2035年設想：暗影艦載機_風聞

注1：原來計劃參加611所（成都飛機設計研究所）2035的未來飛行器設計大賽，和朋友一起討論到一半時朋友家裏有事未能進行下去，所以就發在網上供參考。

注2：討論是有很多迭代，由於進行到一半，很多東西設想很不成熟，所以存在問題在所難免。

注3：由於不是專業人士，所以沒有什麼計算，拍腦袋感覺居多，各位擔待。

注4：配圖中有個低級錯誤，就是“翼形”應該是“翼型”，即機翼剖面形狀的意思，不是機翼整體形狀（即翼形）。

一、需求和技術發展預測

1.1 替換時間

  F/A-18EF和殲-15是2000-2010年研製，預計替換時間大約是2030-2040年，我們按照2030-2040年的作戰環境、作戰場景和技術發展趨勢來進行需求探討和設計。

  1.2作戰環境和作戰場景

  在2030-2040年，預計中國將有5-6艘航母，將能夠在全球範圍內作戰，在不同作戰區域能夠對抗的對手和作戰目的是不同的。在西太平洋（第一、第二島鏈、南海），在空軍、火箭軍和戰略支援部隊的支持下與強敵作戰，護衞本土；在遠離本土的世界各大洋，航母編隊能夠對中等軍事國家實現體系化作戰，保護我國越來越多的海外利益。

  1.3技術趨勢預測

   信息技術和通訊技術：在網絡中心戰技術上進一步發展成作戰雲，信息融合度進一步提升，作戰指揮和智能化進一步提高。

   動力技術：前期採用基於新一代中等推力發動機發展而來的的高推重比渦扇發動機，後期替換成變循環高推重比渦扇發動機。

   探測技術：多波段和多面陣雷達，多種光電（紅外紫外探測技術）、無源視頻探測技術進一步發展，探測精度更高，距離更遠。

   主動防禦技術：在被攻擊時，能夠利用電磁波、激光等手段對來襲的導彈進行干擾或破壞。

   彈藥技術：智能化多模式制導空空彈、攻擊彈發展成熟；直接碰撞式小體積和小重量中距空空彈（當前中距空空彈體積的一半）使得載彈量增多；彈藥射程更遠。

   與無人機配合作戰：無人機技術發展成熟，智能化提高，有人機能夠和無人機一起緊密作戰。

   隱身技術：隨着反隱身技術的發展和作戰雲的發展，隱身技術也在進步，能夠實現多波段雷達隱身、光電隱身

  1.4飛機需求

根據上述時間節點、作戰環境場景、技術發展趨勢，艦載機需求如下：

高隱形：比四代戰鬥更好的隱形，實現多波段雷達隱身和光電隱身。

作戰半徑大：無論是西太平洋麪對強敵還是遠離本土的中等軍事強國，都需要艦載機具有大的作戰半徑，在面對強敵時能夠更好的禦敵於國門之外，面對中等軍事區想過能利用大航程讓航母遠離對方進攻力量來確保航母安全。

能自成體系：遠離本土時，能夠自成體系，擔任防空、進攻、電子戰任務，實現1+1＞2的體系化作戰效果。

寬速度：既能滿足航母起降的低速要求，又能滿足進攻時利用速度突防和攔截時的高速需求。

高機動：爭奪制空權時，需要高機動性和敏捷性來滿足佔位和格鬥要求。

智能化和作戰雲：單架機具有高度智能，能彙總本機多種探測器信息進行智能化分析後提供給飛行員；能與其它飛機、無人機交換信息，實現作戰雲，具有更高的探測能力和快速的反應速度。

  1.5設計限制

  着艦重量受限於攔阻系統鋼索限制，着艦重量最好不要超過殲-15的着艦重量，考慮低速氣動控制要求，着艦速度在240公里左右。

二、技術方案  

2.1總體佈局設計思路

   飛翼佈局隱形性能更好，但飛翼佈局難以兼顧超音速和亞音速，機動性、航母起降性能也難以保證，故不選擇飛翼佈局，而是選擇了比現有飛機在翼身融合度更進一步的BWB（翼身融合），即可伸展邊條的翼身融合佈局V形尾翼佈局，

