晨楓：法國人這個“五代機”模型 認真嗎？
【文/ 觀察者網專欄作者 晨楓】
在F-22、F-35、蘇-57、殲-20、FC-31相繼問世後，世界曾對歐洲是否會在兩風之後跳過隱身的第四代（中國定義，下同）戰鬥機而直接進入第五代，甚至歐洲有人戰鬥機的研發是否會就此戛然而止，始終充滿疑問。在7月的英國範堡羅航展上，英國宇航展出了“暴風”戰鬥機的大尺寸模型，這是歐洲第一個“成型”的第五代戰鬥機研製方案。但“暴風”在氣動和戰鬥機“硬技術”方面揭示不多，重點在信息化，尤其是那個虛擬座艙。
在10月22日在巴黎舉行的歐洲海軍展上，達索展出了NGF（全稱Next Generation Fighter）戰鬥機的縮比模型，這是達索領導、德國參加的歐洲第五代戰鬥機。這個計劃原來使用FCAS（全稱為Future Combat Air System）的稱呼，但容易與法國已經放棄的與英國合作的下一代戰鬥機研發計劃相混淆。不過現在FCAS的稱呼依然保留，改而泛指下一代空戰系統，包括戰鬥機、無人機、加油機等。
第四代戰鬥機的特徵為F-22集於一身的隱身、超巡和超機動（也有還算上超級態勢感知的），F-35、蘇-57、殲-20、FC-31在不同程度上達到其中的部分或者全部。“暴風”和NGF是不是算第五代，比F-22所開創的第四代到底先進在哪裏，現在存在爭論，但這不妨礙對NGF的技術特點進行分析。
我，達索，是不會用DSI進氣道的，這輩子也不可能的……
貴飛：我替你説，真香……
空客防務在早先公佈過第五代戰鬥機的想象圖，NGF與空客的想象圖很相像，但取消了垂尾。也就是説，NGF不僅像“幻影”系列無尾三角翼戰鬥機一樣沒有平尾，連垂尾也取消了。如果最終設計保留這一特徵，這將是第一種無尾戰鬥機。B-2是第一種實戰化的無尾佈局飛機，達索“神經元”也是無尾飛翼，但B-2是轟炸機，“神經元”是無人機，都對機動性沒有多少要求。NGF作為機動性要求很高的戰鬥機也取消垂尾，無疑是一個突破。
NGF放棄了“陣風”的鴨翼，回到大三角翼，不過機翼前緣可看作硬朗的S形，內段後掠較小，中段後掠加大，外段後掠再次減小。後緣帶前掠，但是直線的，沒有彎折。這個硬S大三角翼最先在印度的“光輝”戰鬥機上出現。
NGF採用雙發動機，進氣口為兩側的加萊特進氣口，與機體之間有傳統的邊界層分離隔道。前機體下部對進氣氣流有預壓縮作用。發動機之間為寬間距，與F-14、蘇-27、蘇-57相似。進氣道向上呈S形，在機背形成明顯的隆起。圓渾的進氣道過渡到發動機艙後，成為更加硬朗的矩形截面，尾噴口為二維推力轉向。但與F-22的上下襬動不同，NGF是左右擺動的。
NGF繼承了達索的傳統，融合了“幻影”、“陣風”、“光輝”、“神經元”、F-22的技術特徵，但依然保持鮮明獨特的特色。
繼承LCA先進的機翼設計
印度斯坦：哎媽呀，難以置信啊，我的LCA也是五代機啊！至少有五代機的機翼……人生真是太刺激
無尾三角翼的優點和缺點一樣突出，達索對此很熟悉了。無尾三角翼的“幻影III”大獲成功，但並非沒有遺憾。“陣風”採用全動近耦合鴨翼，克服無尾三角翼起落速度高和持續機動性不足的缺點，成為三代半戰鬥機中的佼佼者之一，但近耦合鴨翼對隱身和超巡不利。
