雲月隱暗雪鴞去，長虹流波鶻鷹來——小記沈飛公司FC-31戰機的前世今生（二）_風聞

三、細讀鶻鷹

沈飛研究中型四代機的歷史同樣久遠，從上個世紀八十年代起的二十幾年間，先後研究過近百種氣動佈局方案。隨着時間推移，製造工藝、新材料技術、航電設備、空軍作戰理念、計算機輔助設計等影響氣動佈局的因素不斷推陳出新，大量氣動佈局方案在不斷演進中被淘汰，沈飛研究重點漸漸集中到了雙中推的先進常規佈局方案，這種佈局各方面性能均衡，又是沈飛擅長的常規佈局，隨後進行了多年的深入研究和實驗。1989年沈飛還應中國空軍需求設計研製過雙中推的帶有隱身特點的殲-14戰機，雖然後來由於Su-27的引進，殲-14項目被放棄，但這無疑為沈飛在中型隱身機領域積累了相當的技術經驗。所以當沈飛在2007年底決定自行研製中型四代機時，沈飛手裏其實已經有成熟的四代機氣動佈局方案了，並不是毫無準備。應該説沈飛還是一家有深厚技術底藴的航空公司，FC-31做為一款中型五代機整體設計均衡，採用常規佈局，單座雙發雙垂尾，兩側DSI進氣道，是典型的以波束控制理論設計的隱身戰機，具備極強的隱身能力。在2012年首飛的僅是一架技術驗證機，沈飛技術文件上稱呼為“310驗證機”，用於驗證飛行平台、隱身設計、氣動佈局等，殲-20、F-22、F-35都經歷過驗證機階段。2016年12月23日，FC-31重大改進後的真正型號原型機首飛，正式開啓“鶻鷹2.0”時代，這架新的FC-31，進氣道口進行了優化；主翼和水平尾翼進行了切角處理並增大了面積；垂直尾翼進行了重新設計，改成了後掠垂尾，強化了高速性能；機體整體略有拉長，增大了機背油箱，機腹彈艙也更長更大；座艙蓋改成了整體式設計。

圖7：沈飛曾研製過的殲-14戰機，是一款雙中推的帶有隱身特點的中型戰機，但在Su-27引進國內後項目被放棄，該機的設計思想和部分技術後來直接影響了FC-31

圖8：沈飛早期研究過的其它中型四代機氣動佈局方案，它們構成了FC-31氣動佈局的理論基礎

圖9：FC-31原型機的早期效果圖，可以看到為了應對低速時因氣流分離而造成的推力損失，機背上設計了兩個輔助進氣口，但是光電系統（IRST）還是Su-27的老款式

圖10：首飛當天的FC-31原型機，垂尾非常靠前，明顯在追求可控大迎角能力。機體上能看出使用了大量複合材料（機體中綠色部份），整體設計與驗證機相比有了大幅度的修改，與早期效果圖也不盡相同

如果説FC-31的驗證機設計上還略顯保守，那原型機的設計可以説已經相當成熟了。如何準確的審視沈飛這款FC-31,如何來看它的能與不能。我們不妨拿美國F-35來做個參照。FC-31驗證機首飛比美國F-35A晚了整六年，原型機首飛時F-35A都快服役了。但基本上算相差不太遠的兩款新型四代機，是這世界上目前僅有的兩款中型四代機，又都是常規佈局，對比還是有相當借鑑意義的。美國空軍曾給四代機定義了經典的4S性能，分別是：Stealth（隱身）；Super Sonic Cruise（超音速巡航）；Super Maneuverability（超機動性）；Superior Avionics for Battle Awareness and Effectiveness（超級戰場態勢感知）。目前完全達到4S性能的只有美國F-22，殲-20受制於發動機拖累，Su-57的隱身則比較坑。

