晨楓：中國新一代艦載戰鬥機會是什麼樣？
【文/ 觀察者網專欄作者 晨楓】
網上瘋傳“新一代戰鬥機2021年首飛”，這樣的消息很難不引起人們的極大關注。一般認為，這是中國的艦載第四代戰鬥機（簡稱海四），現有的殲-15、殲-16的新亞型不值得這麼隆重。
長期以來，海四應該是海鶻鷹還是海殲-20一直紛爭不休，或許2021年就要塵埃落定了。海殲-20具有更為強大的戰鬥力，但重量大，長度大，艦上運作會有影響；海鶻鷹正好相反。另一方面，中國航母要首先突破第一島鏈才談得上深入大洋，艦載戰鬥機的戰鬥力需要能至少壓倒F-35，最好能匹敵F-22，只是能幹翻F-15、F-16、F-18E是不夠的。
一般也認為，海四需要隱身、超巡、大航程、大載彈量。隱身的意義不言而喻，超巡是壓倒F-35的關鍵，大航程、大載彈量是艦載戰鬥機的基本要求，但海四肯定是要適合上艦的。
適合上艦有兩方面：
1、適合航母上的起飛和着陸
2、適合航母上的甲板和機庫運作
適合航母上起飛、着陸其實是兩個問題，但都涉及到艦上只有很短的滑跑距離的問題。為了在很短的滑跑距離裏升空，以及儘可能降低着艦速度，需要用上所有可能的增升手段。固定翼飛機最主要的增升手段就是大面積的襟翼。正常佈局和鴨式佈局都可以有大面積的襟翼，但正常佈局的襟翼位置靠近重心和升力中心，放下後對飛機的俯仰姿態影響小；鴨式佈局的襟翼位置靠近機尾，放下後造成強大的低頭力矩，在起飛和着陸中很難放手使用，用通常大小的鴨翼全力配平都不一定夠用。從這一點來説，海鶻鷹在氣動佈局上是有優勢的。
鴨式佈局如果具有很強的靜不穩定性，或者説升力中心超前於重心較多，在起飛滑跑和進近的低速時會有強烈的自然抬頭趨勢，這時大面積襟翼放下就不那麼礙事了。升力中心是隨速度而向後移動的，因此更大的靜不穩定性也意味着超音速配平阻力的降低和超音速機動性的增加。但這樣大的靜不穩定度對飛控是巨大的挑戰。低速飛行未必都需要增升，不能用襟翼來增穩，因此需要很大的鴨翼面積，以及強化的作動機構，這都是增加重量和阻力的。殲-20並沒有那麼大的鴨翼，當然不排除顯著增大的鴨翼的可能，但那涉及到的氣動變化就大了。
F4D-1“天光”就採用了靜不穩定設計，着艦極其困難
但是“陣風M”這不也上了艦嘛，畢竟技術進步了
另一個問題是艦上運作，主要問題在於戰鬥機的長度。艦載戰鬥機通常採用摺疊翼，以降低艦上停放或者移動時候的佔地寬度。鴨式佈局的大三角翼較難摺疊，但把鴨翼摺疊的話，有可能做到對頭交錯停放，可在成對停放時降低總佔地寬度。F-14就是這樣的，機翼的最大後掠位置不是飛行狀態，而是艦上停放狀態。
戰鬥機的長度太大的話，不僅佔地大，而且可能侵入斜甲板降落跑道，或者甲板上的調度區，這是不容許的。但長度是沒法通過摺疊來縮短的。理論上或許未必不可能，實際上難度太大，沒有這樣做的。只有斜角停放，但要損失停機數量。在可相對於艦舷垂直停放17米長戰鬥機的停機區裏，偏轉27度可停放20米長的戰鬥機，但在長度上要增加35%的佔地，或者説減少1/3的停機數量。
艦上停放的F-14戰鬥機
航母所能搭載的戰鬥機數量永遠是有限的，但也不是越多越好。戰鬥機在艦上的加油、裝彈、起飛準備、着陸後返回停機位都需要一定的週轉空間，還需要有適當的維修空間以保持完好，因為擠得動彈不得或者缺乏維修而不能出動的戰鬥機是沒用的。冷戰後，美國航母減少了搭載戰鬥機的數量，一方面是不再有高烈度戰爭的需要，另一方面也是通過相對寬鬆的甲板，用稍少的戰鬥機實際上可實現更高的出動率；較寬鬆的機庫則有利於更高的完好率。
航母上的戰鬥機主要是停放在甲板上的。從航母機庫裏進出不僅時間長，受到升降機運能的限制，更重要的是加油、裝彈這樣的危險操作只能在甲板上進行。機庫空間更多的是用於停放維修中不能升空的戰鬥機的，以及不需要在緊急出動中使用的戰鬥機。因此，甲板上的停機條件很重要。較短的機長不僅便於停放，還有可能在停機區之間騰出更多的週轉空間，增加出動率和便利日常調度。