在承接印度“光輝”戰鬥機的氣動設計時，達索將傳統的直前緣大三角翼改成硬S前緣的大三角翼，這是瑞典薩伯SA-35“龍”式戰鬥機開始的雙三角翼的進一步發展。
雙三角翼的內段為大後掠，在高速飛行時減小阻力，在大迎角機動時起到一點邊條渦升力的作用；外段後掠角減小，改善中空中速機動性和起落性。從雙三角翼改為硬S三角翼後，後掠較小的內段相當於強化的大邊條，在大迎角的時候強化渦升力作用，或者説起到近似固定鴨翼的作用，改善機動性。
NGF採用了與“光輝”有明顯血緣的硬S大三角翼，不過是截梢的。但説達索發明了硬S三角翼也不盡準確，1982年首飛的美國通用動力F-16XL已經採用硬S三角翼了，這是與F-15E競爭的戰鬥轟炸機，各方面性能優秀，但由於不完全是技術方面的原因而落選了。
NGF的略帶前掠的後緣沒有太大的特別，這主要是隱身的考慮，至少把從左翼尖到右翼尖的長直後緣分解成兩個角度不同的較短後緣，減少後向雷達特徵。BAe“暴風”那樣大鋸齒後緣的隱身更好，但不僅翼面積有所損失，鋸齒後緣還導致複雜的展向流動，機翼的氣動效率受到損失。
蘇-57不是無尾三角翼，而是有尾的，但機翼形狀也可看作截梢的硬S三角翼。最特別的是，蘇-57的小後掠內段帶有可動前緣，這相當於可動邊條，可以近似為全動鴨翼了，氣動控制效率大大提高。可動邊條還用柔性蒙皮，所以沒有常見的接縫，改善了局部隱身，對平順局部氣流流動也有顯著作用。貌似加萊特的進氣口因此從翼根前緣後退，不再是真正的加萊特進氣口，而是類似F-18E的偽加萊特進氣口。空客想象圖上進氣口同樣後退，硬S三角翼內段與機體之間有縫隙，應該代表了採用可動邊條。NGF模型上沒有這樣的縫隙，而且機翼前緣內段與進氣口上唇融合，使得進氣口上唇前方的可動邊條不再可能。
説起來，超音速進氣口的設計不簡單。在超音速飛行時，發動機的進氣依然需要減速到M0.5-0.6才能有效工作。減速也產生增壓，幫助發動機提高效率。另外，激波鋒面像刀尖一樣鋒利，進氣道內一般不應該有激波。因此，超音速進氣口設計要做到兩點：
1、把進氣口的氣流速度降低到音速以下
2、用激波鋒面“蓋住”進氣口，減少進氣道內高壓氣流從唇口的溢出流失
超音速氣流的減速是通過激波實現的，激波鋒面可看作無形的紗窗。與氣流方向垂直的激波稱為正激波，成角度的稱為斜激波。正激波的減速作用最顯著，阻力也最大。斜激波的阻力減小，減速作用也削弱；角度越大，阻力越小，減速作用越弱。只要可能，進氣口應該用幾道不同角度的斜激波逐步減速，最後再用正激波減速到音速以下，在阻力和減速之間達到最優。這就是多波系進氣口。一般有二波系、三波系、四波系。更高波系比較罕見，複雜性太高，但收益增加不再顯著了。
這是常見的外激波進氣口，還有內激波進氣口。這是有意在進氣口內部形成若干道激波，但激波之間互相攔截，既不造成對壁面的損害，又最大程度地減阻減速，還沒有唇口溢出損失。不過內激波很難控制，很少有純內激波進氣口設計。
你F-22噴口是橫着的，我就非得豎着
F-22……：那隨便吧
F-16那樣的皮托管進氣口是正激波，但進氣口前方的前機體產生的斜激波與皮托管聯合作用，產生近似多波系的作用，這就是前機體的預壓縮作用。F-15那樣的楔形進氣口不僅是多波系，還有可調上唇的幫助，進一步優化，但沒有利用前機體的預壓縮作用。
