将与美国空军同步抵达战斗机涡扇的下一个里程碑。不过美国空军的ADVENT计划已经就进入了样机试验阶段,罗罗还没有相应的报道。罗罗是世界三大航发公司之一,但以过去30年里的战斗机发动机作为参照,罗罗的战斗机发动机技术达不到同时代普惠或者通用电气的水平,加上罗罗在“台风”的EJ200之后在战斗机发动机研发方面并不活跃,很难想象罗罗一下子就与ADVENT齐肩了。

相比之下,法德团队的努力至今集中在政治层面,在技术层面上甚至都还没有拿出“暴风”那样的画饼。

空客倒是推出过第五代战斗机的电脑效果图。有意思的是,这也是一架双发、双垂尾、无尾三角翼战斗机,同样没有指明翼展、重量、发动机推力和基本飞行性能数据。空客方案采用更加“传统”的加莱特进气口,保留了增加阻力和雷达反射特征的附面层隔道,但又不像常规加莱特一样直接暴露在进气气流中,而是“躲在”大边条下,类似F-18E的位置。更有意思的是,图上显示出类似苏-57的可动边条。前机身设计也与苏-57高度相似,隐身考虑相对不足。

机翼平面形状也与苏-57很相像,但面积更大,外段前缘后掠更小,或许代表了强调机动性的设计重点。后缘还是平直的,可能反映了空客对机动性和隐身与BAe有不同的考虑。同样,如果采用推力转向,放弃鸭翼的机动性影响是可能补偿回来的。

空客的CG是在有点不够劲

综合平衡下来,空客方案的气动设计水平甚至不及BAE“暴风”。基本气动外形甚至可说是无尾三角翼版苏-57。要是俄罗斯指控法德抄袭,老马塞尔·达索会气得再死一次吗?

但空客方案的发动机选择不明。斯奈克马M88是法国第一代双转子涡扇,性能与EJ200相当,但斯奈克马的技术功力还不如罗罗,“饭票”是靠在与通用电气的合作中专攻技术要求较低的低压、冷端部分挣出来的。

最大的不明则是达索方案是基于空客方案,还是重起炉灶。达索主导的“神经元”项目采用无尾飞翼构型,但一般认为这适合用于打击飞机,但用于高机动的战斗机还不行。《航空周刊》曾公布一张据说来自达索的电脑效果图,结果证明是用错图了,那是BAe“暴风”,尽管图的流出还早于范堡罗航展上的公布几天。这笔乌龙帐是个谜。

但这一次德国确实只有打下手,连FEFA时代TKF-90那样的纸上预研都拿不出手。德法倒是合理分工了,德国在战斗机方面打下手,但主导EuroMALE项目,这是介于MQ-9“收割者”和MQ-4“全球鹰”之间的中空长航时无人机。德国还将主导下一代主战坦克和自行火炮的研发,预计法国将打下手。法国主战坦克和自行火炮本来也就在苟延残喘了,“勒克莱克”的产量只有800多辆,远远低于“豹2”的3500辆。当然英国的“挑战者2”更惨,只有400多辆,所以英国索性不折腾了。现在看来法国也想通了。


由法德意西联合开发的MALE-RPAS类似于“全球鹰”,不过预计要在2023年才首飞

不管是英国团队,还是法德团队,现在都还在纸上谈兵阶段。英国的20亿英镑不仅还在口头上,考虑到F-22和F-35的先例,这点投资也根本不够。以简单、轻巧著称的F-16的研发费用在1986年就从计划的68亿飙升到138亿美元,折合2018年316亿美元。这还是在发动机直接从F-15借用的情况下。考虑到系统复杂性和“隐身加价”,BAE“暴风”要成为货真价实的战斗机,研发投资很难低于500亿美元。F-35的天价研发费用不是胡乱挥霍的结果,也是一分钱一分钱抠出来的。英国团队有没有这个财力和定力是个不小的未知数。

这对法德团队也是一样。BAe还通过F-35计划有点先发优势,达索的起点就要低一些了。加上斯奈克马的问题,法德团队的投资挑战至少不低于英国团队。2008年欧洲经济危机后,法国幸免于沦落到“欧猪”行列,但法国经济离强劲可是差得远。德国也不如以前了,难民潮的真实成本开始显现,传统的出口经济又受到特朗普MAGA的胡搅蛮缠,钱也是个问题。

欧洲两风1.0刮起不大不小的风,尽管开始的时候有点吃力。欧洲两风2.0能刮起来吗?就现在看来,决心很大,但力气很小。天热了,无风不大好受,那就吃瓜消暑吧。多吃点,管够。

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晨枫

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来源:观察者网 | 责任编辑:于宝辰
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