一週軍評：中國人開啓的五代機新時代-王世純
【文/觀察者網專欄作者 王世純】
本週過年，因為航空工業涉及五代機的重大新聞較多。10月27日，有成都居民拍攝到兩座版殲-20隱形戰鬥機滑跑的照片和視頻，中國自此成為世界上第一個研製雙座隱形戰鬥機的國家。29日，也有當地居民拍到了下一代隱身艦載機原型機成功首飛的照片，這是美國以外全球首款具有隱形能力的艦載戰鬥機。
中國長期是航空工業的落後國，但如今，我們剛剛試飛的五代機引領了世界五代機的發展方向。本週的軍評，我們也要圍繞這兩款五代機進行分析。
飛翔！飛翔！乘着長空飛翔！中國空軍，在烽火中成長！ 圖源：社交媒體
翱翔的海東青
本週，傳聞已久的隱身艦載機終於首飛，與殲-20雙座型來了一個“南北齊開花”，給全國人民送上了一個“雙喜臨門”。在社交媒體上，有不少人已經放出了首飛中綠色高級艦載機的照片，也有有心的博主將剛剛拍攝的艦載機照片放到了丹東志願軍烈士墓碑前，希望航空工業的最新成就能告慰犧牲的革命先烈們。
向海圖強，告慰烈士 圖源：社交媒體
近年來，隨着我國航空技術的不斷進步，愈發自信的航空工業也不再在新平台首飛問題上處處保密，對於四代艦載機的首飛也是早有預告。對於關心我軍航空工業的讀者而言，有關下一代戰鬥機平台，以及下一代戰鬥機平台子系統如WS-19發動機的消息很多，但是像四代艦載機一樣，明確透露試飛節點的戰鬥機確實不多。筆者也是在航空工業珠海航展發佈會上，親耳見證孫聰總師“下一代艦載機年內亮相”的豪言壯語。如今孫總師言出法隨，話音剛落一個月四代艦載機就公開亮相，也確實有一種新的氣象。也讓人回想起2011年1月份718工程首飛時的震撼感。
珠海航展新聞發佈會 觀察者網王世怡/攝
對於為何海四代要選擇“雙中推F-35”這樣的構型一事，這顯然不是航空工業廠所“自作主張”所能決定，而是軍隊——也就是甲方確實需求導致的。在甲方新鋭航母電磁彈射器最大彈射起飛重量有限的情況下，一切艦載機的指標都要向重量和尺寸妥協，最大起飛重量過大的殲-20顯然就不在選擇範圍之內。在此基礎上，有能力研製艦載機的研究所都不得不着眼於未來作戰環境的需要以及我國當前技術基礎制定指標，以此提出新的構型。最終，更加成熟FC-31構型演化為艦載機專項的21號工程，也就不是什麼奇怪的事情了。
學會接受來自甲方的惡意 圖源：社交媒體
在有限的重量和尺寸限制下，航空工業沈飛就不得不對下一代艦載機的結構和氣動佈局上下狠功夫。從FC-31第一款驗證機開始，如何在有限的空間、氣動外形、有限的發動機推力下提高機內容積和大幅度進行結構減重，提高艦載機升力和減阻，就成了整個海五代項目的發展脈絡。
這種“螺螄殼裏做道場”的方式也體現在本次首飛的海五代外形變化上。雖然這款飛機看起來沿用了FC-31起始的“雙發中推窄間距緊湊機身佈局”，但和31系列驗證機不同的是，本次首飛的五代機明顯“胖了一圈”。細節上，在機翼後緣、機頭形面、隆起的座艙後部、DSI進氣道唇口形面乃至整個機身方面，都有了較大變化。這樣的變化是合理的，一方面海五代原型機需要容納更多的電子設備，因此勢必要加大機身；另一方面，海五代還需要為艦載需求重新設計氣動外形和機體結構。
過年回家，胖了一圈
與陸基戰鬥機相比，艦載戰鬥機氣動力設計的難點首先是要滿足艦面短距起降的能力要求，其核心指標是讓飛機在起降過程中必須有足夠的升力。但和傳統戰鬥機不同，隱身艦載戰鬥機需要在保持隱身性能的情況下注重艦面短距起降與空中高機動性，為此設計人員的設計域極窄，需要在有限的空間內儘可能減阻，提高升力。