“遼寧”號與殲-15是中國對航母和艦載戰鬥機的第一次嘗試，由於條件原因，只能看菜下飯，沒有做到艦機之間的系統優化。新一代航母是中國第一次有條件在航母和艦載戰鬥機之間系統考慮、全盤優化。從這一角度出發，16.9米長的鶻鷹比20.4米長的殲-20要有利得多，即使在改進中長度有所增加，依然有望在增加約35%的搭載數量的同時，反而提高甲板運作效率。考慮到摺疊機翼與非摺疊大三角翼的差別，以及把原來難以利用的邊角空間利用起來，數量還可能進一步增加。
從上艦出發，海鶻鷹是明顯更有利的，但戰鬥力也是必須達到要求的，只是不管是鶻鷹1.0還是鶻鷹2.0，都難以達到要求，問題出在“中型戰鬥機陷阱”。這是指用成本較低的中型戰鬥機達到接近重型戰鬥機的性能的思維定勢。對鶻鷹而言，就是通過針對性地避免F-35踏過的陷阱，大幅度地提高性能，達到接近F-22的戰鬥力。問題是這是做不到的。
重型戰鬥機也是一公斤一公斤摳出來的，並沒有多餘的贅肉，不存在可以大幅度減重而戰鬥力不大幅度打折扣的事情。更加具體地説，鶻鷹的長度據報道為16.9米，翼展11.5米，翼面積40平方米。空重與正常起飛重量不明，最大起飛重量28噸。最大起飛重量通常為正常起飛重量的1.2-1.6倍，主要靠外掛的戰鬥機倍數偏高，如F-16，主要靠內載的偏低，如F-22（實際為1.3倍）。當然有例外，主要靠外掛的米格-29只有1.2倍，這是設計基準點就差不多撐到天花板的結果。對於鶻鷹，這裏取1.35倍的典型值估算。那正常起飛重量約21噸，因此翼載約518公斤/平方米。鶻鷹1.0為兩台RD93，預定換為渦扇19，技術水平與通用電氣F414相當，估計加力推力在100kN級，軍推在60kN級，發動機推重比為9。鶻鷹的最大速度為M1.8。
不過，即使換用渦扇19，在加力推力下，戰鬥機推重比才0.95，對能量機動性很不利。F-16 Block 50的推重比為1.10，F-15C為1.07，F-22為1.05。另一方面，F-18C為0.96，F-18E為0.93，鶻鷹似乎又夠用了，只是毫無優勢可言。F-18（包括E型）是第三代戰鬥機裏能量機動性最不給力的。鶻鷹在軍推時更是推重比只有0.58，顯著低於超巡的最低要求0.7，F-22是0.8。這樣的鶻鷹既不能達到超巡，又只有中庸的能量機動性。海鶻鷹要因為上艦改裝而增重，性能更不給力。
F/A-18E/F是當代艦載機的一個比較典型的比較對象
由於雙發、機內武器艙，F-22的結構係數（結構與起落架、液壓等特設的重量佔正常起飛重量的百分比）高達45%。比照這一數值，但把電子設備的重量從F-22一級（估計為2900公斤）降低到F-35一級（估計2600公斤），並把基本武器重量從F-22一級（估計1500公斤）降低到F-35一級（估計750公斤），鶻鷹的燃油係數（機內燃油重量佔正常起飛重量的百分比）也只有30%，只比F-22的28%略高，與F-15的30%相當，低於F-18E的32%，遠遠低於F-35A的37%，與蘇-27的40%更是不能比。這也意味着海鶻鷹的航程至少不會優於F-18E。換句話説，除了隱身，海鶻鷹比F-18E沒有優勢。
這些結果不難估算。戰鬥機的正常起飛重量是結構重量（包括機體和起落架、彈射座椅、液壓系統等，但不包括發動機和電子設備）、燃油重量、發動機重量、基本武器和電子設備重量、飛行員重量之和。另一種算法是用相關重量佔正常起飛重量的百分比（表示為各種“係數”）計算：
結構係數+燃油係數+發動機係數+武器電子系數+其他=100%
在很多情況下，“只要xx增加yy公斤就可達到zz而不影響其他性能”是一廂情願，原因就在於這些增加都是面多了加水、水多了加面的，真正的限制來自所有“係數”加起來必須等於100%。至於有人質問為什麼不能是115%，那就只有反問他小學是怎麼畢業的了。