提高隱形性能的同時保證超音速和亞音速兼顧、機動性和航母起降性能。氣動總體佈局特點見下圖：

   （1）兼顧亞音速、超音速、機動性

    選擇中等展弦比機翼、升力體機身，全機升阻比高，滿足亞音速巡航要求。

    超音速：機身截面過渡流暢，機翼後掠角較大，可伸展邊條根據音速大小調整伸出量，氣動中心前移，降低配平阻力，提高超音速升阻比，滿足超音速性能要求。

   機動性：採用矢量推力和傾斜尾翼，配合副翼操縱，提供俯仰、偏航、滾轉等操縱力，實現機動性要求。

（2）升力體機身氣動設計

升力體機身進氣道、彈艙和機翼過渡區域設計成超臨界翼型剖面，翼型剖面最大位置佈置進氣道和彈艙，能夠滿足彈艙佈置的要求，能夠降低亞音速巡航阻力，增加航程和機動性。超臨界翼型的機頭前緣半徑較大，超音速飛行阻力大，在大迎角飛行時不利於產生脱體渦，為此設置可伸縮邊條，邊條外側尖鋭，在伸出時改變邊條前緣形狀，有利於降低超音速阻力和產生脱體渦。

   （3）增升裝置

  通過可伸縮邊條、前後緣襟翼和放寬靜穩定性實現增升。

（4）起落架、攔阻鈎及滿足彈射的結構考慮

    前三點起落架，主起落架向前收起到機和機身過渡處。

    攔阻鈎放在機身後部的攔阻鈎艙中，在日常飛行時收起，滿足隱形要求，降落時打開攔阻鈎艙進行攔阻。

彈艙之間保留1米以上寬度，可設置從前起落架艙貫穿到機身後部攔阻鈎的縱向大梁，保證彈射和攔阻的結構強度要求。另外專門的大梁改善了受力結構，有利於降低結構重量。

    （5）摺疊結構

    機翼採用摺疊設計，考慮到薄機翼所需要的結構強度和隱形要求，設置類似F-35C的機翼上表面蓋板，機翼摺疊時蓋板打開，露出摺疊結構，摺疊機翼。機翼展開時，蓋板可以將摺疊所形成的縫隙蓋住，保證隱形性能。

    （6）動力裝置

採用小涵道比渦扇發動機，窄間距發動機佈局，在單發失效時單側推力造成的偏航力矩小，有利於航母降落時對航向的控制。

（7）航電設備

導航：採用北斗導航、激光陀螺慣性導航和無線電導航等系統，在作戰時根據作戰實際情況進行導航。

雷達：機頭裝多面陣相控陣雷達，可對270°範圍目標進行探測。機翼前緣裝L波段雷達，可對隱形目標進行探測。

光電探測設備：裝備能夠進行全方向光電探測設備，能夠利用可見光和紅外線對周圍進行探測和識別。集成對地攻擊光學和紅外探測設備，能夠對地面目標進行探測。

被動射頻探測裝置：採用能夠收集多波段探測信息的被動射頻探測裝置，能夠被動探測空中、海上、陸地目標所發射的電磁波。

激光對抗裝置：能夠在發現導彈攻擊時，對來襲導彈進行激光攻擊，使其失能。

    （8）機載武器

a）彈艙掛載

    採用兩側佈置彈艙，彈艙長度5米，深度0.8米，寬度1.1米。

單個彈艙能夠掛載600公斤隱形反艦導彈+1枚中距彈或格鬥彈；1噸激光制導炸彈+1枚中距彈或格鬥彈；3枚中距導彈（或2枚中距導彈和1枚格鬥彈）；6枚未來小體積空空彈；6枚小250公斤直徑炸彈；1個電子戰吊艙和2枚中距彈。