看F-35的4S能力，首先是它的隱身能力，在X-35驗證機時代其實還是不錯的，但是在服役時卻變成了目前這種混身長“瘤子”的模樣，按美國空軍提供給國會的官方文件描述，F-35是“正面極低可探測性”，側面、背面是“低可探測性”，意思就是側面和背面，隱身能力要打折扣，當然這還應該包括長滿“瘤子”的機腹。相比之下F-22和B-2是“全向極低可探測性”，而且據説外銷版的F-35隱身能力還要降低。為了隱身能力下降這個事情，澳大利亞、英國還和美國互相扯皮，甚至鬧出外交風波，加拿大則直接放棄採購；第二超音速巡航這個完全沒任何懸念，是真沒有；第三超機動能力，F-35本身就不是按空優戰機設計的，原本就膘肥體壯，但就算這樣還三天兩頭就有重量超標的新聞見諸媒體，F-35A的翼載荷達到了驚人的每平方米526公斤，這個翼載荷已經超過了F-15E這樣的重型戰鬥轟炸機，但推力卻少了67千牛，相當於少了一台F-100的軍用推力，在50%內油的對空模式下推重比勉強達到1.07，而F-35C推重比就只有0.9了，F-35B就更低了。F-35為了機體減重，大大削減機體結構強度，F-35A最大機動過載雖然號稱有9G能力，但在實驗中卻發現很難拉到7G，而F-35B甚至官方的理論過載也僅有7G，F-35C為7.5G。這樣的翼載荷、推重比、過載能力就算放在三代機中也是敬陪末座，所以F-35很難説有什麼像樣的超機動能力，當然這對一款“攻擊機”來説，也許根本就不是值得憂慮的問題。但美國空軍對F-35A機動能力不低於F-16和F-18的要求，顯然並沒達到。一位參與 F-35項目的意大利空軍飛行員説F-35A的飛行包線介於F-16和F-18之間，也間接證實了F-35機動能力範圍。但需要説明的是，F-35憑藉先進的氣動設計和強大的飛控系統，在與三代機的纏鬥中仍具有某些優勢；最後是“超級戰場態勢感知”這個能力，首先F-35得益於比F-22還先進一代的“寶石台”構架為基礎，再配合APG-81雷達、光電跟蹤系統（EOTS）、光電分佈式孔徑系統（EODAS）、英航宇系統公司的綜合電子戰系統等等強大的航電系統和以網絡中心站理論打造的戰場信息分享能力，那是無可挑剔的，比F-22還先進一代，目前代表了這個星球上的最高水平。

圖11：F-35A和FC-31機腹角度對比，可以看到F-35A機腹下長滿“瘤子”，被外界指責隱身能力不佳。而FC-31的機腹則非常平坦工整。而機體整體稍長，彈艙也明顯更長、更大