在設計估算中，有些變量是“固定”的，有些是“彈性”的，但“彈性”的分為真正彈性的和與正常起飛重量掛鈎的。為簡單起見，飛行員重量算作100公斤，這是固定的。電子設備和基本武器重量由戰術要求和技術水平決定，獨立於飛機設計，也是固定的。結構重量不是固定的，但飛機構型、材料、設計和製造水平決定了結構係數大體在35-45%的範圍，雙發、機內武器艙、上艦加強都是把結構係數往高推的。發動機係數也不是固定的，但等於戰鬥機推重比與發動機推重比之比。燃油係數而不是燃油重量決定了航程，通常要求在30-35%。低到25%就成米格-29了（實際為23.5%），成了機場圍牆保衞者了；高到40%則成蘇-27了，可望而不可求。在其他因素都或多或少“固定”的情況下，一般只有在燃油和武器、電子設備之間取捨，燃油係數常常成為第一個犧牲品。
要做出一架飛行性能更好的F-35C，而其他性能還差不多，是不可能的，必然有所取捨
上面只是在對現有鶻鷹作計算，推算飛行性能。但要“設計”理想的海鶻鷹，也不難做一些簡單的估算。有兩個典型情況。第一個是給定發動機和戰術要求（如戰鬥機推重比），這時發動機推力確定了，可以倒推出正常起飛重量，以此可以推算和取捨其他重量。這有點削足適履，但在已經確定發動機的時候更加現實。第二個更加海闊天空，只給定一般技術水平和設計要求，上面的表述也可寫成混合表述：
正常起飛重量=100*（武器電子重量+飛行員重量）/（100-結構係數-燃油係數-戰鬥機推重比/發動機推重比）
可從指定基本武器和電子設備的重量（代表戰術要求）出發，解算上述重量關係。在這裏，發動機推力也是推算出來的，而不是給定的，發動機與飛機同步研製。新一代發動機研發時，技術水平是“固定”的，比如發動機推重比和最大可能的推力，但具體需要多少推力，也是與戰鬥機研發互動的，而不是兩家獨立進行的。對於發動機來説，從極限推力降級意味着更長的壽命、更高的可靠性和更低的油耗，是有好處的。
但上述對鶻鷹的估算是在沒有算入上艦所需要的增重的情況下，比如加強的機體、起落架和尾鈎。鶻鷹的機動性可能也不及F-18E，F-18E的翼載為459公斤/平方米，鶻鷹為518公斤/平方米。即使不考慮機動性，海鶻鷹也是需要大大增加翼面積的。襟翼有增升作用，但那是錦上添花，低翼載才是錦。F-35A到C也經歷了這一過程，翼展從10.7米增加到13.1米，翼面積從42.7平方米增加到62平方米，翼載從524公斤/平方米下降到413公斤/平方米，結構係數從36%增加到41%。海鶻鷹也需要這樣的改裝才適合上艦。比照F-35A到C，正常起飛重量增加14.3%，使得海鶻鷹的正常起飛重量達到24噸級，加力狀態下戰鬥機的推重比只有0.85，只比F-35C的0.76好看。
要是海闊天空的話，可以指定要達到與F-22和殲-20相當的超巡、機動性，比照F-22的結構係數和發動機推重比，算到最後就是另一架F-22。必須説，這是很樂觀的估計，因為3D打印、新材料可以降低結構重量，但上艦改裝和加大翼面積將增加結構重量，平衡下來，45%的結構係數可能是偏低了。儘管這樣，估算出來的就是與殲-20同級的超級鶻鷹，或許可以簡稱為超鶻。也就是説，約29噸正常起飛重量，38噸最大起飛重量，需要兩台150kN級發動機。F-22的長度為18.9米，超鶻可以做到相似，比鶻鷹的16.7米長，比F-18E的18.3米略長，但比殲-20的20.4米短，更是比殲-15的21.9米短，還是可以接受的。
用兩台大推力發動機為動力開發一個艦載版F-22那樣的“超級鶻鷹”，那或許才是最理想的
儘管如此，超鶻的燃油係數依然只有28%，要增加到對遠程海空作戰更有用的35%，正常起飛重量將是不可思議的52.8噸，最大起飛重量71.3噸，需要兩台270kN級的發動機。這是不可能的。
大大放大鶻鷹固然需要結構上推倒重來，但氣動是可以放大的，所以也未必是前功盡棄。這樣的大改不僅耗時費力，也需要渦扇15已經成熟。在將來某一時刻，這是可能的，但要2021年首飛，這似乎不可能。渦扇15很難在殲-20應用成熟之前就移植到超鶻，當然用渦扇10過渡也是可能的。