彈艙門轉軸佈置在機身內側，打開彈艙門後，人員可以從機翼下靠近彈艙，便於掛彈和進行日常武器檢查。掛載電子戰吊艙和格鬥彈時，打開艙門，掛架旋轉伸出，可發射格鬥彈或者讓電子戰吊艙可以工作。彈艙示意圖見下：

b）外掛武器

機身腹部掛載點：重型掛點，可掛保形多功能艙、加油吊艙、副油箱和中心的彈藥。保形多功能艙具有隱形能力，艙內可以掛載多種空空彈或攻擊彈藥。

機翼下掛載點：每側機翼2個，內側掛點為重型掛架，可掛載重量≤3噸的彈藥、副油箱和多功能隱形吊艙；外側掛架是輕型掛架，可掛載≤500公斤的彈藥和裝備。

  2.2 動力裝置

由於發動機研製需要長期的積累，故動力裝置選擇時主要考慮可行性和可靠性。根據國內發動機情況，早期採用基於四代機所用中等推力發動機發展而來的發動機，推力大小為12噸左右；後期隨着國內發動機技術的進步，採用變循環發動機，推力可提高到13噸以上，根據飛行速度變化調整發動機工作狀態，提高推重比、機動性和作戰半徑。

目前，隨着發動機研製上的進展，可預計四代機所用中等推力發動機能夠成熟，在2030年左右滿足可用性和可靠性的要求。到2040年左右，變循環發動機能夠滿足裝機要求。

  2.3 起降方式

艦載機在航母上起飛方式為彈射或滑躍起飛，降落為攔阻降落。在陸地機場選擇滑跑起飛和降落。

a）航母起降

艦載機在航母着艦難度最大，設定艦載機最大着艦重量時的降落速度是240公里/小時。為了滿足低速下的升力和操縱要求，座艙下視線和飛機擦地角、增升、操縱面都做了特別考慮。

飛機下視線可達15°，靜態地面停放擦地超過14°，航母着艦時，在滿足4°下視線情況下，飛機姿態角可達10°，加上4°下滑角度可讓艦載機以14°的迎角着艦，可提供比較大的升力。

增升方面：降落時，放下前後緣襟翼增升，同時可伸展邊條伸出，增加機身前部升力面積提高及申請前部升力，並利用靜不穩定性的抬頭力矩一起平衡後緣襟翼增升造成的低頭力矩；邊條面積增大後增加渦強度也可以提供一定升力。

低速操控方面：採用V形尾翼對低速控制帶來挑戰， V形尾翼為了控制偏航同向偏轉時，會同時帶來滾轉，這是所不期望的。暗影的翼展較大，副翼滾轉力臂大，副翼偏轉較小角度就可以提供一定滾轉力矩，平衡V形尾翼同向偏轉帶來的滾轉問題。另外本機副翼相對靠後，能夠提供一定的俯仰控制力矩，可以配合尾翼實現俯仰控制。艦載機降落時刻伸縮邊條邊條伸出增強了渦強度，使得渦可以延伸到V形尾翼，提高V形尾翼操縱效率。

航母彈射起飛時，同樣打開增升裝置和伸出可動邊條，由於有彈射器的拉力，最大彈射重量時彈射末速可達300公里/小時。滑躍起飛時，最大起飛重量可以達到32噸，起飛速度與殲-15類似。

b）陸地起降

起飛：由於艦載機的在增升設計的重視，正常起飛重量滑跑距離小於400米。

着陸：着陸滑跑距離小於500米。

  2.4座艙顯控和操縱系統

座艙寬敞下視線好（可達15°），採用大寬度曲面屏（飛行員視線範圍90°），可以將戰場態勢顯示在中央範圍，輔助信息顯示在兩側供快速查看。戰場態勢顯示包括敵方雷達陣地、空中目標；我方配合作戰的有人機和無人機，飛行員可以快速從屏幕獲取所需信息來進行OODA循環。

 飛行員頭盔融合VR技術，能夠將大多數作戰環境信息通過頭盔顯示系統提供給飛行員。另外，還配置有高靈敏度聲音系統，可以將敵我雙方作戰方位信息通過雙耳聲音的調整傳遞給飛行員，增強飛行員感知態勢能力。頭盔系統融合語音控制功能，能夠實現大多數作戰指令和信息交互。

