先驅還是先烈？從F-22戰鬥機的研發歷程談起（新浪）_風聞

當地時間上週五，美國空軍一架F-22A戰鬥機在美國東南部佛羅里達墜毀，這一意外事件也將這款沉寂許久的戰鬥機重回了軍迷們的視野。作為世界上第一款量產服役的第四代戰鬥機，F-22A譽也滿身，謗也滿身。一些人認為其是人類有史以來最強的戰鬥機，也有人認為其是一個勝利的失敗者。那麼今天我們不妨就着此次墜機事件，從F-22A戰鬥機的研發歷程入手，談一談其基本的設計理念及其在現代空戰中的地位。1981年，世界上一款完全採用隱身化設計的戰術飛機F-117首飛成功。儘管該型戰術飛機的存在是完全保密的，但對該型飛機的測試表明，“雷達隱身”這一概念真實存在的，而並非蘇聯人的“戰略忽悠”。至此，“雷達隱身”正式從一個理論概念變成了一個“工程概念”，只不過此時的洛克希德公司還不得而知，他們會給後來的戰鬥機設計帶來多大的革命性影響。而就在幾乎同一時間，美國人開始了對蘇聯正在研製中的蘇-27和米格-29兩型戰機的風洞研究。研究表明，蘇聯這兩款戰鬥機的氣動設計比之美國的F-15、F-16有過之而無不及，這意味着這兩型戰機一旦量產服役，美國人在歐洲戰場上的空中質量優勢將蕩然無存。出於未雨綢繆的考慮，美國空軍迅速上馬了名為先進戰術飛機（ATF）的下一代戰鬥機研究計劃。為了在遙遠的21世紀取得對假想敵的明顯的質量優勢，美國空軍要求ATF擁有集航程、航時、機動性、生存性、殺傷性和勤務性於一身的次時代戰鬥機。而這中間就包含了眾多不可調和的矛盾，如：超音速飛行與不開後燃加力的矛盾、僅使用內油達到較大航程導致飛機體積變大與超音速巡航所需的較小阻力的矛盾等等。空軍蠻不講理的需求使所有參與競標的防務承包商都感受到了空前的壓力。因此，各大承包商均採用了“報團取暖”的競標策略，用我們今天熟悉的話説就是“全國大會戰”。1986年初，參與ATF項目競標的幾個防務承包商結成了兩個同盟：即洛克希德-波音-通用動力組成的LGB同盟和諾斯羅普-麥克唐納組成的NM同盟。兩大同盟的核心內涵幾乎完全一樣：一旦其中某一個公司的方案勝選，其將作為公司同盟的總負責人和總承包商，但對方案進行進一步完善的工作將按照美元折價等額分給同盟內的每個公司。即，如果通用動力的方案勝選，而美國軍方的研究經費總計3億美元，那麼通用動力、波音和洛克希德將各自獲得1億美元的研發經費。這次結盟也正式奠定了ATF項目後來的基本格局。1986年10月31日，美國空軍在評估了各防務承包商的初級方案後做出瞭如下排名：1、洛克希德；2、諾斯羅普，且與前者評分非常相近；3、波音；4、通用動力；而麥道、羅克韋爾-北美以及格魯曼的方案則完全不在考慮範圍內。對於今天的人們來説，這一初選結果可能並不值得大書特書。但在當時美國防務執業者眼裏，這一結果卻不啻於是一場山崩：麥道和格魯曼兩大戰鬥機巨頭的方案均被直接pass，而頭兩名的勝利者確是在戰鬥機領域始終默默無聞，而在隱身領域造詣頗深的公司——洛克希德締造了YF-12A和F-117兩種隱身戰術飛機，諾斯羅普此時則已經為B-2戰略轟炸機耕耘了10年之久根據初篩結果，上文中我們提到的LGB同盟和NM同盟分別獲得了F-22和F-23的項目代號以在工程上實現他們的設計。同時，美國空軍也正是敲定了ATF項目的初步技術指標：每架飛機的平均造價為3500萬美元（換句話説，僅僅比F-15E多400萬）、飛機的最大起飛重量不超過50,000磅。在此基礎上，ATF需要非常隱身、能夠進行超音速巡航、有出色的機動性、擁有非常先進的集成化電子信息系統，這也就是後來很多軍迷所津津樂道的“4S標準”。不過需要注意的是，此處的項目需求之間並非遞進關係或平行關係。事實上，這份需求來自於空軍內部的妥協。雖然當時隱身戰機的曙光已經乍現，但在空軍中幹了大半輩子的官員們依舊認為對於戰鬥機來説，機敏性才是王道。F-22之父——謝爾曼·N·穆林曾這樣評價當時空軍內部的風氣：很多人對於技術問題一竅不通，並深深以此為榮。在這樣的風氣下，雖然美國空軍認為隱形、超巡、集成化航電確實是下一代戰機的特點之一，但是超機動性依舊被擺在了遠遠凌駕於三者之上的位置上。用空軍的話説：決不能為了隱身性而在機動性上做出折衷。不過對於洛克希德的技術專家們來説，犧牲隱身性也是不可接受的——畢竟F-22團隊的幾乎所有人都是從F-117項目上摸爬滾打過來的。此外，雖然空軍並沒有做要求，但為了在原型機階段就展露出自身的優勢，F-22團隊還是堅持為他們的原型機安裝了完整的導彈發射能力。然而種種這些限制也極大影響了原型機的研製進度。