根據航空學報的論文，和31系列驗證機相比，海五代的原型機機翼後緣變得更為飽滿並且由平滑過渡變為反彎設計，目的是改善低速氣動效率，滿足艦載起降性能需求。此前，第三代艦載機通常使用增升裝置提供足夠的升力增量，比如開縫襟翼。但開縫襟翼增升能力強，但隱身效果差，這使得五代艦載機需要採用簡單襟翼設計，與前緣襟翼使用策略進行協同優化設計，以進一步提升升力。
除了進行提升升力的設計以外，新的艦載機還在飛機的各個細節上進行了減阻。新的五代機機頭形面優化，座艙風擋前的過渡段變得更加平順。而一些減阻手段則是反常識的，比如新的艦載機的座艙後部隆起，根據論文的説法這種隆起可以使前機身座艙之後膨脹波強度降低，進而導致跨聲速阻力下降。此外該機在DSI進氣道唇口形面等地方也作了相應的減阻處理。在進行多種處理以後，論文認為整機通過氣動修型上的優化，實現了10%的氣動減阻增益。這為新型艦載五代機日後更換動力系統後的良好超音速性能打好了基礎。
圖源：社交媒體
在滿足升力和減阻以後，新一代五代機的另一個難關就是減重。減重素來是航空工業沈飛的強項，有關五代機艦載機減重的手段，航空工業官方微信號在研究所項目總設計師王嚮明的文章中已經介紹的差不多了。王嚮明提出了鋁合金加強框-翼梁整體件設計/製造一體化方法，選用鋁合金預拉伸厚板，通過殘餘應力對稱釋放、優化機加工藝路徑，實現大長細比框-梁整體件機加翹曲變形有效控制。同比傳統鈦合金框梁組合結構，零件減少一半，減重超過1/3，從而大幅減輕結構重量，增加裝載燃油，進一步保障了飛機推比和作戰半徑。
在滿足減阻和減重指標以後，新的艦載戰鬥機就成為一款跨音速、亞音速很強的戰機，這和F-35系列戰機路子截然相反。
講到強敵艦載機，我們就必須要提及我國五代機潛在的設計思路和設計目標了。五代機和以前戰機最大的不同之處就是隱身性能，因此一架五代機的研製繞不開氣動外形、動力系統和彈艙三個關鍵子系統的指標取捨。當代中美研發的兩款艦載機：海五代、F-35，無疑都是圍繞這些子系統指標進行取捨，但兩者在設計理念上走了一條截然不同的道路。
看起來一樣的兩個飛機，其設計理念確實截然相反的
美軍在設計以打擊地面目標為主的JSF聯合攻擊戰鬥機時，對戰機的隱身載彈性能提出了硬指標，其最核心的指標內容就是彈艙足夠深、足夠大，能容納2000磅的航彈。因此波音X-32、洛克希德馬丁公司X-35兩型JSF五代機原型機的設計思路就是圍繞彈艙佈置和動力系統來設計飛機。而最終，為了完成打擊能力的關鍵指標，兩款參與競標的隱身飛機都部分放棄了飛行性能。
靈活的胖子最終還是胖子
而我國的海五代選擇的是雙發窄間距緊湊機身佈局，這顯然是向另一個方向的曲射。歐洲的FCAS、英國的“暴風”、我國的FC-31驗證機和韓國的KFX均選擇了這種佈局。這種設計的缺點是，長度受限於發動機長度和進氣道，飛機的彈倉會佈置的儘可能緊湊。反映到具體設計上，不管是“暴風”、FCAS還是FC-31，其彈艙長度都受限，FCAS因為採用了EJ200這種先進推力，保障了相對長一點的彈艙，而韓國的KFX乾脆因為設計不出來足夠長度的彈艙而降檔為了“四代半”。
但是，這樣的取捨帶來了好處：佈局上首先是採用了兩個發動機，對航發的成熟度要求低，其次是方便在飛行性能上和隱身佈局上進行安排。就航發成熟度而言，在艦載機選型期間，我們有“單大推”和“雙中推”兩種選型。但由於我國正在研發的大推推力無法媲美F-135，加上長期缺乏一款F404級別的先進中推，那麼發展WS-19型先進中推發動機，不僅可以用於正在發展的艦載機，未來也能用於大型無人機，包括“忠誠僚機”這樣的概念，可以説是“一機多吃”的現實需求。
在飛行性能上，近年來一系列突破的新工藝讓四代的機內容積比想象中大，燃油數量更多，同時重量也比想象中輕，算得上中規中矩的新一代先進中推，新型五代機的推比和作戰半徑都很不錯，滿足其飛行性能，尤其是跨音速飛行性能壓制強敵現役兩型五代艦載機（F-35B和F-35C）的指標需求。