 手不離杆（HOTAS）採用觸摸板方式實現控制。隨着作戰雲的發展，需要處理的信息越來越多，現有手不離杆採用按鈕方式實現，對於越來越多的信息顯示、切換和選定存在不便之處。將大拇指按的部分按鈕改成觸摸板，能夠實現滑動、選定和九宮格數字功能，實現快速交互。譬如在屏幕切換時，按動觸發按鈕讓屏幕上的窗口顯示數字編碼，同時觸摸板轉成九宮格數字功能，可以快速輸入數字編碼實現切換。滑動和九宮格數字輸入是目前手機操控常見方式，飛行員不需要多大培訓成本即能快速熟悉。

操縱系統採用四餘度光傳操縱系統和全電作動筒，提高響應速度和降低系統重量。在着艦時，可設定迎角控制模式，由飛控系統自動控制飛行迎角，飛行員主要操縱油門對飛機飛行狀態進行控制，實現高精度着艦。

  2.5 技術數據

   （1）幾何尺寸：

機長，17.89米

翼展：13.98米

摺疊後寬度：9米

機高：3.86米

前緣後掠角：48°

機翼面積：≥65平方米

主輪距：5.4米

前主輪距：6.11米

鈎眼距：5.1米（降落時眼位和尾鈎下滑線高度差），15米（眼位於尾鈎水平距離）

（2）技術參數：

空重：17噸

內油：10噸

內置彈艙載荷：3噸

最大載彈量：9噸

正常起飛重量/標準彈射重量：29噸

最大起飛重量：34噸

    最大着艦重量：23噸

    標準着艦重量：21噸

  2.6 性能數據

    最大平飛速度：2馬赫

    最小平飛速度：160千米/小時

    對空作戰半徑（內置彈艙無外掛，滿內油高-高-高剖面）：1500公里

    對地攻擊半徑（內置彈艙無外掛，滿內油，高-低-高剖面）：1200公里

    着艦速度：240千米/小時

    彈射起飛出口速度：300千米/小時

    實用升限：1.8萬米

陸基機場起飛滑跑距離（正常起飛重量）：≤400米

陸基機場降落滑跑距離（標準着艦重量）：≤450米

上述性能數據是根據發動機加力推力14噸進行分析，並與當前三代機和四代機，尤其是F-35C和鶻鷹戰鬥機進行對比得出，具體分析如下：

暗影整體氣動佈局相當於雙三角翼，無論是內側邊條後掠角度還是機翼後掠角都比較大，這有利於降低波阻；後體採用V形尾翼和二元矢量推力，有利於降低後體阻力，採用變循環發動機，以鶻鷹戰鬥機的1.8馬赫最大速度為參照，暗影最大速度預計可達2馬赫。暗影採用矢量推力和具有很大邊條翼的氣動佈局，在矢量推力作用下可進行超機動飛行，可確保大迎角飛行穩定，故最小平飛速度完全可以達到160千米/小時。

    暗影在翼身方面融合度很高，整體與飛翼比較接近，中央機體可提供很大升力，14米的翼展讓理論展弦比較大，結合λ形狀機翼的巡航升阻比高的特點，全機升阻比在亞音速和超音速都可以超過4代戰鬥機。以F-35C為參照對象，在內油10噸、彈艙內掛空空彈，高-高-高任務剖面作戰半徑預計可達1500公里。對地攻擊時，內掛攻擊彈藥，以高-低-高任務剖面作戰，原則上應超過F-35C，即能達到作戰半徑達到1200公里。

暗影採用較大迎角着艦，迎角增大可提供可觀的升力；暗影採用前後緣襟翼和可伸縮邊條實現增升，加上邊條面積大渦強度大，整體升力係數可不低於殲-15戰鬥機，可使得着艦速度達到240千米/小時。

在彈射起飛時，彈射起飛末速由發動機推力和彈射器提供的彈射力共同確定。我國將採用電磁彈射技術，電磁彈射具有加速平穩和彈射末速高的特點。以F-18EF為參考，本身設計正常起飛重量且發動機開加力，用彈射器彈射可使彈射末速達到300千米/小時。