在研製過程中，F-22團隊遇到了兩個重大問題，這甚至導致了整個方案在1987年被推倒重來：首先是原型機大幅超重，這一問題到最後也沒有得到很好地解決。不過比較利好的消息是，美國空軍參謀長韋爾奇在來洛克希德開會時，洛克希德的開發團隊向其闡述了飛機減重的巨大難度，並説服前者同意將飛機的最大起飛重量放寬到55,000磅。而從後來YF-23的性能數據來看，他們的對手諾斯羅普很可能沒有得到這個消息。此外，在1988年4月，F-22團隊的首席飛行科學工程師發現首架YF-22應該沒有辦法超音速巡航，因為他在計算時發現1.5馬赫的超音速阻力實在是太高了。F-22團隊迅速更改了YF-22的前後機身設計以減小阻力。負責前機身生產的洛克希德臭鼬工廠與負責後機身生產的波音公司也迅速做出了反應——儘管此時首架原型機的前後機身已經加工完畢。空軍的最終YF-22A首架原型機（也稱PAV-1，安裝YF120發動機）於1990年4月29日總裝下線，同年10月30日，安裝YF-119發動機的PAV-2原型機也總裝完成了。這兩架原型機一共進行了74次共92小時的試飛，展示了2馬赫極速、1.5馬赫超巡、空中加油、推力矢量控制發動機、從亞音速到超音速的機動性、高速下7G過載、從內彈艙發射兩種不同類型的空空導彈等科目。相比於洛克希德的YF-22，諾斯羅普的YF-23儘管在隱身設計上更勝一籌，但其氣動設計決定了其並不具備YF-22那樣優秀的機動性，這意味着在“機敏性至上”論調甚囂塵上的美國空軍中，YF-23的評分要比YF-22低得多。此外，YF-22的進度也比YF-23更快——後者的S型進氣道和內置彈艙還都是未完成品。或許是自認為已經勝券在握，F-22團隊在YF-22原型機尚未獲勝之前就開啓了量產型F-22的研製工作。由於在YF-22的研製過程中，大量棘手的問題都已經得到了妥善的處理。因此，量產型F-22研製工作的重心就被轉移到了“減重”上。這一過程雖然説起來很輕鬆，但實際上不啻於將整個項目推到重來：為了減重，F-22團隊將飛機的長度從64英尺縮短到了62英尺；將機翼後掠角度從48度調整到了42度；移除了包括機翼上的雷達陣列和紅外成像系統。這其中的任意一項改動都牽扯到大量的RCS測試、風洞測試和重量計算，與其説是腦力勞動，不如説是腦力與體力的雙重考驗。最後，F-22團隊還大幅改變了量產型F-22的機身結構材料：根據計算，鈦合金在機身材料中的佔比為45%時，飛機最輕；佔比為25%時，飛機最便宜。YF-22原型機為了儘可能滿足成本方面的需求，採用了35%鋁合金、24%鈦合金、5%高強度鋼、23%複合材料和13%其他材料的比例組合；而為了減重，量產型F-22採用了20%鋁合金、41%鈦合金、5%高強鋼、24%複合材料和10%其他材料的比例組合。這將飛機的結構重量大幅下壓到了17500磅級別，以0.45的係數換算為飛機空重約為39000磅（17.7噸），大幅提升了飛機的機動性能。1991年4月23日，空軍正式宣佈F-22、F-119分別贏得ATF項目及與之配套的超音速巡航發動機競標。至此，F-22的技術狀態基本定型，LGB團隊在此後的幾年時間裏，一直致力於進一步完善量產型F-22。在這一階段，F-22也發生了不小的變化：首先，洛克希德充分借鑑了競爭對手諾斯羅普的隱身設計，大幅修改了量產型F-22的隱身構型；其次，美國空軍放棄了“燃油全部內置”的硬性要求，因此F-22開始使用外掛油箱以增加轉場航程；最後，出於種種原因考慮，在先期設計中被儘量壓縮的結構重量也開始緩步回升——在1993年初期設計中飛機結構重量僅17500磅上下，到了1997年EMD機首飛時，該數字已經上升到了18000磅左右，而到EMD階段結束，量產階段開始，這一數字又再次上升到了19000磅上下。這也最終使量產型F-22A的空重定格在了19.7噸。不過得益於F-119發動機的優秀表現，F-22A量產型在主要技術指標上依舊符合美國空軍的預期。

在F-22戰鬥機的發展過程中，我們可以看到其與後來的第四代戰機F-35在側重點上存在明顯的不同。在F-22的研製過程中，機動性始終被擺在了第一位，為此F-22團隊被迫與限制飛機機動性的“重量”做了超過10年的博弈。而為了在重量上滿足需求，包括機翼雷達陣列、IRST等大量與現代空戰息息相關的重要航電系統都被取消了。此外，為了追求超音速巡航性能，其所配備的F-119發動機也採用了較小的涵道比，這可以增加發動機在高空高速時的表現，但也大幅增加了發動機的油耗，非常不利於飛機進行遠程奔襲。