F-22那樣的斜切菱形的加萊特進氣口可以看作楔形進氣口的進一步發展，而且利用了前機體的預壓縮，但依然是多波系的。F-35不僅利用了前機體的預壓縮，DSI（也稱蚌式進氣口，因為那個很有特色的像蚌殼一樣的鼓包）進氣口的鼓包曲面連續變化，可看作無窮多波系，還可能與唇口激波互相作用，形成外激波與內激波兼有的混合激波，因此進氣效率比傳統的多波系更高。
蘇-57的進氣口縮到可動邊條後下方，可動邊條才是激波控制的主要手段，因此只在外觀上有點像加萊特，但在機理上是兩回事，只能説是偽加萊特。
加萊特和DSI都是隱身戰鬥機上常見的進氣口設計，但加萊特還是需要邊界層分離隔道，影響隱身，也增加氣動損失，但氣動設計功力要求相對較低。DSI則相反，鼓包不僅是激波控制裝置，還在動壓作用下把邊界層“剖開”、推出，不需要邊界層分離隔道，氣動損失小，隱身更好，但氣動設計功力要求也較高，弄得不好可能搬起石頭砸自己的腳。
加萊特在F-22上首先使用，除了蘇-57採用偽加萊特，只有土耳其、韓國、印度的中四設計繼續採用加萊特。在DSI方面，F-35首先採用，但在中國遍地開花，不僅殲-20、FC-31、殲-10B/C、“梟龍 Block 2”，連貴飛FTC-2000教練機都採用了。在西方，F-35之後的戰鬥機設計清一色採用DSI，不僅BAe“暴風”，波音、洛克希德、諾斯洛普的第五代戰鬥機想象圖也都採用某種形式的DSI。
土耳其、韓國、印度的氣動設計功力有限，採用相對簡單的加萊特順理成章。蘇-57的氣動設計水平一言難盡，但“隱身化深度大改蘇-27”的稱謂不是沒有道理的，帶大邊條的中央升力體決定了不可能採用真正的加萊特。美國大三的想象圖當然不見得可靠，但這至少説明DSI在“白科技”領域裏已經是隱身時代“公認”的主流設計。達索NGF依然採用加萊特，不見得是達索不明白DSI的優點甚或基本原理，而可能是缺乏超算這樣的利器或者風洞數據？真相只有等日後解密了。
但NGF是採用前機體預壓縮的，前機體下側面清楚地把進氣氣流“導向”進氣口，仰視的時候有“尖鋭化的洋葱頭”的感覺。達索“陣風”也採用了預壓縮，比較NGF與“陣風”，可以清楚地看到兩者之間的淵源。但NGF的預壓縮設計更加先進。從前下方看，預壓縮面從機頭到進氣口先凹後凸，可能揭示了多波系預壓縮的特點，這比從F-16到F-22的簡單預壓縮更加先進。這是首創。
NGF的另一個首創是在偏航方向使用二維推力轉向，這可以從左右方向上“捏扁”的噴口看出。F-22首先在俯仰方向使用推力轉向，這容易從上下方向上壓扁的左右發動機噴口看出。二維（矩形）轉向噴口的技術難度比軸對稱（圓形）轉向噴口更高，後者還能在俯仰和偏航之間任意轉向，但二維噴口的隱身更好，尤其是轉向更加迅捷，這使得二維噴口更加適合作為主要飛控手段。
F-22具有傳統的“四平面”尾翼，二維噴口的控制作用只有在過失速和超音速機動時必要。NGF沒有垂尾，二維噴口的偏航控制就是時時刻刻都必要了。這也是NGF敢於取消垂尾的關鍵。
偏航指飛機的指向與飛行方向在左右方向上的偏差。偏航控制不是用於轉彎的，而是用來維持飛機指向與飛行方向一致的，正式説法是維持方向安定性。發生偏航時，飛機向一側偏轉，外側機翼相對空氣的相對速度增加，內側則降低，造成兩側的升力不對稱，可能引起意外橫滾，嚴重的話可以導致失控。