F-35搞成今天這個樣子，首要的問題就是政治力量凌駕于軍隊裝備的實際需求，美國國會第一次幹這種事是F-111，強行要求海空軍的飛機通用化，以為F-111即能滿足空軍當戰鬥轟炸機的需求，又能滿足海軍能航母起降當截擊機的需求，結果是出了名的失敗項目，弄到最後海軍還無法裝備。在三代機時代各軍種又回到各自發展戰機的老路上，空軍有F-15、F-16；海軍有F-14、F-18；陸戰隊有AV-8B。在四代戰機時，本來美國空軍、海軍、海軍陸戰隊仍然各自有四代機開發計劃，但此時冷戰已經結束，享受着和平紅利的美國在新裝備開發上十分消極，再加上連年戰爭資金吃緊，對於三軍提出的下一代戰機計劃，國會又想起當年多軍種通用化戰機這檔子舊事來，強行將各軍種的四代機項目整合成高度通用化的同一機種，將空軍型、海軍型、陸戰隊型用一個型號統一起來，這就是今天的F-35家族。這樣做的好處是能最大限度的通用化零部件，提高零部件總產量，再借助提高產量來減少單機的生產成本，通用後勤，這從採購和後勤的角度來説確實是完美方案。但代價就是為了使用通用化的零部件各子型號間必須互相遷就，因三個機種技術特點迥異，使用環境、作戰方式差別很大，互相妥協的結果必然是搞出一箇中庸的設計，尤其是F-35B，完全拖累了整個F-35家族，為了遷就F-35B的垂直起降能力，整個F-35家族在長度、翼展、機體結構、發動機以及發動機安裝進而引發的氣動力中心等問題上都做出了重大犧牲，可以説F-35的空軍型和海軍型都因為陸戰隊型而吃了大虧；第二個問題就是美國空軍對F-35其實早有定位，那就是“聯合攻擊機JSF（Joint Strike Fighter）”，是以對地打擊為主，是七分對地，三分對空。這麼一定位，那F-35就需要巨大的彈艙來容納大型的對地打擊彈藥，又需要巨大的油箱來維持必要的航程，毫無疑問機身必然又大，又重，瘦不下來。空軍型F-35A要求彈艙內帶兩枚2000磅JDAM，這完全是當年F-117的對地打擊能力，而F-117比不上的是F-35A還要能對空作戰，還要能超音速飛行，還要多帶油，保證1240公里的作戰半徑。為了隱身還要將一大堆觀瞄吊艙內置化，還要帶一大堆電子對抗設備，新型傳感器等，這麼一折騰下來，F-35A的空重超過了三代重型機F-15，內油攜帶量與F-22基本相當，彈艙載彈量兩倍於F-22，作戰半徑比F-22高63%（洛馬官方資料，F-22作戰半徑760公里）。付出的代價就是在驗證機階段十分俊俏的X-35變成了現在我們看到的這副混身“長瘤子”的模樣了。

圖12：F-35膘肥體壯，肌肉虯結。但是機側和機腹隱身能力不佳，讓美國空軍也不得不在向國會呈遞的文件中承認這一點

就像殲-20的設計是建立在對YF-22和YF-23充分的利弊得失認識之上的，那FC-31也是完全借鑑了F-35的前車之鑑，定位是非常精準的，首先，就是壓根不要去考慮垂直起降型號，沒有這個型號的拖累，F-35也不可能變成今天這副怪異的模型，國際市場上這個型號也根本不是市場主流，中國軍方也沒有提出過這方面的需求；其次是也暫時不要考慮海軍艦載機的型號，既然主要面向國際市場，那國際市場的潛在客户是沒有這個需求的，就算未來中國海軍需要，那在空軍型的基礎上發展海軍型也是容易辦到的；第三是不能搞成對地攻擊機，對於美國人來説，有F-22包打天下，那F-35自然只需幹攻擊機的活了，但是對國際市場上的客户來説，如果沒有制空權，哪來的對地攻擊？所以國際市場上更需要的是第四代空優戰機。這麼一來，事情就簡單了，FC-31只需要發展以制空能力為主要取向的空優戰機就可以抓住絕大部份市場了。

我們根據目前已知的資料簡單分析下FC-31的4S性能，首先是隱身：依據物理繞射理論來模擬計算導電目標散射特性的方法是今天 RCS 計算方法的理論基礎，得益於當前中國超級計算機上的巨大成就，今天的超級計算機已經可以非常容易的計算出一個連續曲面的最優隱身外形，真正的難點在於工程實現，今天我們看到F-35的諸多不理想之處，尤其是腹部一堆“瘤子”，並不是洛馬公司不想設計出更理想的外形，而是必須面對其它性能必須做出妥協取捨，但至少目前FC-31還沒有出現這種問題，外觀上更符合隱身設計的特性。所以在機頭正面，FC-31的隱身能力應至少與F-35相當，機腹和側面則明顯優於F-35。