實用升限主要與升阻比和發動機特性有關，暗影的巡航升阻比高，發動機採用高推重比發動機，實用升限預計可達到三四代機常見的1.8萬米高度。

暗影的升阻比高且增升措施多，陸基正常起飛重量推重比與梟龍相當，梟龍戰鬥機起飛滑跑距離大約是450米，類比暗影陸基正常起飛距離可以小於梟龍，能夠達到≤400米。着陸滑跑距離與着陸速度、着陸重量、氣動減速措施和剎車系統有關，暗影的增升效果好，着陸速度可降低，氣動減速採用多翼面協同實現減速板功效，加上未來高效碳剎車片的作用，預計可將滑跑距離降低到≤450米。

  2.7 安全性、環保性、經濟性分析

暗影採用雙發佈局，比單發戰鬥機在發動機系統上更可靠，安全性更高。暗影選擇中型推力發動機，比重型機消耗的燃料要少，對環境比重型機更友好。

暗影屬於中偏重型戰鬥機，根據飛機價格與重量成正比關係，單機成本比重型機要小，航母上攜帶戰鬥機數量多，可通過大量的批量化生產達到規模效應。暗影也可以改成陸基戰鬥機，讓生產批量更大，實現海陸兼顧，使得規模效應更加顯著。

三、作戰使用

由於機身腹部留下寬闊的空間可以掛載保形多功能吊艙，使得任務靈活性大大增加。下面簡述幾種作戰掛載模式：

  3.1常規巡邏

內置彈艙掛空空彈機翼下外掛2個2噸副油箱，機身腹部掛載2噸副油箱，，總油量增加到16噸，作戰半徑達2000公里以上。

  3.2高威脅情況下遠程巡邏防空模式

在高威脅情況下保證隱形，彈艙是空空導彈掛載。機身腹部掛載隱形保形多功能吊艙，吊艙內掛副油箱，在保證隱形能力情況下將總載油量可增加到12噸以上，將作戰半徑延伸到1800公里左右。

  3.3高威脅情況下遠程攻擊模式

本模式下彈艙裝自衞空空彈、反艦導彈或遠程攻擊彈藥，機身腹部掛載隱形保形多功能吊艙，吊艙內掛副油箱，可將攻擊半徑延伸到1400公里左右。

  3.4緊急攔截模式

內置彈艙掛載空空彈，滿內油無外掛，以超音速飛行進行快速攔截。

  3.5低威脅情況下對地攻擊模式

內置彈艙掛載自衞空空彈和對地攻擊小直徑炸彈，根據航程需要機身或機翼下掛載副油箱或小直徑炸彈，化身為炸彈卡車對大量地面目標進行攻擊。

  3.6高威脅情況下電子戰模式

內置彈艙掛載電子戰吊艙和自衞空空彈，機身腹部隱形保形多功能吊艙內根據航程需要掛載副油箱或者電子戰吊艙。在航渡過程中電子戰吊艙收藏在內置彈艙或隱形保形彈艙內，到作戰電子戰吊艙伸出進行干擾。

  3.7加油機模式

機翼下掛載2噸級副油箱，機身腹部掛載2噸副油箱和加油吊艙，16噸內油可為多架戰鬥機進行緊急加油。

四、設計亮點總結

**亮點一：**高度翼身融合設計，隱形性能更好；結構效率更高，結構重量更輕；內部空間更大，內油量更高；升阻比更高，高內油和高升阻比使得作戰半徑更大。

**亮點二：**獨居特色的增升設計和翼身融合設計結合，滿足艦載機低速起降要求，同時也能保障高速性能和機動性。

**亮點三：**考慮任務多樣性的彈艙設計，方便掛彈，彈艙內可以掛載包括電子戰吊艙在內的多樣設備；腹部留出大面積掛載空間，可掛載隱形保形吊艙，大大增加了任務靈活性。

**亮點四：**支持作戰雲的座艙環境，更有利於體系化作戰。

附錄：兩個611所專利作為參考。

這裏特別説明一下，上面設想在構思時沒有看到611的專利，是後來在網上看到後去國家知識產權局下載的，前面設想和611專利沒有關係，在某種程度上可以認為大家有些想法都是往一個方向去：即通過前機身的一些設計調整達到期望的效果。