另一個辦法是削足適履路線，從現有的渦扇19出發，放棄超巡，甚至降低機動性要求，只要求不超過F-35C的機動性，把推重比降低到0.75一級，這樣，渦扇19也可以推動28噸級的正常起飛重量了。較低的速度也對阻力不那麼敏感，更大的結構重量容許較大的機內武器艙，不僅有利於攜帶更多的中程空空導彈和炸彈、空地導彈，也可能增設兩側的近程空空導彈專用彈艙，增強自衞空戰能力。考慮到降低的機動性要求，機體強度要求降低，有可能把結構係數降低到40%，那樣就可做到40%的燃油係數，這就相當可觀了。
但這也是超過F-35C的技術水平，尤其是F-35C還是單發，結構係數天然比雙發要低。做不到的話，45%的結構係數依然可以達到35%的燃油係數，與F-35C相當。F-35A是37%，但F-35C由於結構重量增加，降低到35%。
通用電氣利用為YF120研發的隸屬，為F414推出EPE改型，發動機推重比提高到11，推力提高20-25%，但發動機尺寸和重量基本不變。渦扇19才剛開始，假定在不遠的將來也能達到類似的增推效果，那時海鶻鷹的推重比就能恢復到0.9一級，逼近F-18E了。不過是否能發揮出增加的動力帶來的能量機動性，還要看結構強度，如果需要補強，結構重量會有所增加。但這肯定不是2021年需要糾結的問題。
這樣的海鶻鷹以航程、載彈為特長，依靠隱身、先進電子設備和遠程武器克敵制勝，而不靠機動性，或許可以簡稱為肥鶻。由於依然採用尺寸和重量與RD33相當的渦扇19，肥鶻長度比鶻鷹的16.7米增加有限，對航母甲板運作很友好。翼展增加不是問題，在甲板上摺疊後不礙事。肥鶻的重量略大於F-35C，推重比和翼載相仿，載彈量相仿，但航程增加。在某種意義上，這是雙發的F-35C。考慮倒F-35C或許正是肥鶻的主要假想對手，肥鶻懟肥電，比拼肥智慧，倒也絕配。針對F-18E的時候，需要發揮隱身和先進態勢感知、網絡作戰和遠程武器優勢，不宜近戰拼機動。針對F-22時，更要發揮戰術的作用了。
如果用兩台中推發動機，那麼最後的結果就是和F-35C各方面都差不多，如果運用更加先進的技術，那也是強一些有限
用機動性近戰殺敵還是用遠程武器狙擊，這是空戰世界裏永恆的爭論話題。隨着發射後不管的超視距空空導彈的發展，空戰格鬥從戰鬥機vs戰鬥機轉移到空空導彈vs戰鬥機，戰鬥機自身的機動性要求有所下降。但歷史經驗也充滿了過度信賴超視距空空導彈而不重視機動性的悲劇，肥鶻會重蹈覆轍嗎？
YF-22勝出YF-23的部分原因就是因為機動性更優秀，殲-20取消了航炮但依然確保優異的機動性，但艦載戰鬥機有點不一樣。艦載戰鬥機的空戰有兩種主要情況，一是與對海對陸攻擊配合的攻勢制空作戰，二是應對敵機空襲的艦隊防空作戰。
J-15戰鬥機未來依然是我軍航母艦載機部隊的重要一員
最積極主動的艦隊防空是避開敵人的威脅，這是航母作為海上機動機場的天然優勢，但這不是總能辦到的。對於突發威脅，艦隊防空需要戰鬥機具有較快的速度以便及時趕赴戰場，也需要機動性作為最後的制勝保障，防空攔截失敗的代價不僅是自己折翼海空，還可能葬送整個航母戰鬥羣。肥鶻做不到速度和機動性，但中國航母還有殲-15，可以由肥鶻隱蔽前出狙擊以削弱敵人的打擊力量，由速度快、機動性好的殲-15作為最後一道防線。
最積極主動的攻勢制空也不是硬往強敵窩裏死磕，依然要避實就虛，擇機打擊，這依然是海上機動機場的天然優勢。在這裏，同樣可以由肥鶻隱蔽前出打伏擊，並穿針引線，引導殿後的殲-15用超遠程空空導彈吊射。
這是與F-35C加F-18E的配合模式相似的，頂住美國航母沒問題，但應對F-22還是比較吃力，需要很考究的戰術配合。但一口吃不成胖子嘛。不包打天下，不是簡單化地替換殲-15，而是與殲-15取長補短，這或許才是即將試飛的中國新一代戰鬥機的真實定位。
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