超音速巡航：根據沈飛2017年攜FC-31參加第52屆巴黎航展時，由中航工業副總經理李玉海透露説FC-31已經可以實現超音速巡航了，這大大出乎很多人意料。FC-31原型機裝兩台基於俄羅斯RD-33深度改進而來的WS-13E發動機，單發推力9.5噸，兩台推力達19噸，但是裝同樣發動機的Mig-35並不能超巡，那FC-31是怎麼做到的呢？秘密就在於之前的典型三代機如F-15、F-16、Su-27、Mig-35等，它們都是按亞音速機動能力來優化氣動佈局的，這一是受七、八十年代航空界對空氣動力學的認識侷限，二是當時剛結束越戰，美國空軍統計90%以上的空戰纏鬥實際上發生於高亞音速和跨音速階段，所以三代機的氣動設計非常強調亞音速升阻比，一般都達到了9-12，遠超二代機的5-8（美俄軍標為三代機），所以三代機就比二代機在亞音速範圍內機動能力更強，航程更遠。但是三代機的超音速升阻比卻普遍較低，一般不超過3，這就造成三代機在超音速飛行時阻力非常大，要想超音速就只能打開加力燃燒室，用強行增推的方式來跨過音障，但三代機開加力一般不超過5分鐘，燃油充足的戰機可以開到8分鐘，超過這個時間不是燃油耗盡就是發動機燒燬，因為那個年代的發動機本身也是按亞音速性能優化的。但到四代機時代美國空軍要求四代機的超音速升阻比要超過5，實際上YF-22在馬赫1.5時超音速升阻比據稱可以大於6，而YF-23更進一步，號稱接近7，這也就是為什麼YF-23在更重的機體下用同樣的發動機，超巡能力卻要顯著優於YF-22的原因。所以對超巡來説強大的發動機推力當然是基礎，但戰機的氣動外形設計卻更加重要。舉個列子，三代機的推重比之王F-15，在標準對空模式下以1.46的推重比也無法做到超巡，但SR-71用0.39的推重比就實現了最大3.35馬赫的飛行，並且可以用這個速度一直飛，飛的越快阻力越小，其中一個根本原因就是它在3馬赫時超音速升阻比達到了6.5，而不鏽鋼製造的Mig-25用0.6的推重比也實現最大3.2馬赫的飛行，同樣的殲-20用兩台14噸推力的WS-10B太行發動機，也號稱擁有1.5馬赫的超巡能力，道理都是一樣的。這也就解釋了前面為什麼用同樣的發動機FC-31可以號稱擁有超巡，但Mig-35卻明顯不能的原因。因此FC-31以空優戰機為設計取向，以較輕的機體和較高的超音速升阻比設計，實現超巡能力完全是情理之中的事。但話又説回來，FC-31以目前裝備的WS-13E超過0.6的涵道比，並且推力不足的情況下即使能超巡，也必然是較低的水平，也許在1.2-1.3馬赫之間，這正是跨音速阻力較大的區域，宣傳意義要大於實際意義。未來還是要等第四代中推裝機後FC-31才能獲得真正實用的超巡能力。而F-35則是有意放棄了超巡能力，在氣動佈局上更傾向於提高亞音速升阻比設計，美國軍方認為一架能隱身的攻擊機擁有超巡能力沒有實際意義，不如換取亞音速狀態下更大的作戰半徑。