通過這個簡單的模型，很多問題都還沒有辦法進一步解讀，法國未來究竟怎麼發展這種戰鬥機呢？還不清楚
最興奮的倒是印度媒體：FGFA有希望啦！
傳統上，偏航由垂尾控制。較大面積的垂尾向箭羽一樣，維持方向安定性。垂尾後緣的方向舵進一步增加偏航控制的微調能力。但用方向舵轉彎是不妥的，至少這是很低效的手段。真正的轉彎是通過一定程度的側滾，利用升力的側向分量實現的。
B-2也沒有垂尾，而使用差動副翼實現偏航控制。也就是説，在任何時候，兩側靠近翼尖的副翼和上翼面擾流板都適度打開，靠兩側開度不同造成的阻力差異來控制偏航。這不僅增加阻力，也損害隱身。NGF用二維噴管實現偏航控制是另一個首創，可望解決B-2模式的阻力和隱身問題，但二維噴管用於偏航控制的靈敏度和長期連續動作對可靠性的影響還有待觀察。
NGF的橫向二維噴管也意味着達索不把超巡和過失速機動放在特別重要的位置，NGF的機翼形狀也不適宜超巡。超巡不僅是推力和減阻的問題，更是機動性的問題。激波使得尾翼處於低壓區內，氣動控制效率大減，所以早期超音速戰鬥機只有簡單地增加垂尾面積和採用全動平尾來補償。過失速的情況異曲同工，也是因為傳統尾翼處於機翼和中央升力體背面的低壓區而極大降低氣動控制效率。
F-22用高大的垂尾補償偏航控制，二維噴管補償俯仰控制；殲-20用全動垂尾補償偏航控制，用受激波或者機翼影響較小的遠耦合鴨翼補償俯仰控制。NGF只有橫向二維噴管補償偏航控制，缺乏有效手段補償俯仰控制，因此即使從氣動控制上來説，也不適宜超巡或者過失速機動。
但NGF機翼的內段前緣從加萊特進氣口繼續延伸一段後，才轉入大後掠的中段和小後掠的外段，不排除內段延伸段有可動的前緣襟翼的可能，這將產生近似鴨翼的作用，但效果較低，也沒有了鴨翼與機翼之間的有利耦合作用。前緣中段和外段也容易配置前緣襟翼。內段前緣襟翼、常規前緣襟翼與巨大的翼面積和同樣巨大的後緣控制面配合，意味着NGF依然擁有優秀的常規機動性。
NGF那樣的二維噴管與F-22相比，可能還有改善紅外隱身的作用。在水平側向上，NGF的兩個噴管尾流互相遮擋，敵機只能“看到”其中之一。在俯仰方向上雖然能同時“看到”兩條，但都是壓扁的，紅外特徵削弱了。相比之下，在水平側向上，F-22的尾流只能“看到”一條而且是壓扁的，但在俯仰方向上能“看到”兩條而且是寬大的。但二維噴管的作用之一就是加強噴流與環境空氣的混合，兩種方式紅外特徵的實際差別可能並不大。
取消了垂尾，又具有特別平坦的機腹，使得NGF擁有超常的隱身性能。配合以優秀的機動性，使得NGF標榜第五代戰鬥機有了點底氣。但到現在，公佈的NGF信息只有一個縮比模型，發動機、武器、航電方面的信息都很缺乏，項目投資、時間表更是語焉不詳。與NGF一同展出的還有酷似“神經元”的無人作戰飛機模型，清楚地顯示了達索NGF只是FCAS一部分，NGF從一開始就是按照有人-無人組隊作戰設計的。
無人作戰飛機很抓眼球，但有人戰鬥機才代表戰鬥機科技的最高水平。NGF是一個雄心勃勃的計劃，但也是一個遙遠的計劃。這或許寄託了21世紀法國乃至歐洲（至少是大陸歐洲）戰鬥機的希望，不管最終結局如何，很是值得關注。
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