超機動能力：F-22不用矢量推力就可以達到60度可控迎角，F-35A據説可以達到50度，從FC-31原型機明顯非常靠前的垂尾設計可以看出，FC-31也非常追求大迎角性能，而且這種狀態下橫軸方向上的舵面有效性也會增強，再配合四代機先進的氣動佈局，可以推測FC-31的可控迎角至少不會低於50度。在三代機中除了F-18E/F可以達到50度可控迎角以外，其它沒有任何戰機可以超過30度，連新鋭的歐洲颱風也只能達到26度，陣風為28度，所以在可控迎角領域F-35和FC-31可以碾壓一切四代機；在過失速機動能力方面，F-35A在巴黎航展上當眾展示過“落葉飄”機動，充分展示了它先進的氣動設計和精良的飛控，但其實沒有矢量發動機的F-35A在過失速機動方面顯然不是強項。FC-31雖然沒有對外展示過它的過失速機動能力，但它是以空優能力設計的四代機，過失速機動能力顯然也不會缺失。目前裝備WS-13E也沒有矢量噴管，但將來裝備的第四代新型號中推確定會裝三軸矢量噴管，到那時在過失速機動能力上FC-31就會技高一籌；還有就是超音速機動能力，這很大程度依然取決於戰機的超音速升阻比，颱風據説可以在1.2馬赫時做2G機動，但F-22可以在1.5馬赫時做6G機動，也就是説F-22可以在全程超音速狀態下捕捉敵機，搶佔陣位，發射導彈，完成整個攻擊動作。但傳統的三代機幾乎完全不具備這種能力，三代機在超音速狀態下只能做直線衝刺，任何細微的機動都會使戰機撞上正激波而劇烈損失能量從而掉回亞音速。三代機面對四代機時，亞音速狀態下很難跟着四代機輾轉騰挪，因為四代機自始至終在超音速範圍，即快速又敏捷，輕易就能完成機頭指向並搶先攻擊，而自身卻可以始終保持在三代機攻擊角度之外，如果三代機強行打開加力燃燒室進入超音速，卻只能像一枚火箭彈一樣飛直線無法機動，反而會被四代機輕易擊落，這種尷尬就像一輛自行車永遠也跟不上摩托車的節奏一樣，這就是四代機的超機動能力。目前可以確定F-35肯定沒有這個能力，而如果FC-31能進行超巡，那就會有相應程度的超音速機動能力，未來換裝新型四代中推後，超音速機動能力才會完全發揮。以目前得到的資料顯示，FC-31空重12.5噸，內油7噸，均要小於F-35A的空重13.15噸，內油8.38噸，FC-31明顯更輕巧；而FC-31全長17.3米，翼展11.5米，F-35A全長15.67米，翼展10.7米；FC-31機體更修長，阻力更小，更利於超音速飛行和機動，而翼展更大説明機翼面積更大，加上機體更輕，這就有了更低的翼載荷。總的來説FC-31比F-35翼載荷更低、推重比更高、過載更大，做為空優戰機，機動能力明顯性優於F-35。

圖13：沈飛公司公開展示的FC-31座艙，旁邊參觀的空軍大校是個亮點，看來空軍也不是全然不感興趣

超級戰場態勢感知：中國在四代機航電上的發展是與四代機發展完全同步的，在1996年中國以F-22“寶石柱”架構做為技術對標，進行了98X工程，相關設計研發進行的十分順利，到2004年就通過了國家驗收，但當時中國四代機還處於研發階段，競標都尚未開始。於是98X工程技術成果主要應用於殲-10B上，部份應用於沈飛殲-16。2002年相關單位又對標F-35“寶石台”架構展開新一輪研發，主要成果為有源相控陣雷達、光電跟蹤系統（EOTS）、光電分佈式孔徑系統（EODAS）、綜合電子戰系統、還有中國第一條光纖數據總線等均已成功裝備殲-20，部份應用於殲-10C和殲-11D。所以以目前中國電子工業界的實力，只要客户需要，是完全可以為FC-31整合一套不輸於F-35的航電系統的。

圖14：殲-20機頭的有源相控陣雷達、兩側的側視雷達、光電跟蹤系統（EOTS）、光電分佈式孔徑系統（EODAS）

應該説FC-31和F-35是兩種任務取向的戰機，用它們做對比其實有些不太合適，FC-31更輕巧，更側重於空優能力，而F-35更敦厚，強大的對地打擊能力也不是FC-31能辦到的。此外FC-31在研發製造中應用了大量的新技術和新工藝，比如智能蒙皮、計算機輔助設計、3D打印等。

圖15：3D打印的FC-31鈦合金整體後機身結構承力框，是目前世界上3D打印的最大單一物品，達到了5.02平方米。與傳統的鍛造焊接技術相比，3D打印極大的減少了成本，縮短了製造時間

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