想做到這點並不容易
可以看出，我國的艦載五代機，雖然構型和F-35類似，但其設計理念和F-35截然不同的。由於艦隊面對嚴峻的空防壓力，我國五代機的首要目標依然以艦隊制空、截擊為主，追求奪取制空權，前出攔截敵軍打擊機隊。此外，我軍航母戰鬥羣的打擊手段將以艦載遠程高超音速武器為主，預設戰場也不會脱離我國遠程導彈旅的支援，在此情況下的，我國未來艦載戰鬥機需要擔負的打擊任務少，但有明顯的制空壓力。可以説，新一代的海五代設計理念，和F-35正好處於天平的兩端。
最後還有一點口水問題，就是“姍姍來遲”的新的五代機，會不會出現“服役即落後”的情況？根據目前的全球軍備發展狀況，在“十四五”結束，“十五五”開局之年，全球除了F-35機隊相對普及以外，其整體技術條件沒有爆炸式的提高，新一代艦載機依然會在十年內擁有技術優勢，且可以依託我國較強的海軍水面艦艇體系優勢壓制周邊國家艦載和岸基隱身戰機。
而美軍的“艦載五代機”很有可能在新型航母服役以後被抹平——根據美國海軍目前的計劃，F-35C項目進入印太地區服役也不過是今年年末的事，2025年美國航母，包括新鋭的福特級也剛剛完成F-35C的換裝。至於FAXX這樣的“滅國神機”，恐怕已經是三十年代的事情了。
隨着這段時間以來外部鬥爭環境變得激烈，航空工業能在這個時間段拿出一款足夠先進的五代艦載機，確實是一種“提氣”。近代史告訴我們，西方侵略者是從海上來的，而航空工業翱翔的海東青則為這段屈辱的歷史畫上了一個永久的句號。向海圖強，我們祖國航空工業和強大的人民海軍必將維護祖國利益和海疆安寧。
屬於中國人的五代機新時代
10月27日，在熙熙攘攘的黃田壩機場附近，等候已久的成都居民終於驗證了“都市傳説”，拍攝到兩座版殲-20隱形戰鬥機滑跑的照片和視頻，證實了這款戰機的存在，也證明中國成為世界上第一個研製雙座隱形戰鬥機的國家。
對於老百姓來講，雙座型殲20戰機不是什麼秘密。除了航空工業的官方MV放出過雙座性殲-20的照片以外。楊偉總師也在採訪中透露，殲-20未來也會有更多的發展，包括雙座機構型，但不會發展雙座教練機。儘管早已是公開的新聞，但在地緣政治形勢緊張的2021年年末，“殲-20雙座”正大光明的露面，還是很振奮人心的。
消息早就公開了，大家只是沒想到這周提前過春節 圖源：社交媒體
拋開性能不談，雙座型殲-20的出現是有一定歷史意義的。中國長期以來是航空工業的落後國，我國的殲擊機長期以仿製為主，除了仿製整機以外，在理念設計上也長期師從外國。而殲-20戰機及其雙座衍生型，從任何角度來説，都是一款理念原創、構型原創的中國戰機，是實至名歸的全球首款雙座五代機。滄海桑田，在戰鬥機誕生一百餘年的今天，也輪到中國來引領世界航空工業的發展方向了。
説完歷史意義，我們還是要説説雙座型殲20的具體用途。戰鬥機有雙座型的時間和戰鬥機本身歷史一樣長，但筆者不再贅述戰鬥機單改雙的歷史。進入三代機時代以後，增加一名後座飛行員，其主要優勢，就是可以提高飛機的態勢感知和設備操作能力。因此，當代的雙座型戰鬥機的用途大體分為三種，同型戰鬥教練機、多用途打擊機和特種機。正如楊偉總師説的那樣，從曝光的圖片來看，雙座型殲20戰機的後排教練員座位明顯太低，不具備成為雙座教練機的基本條件。因此我們還是重點提及雙座機的其他兩個用途：多用途打擊機和特種機。
其座艙顯然不是為了教練用途
談論當代雙座機的設計理念和設計背景，就繞不過蘇-30、F-15E和F-14三款雙座戰機。儘管這三款飛機最終都發展為“帶有先進雷達的雙座多用途戰機”，但三款戰機背後的設計理念完全不同。F-14在設計之初就考慮到艦隊截擊和艦隊防空的需求，因此設計了功能十分複雜的雷達，需要像F4、海雌狐等西方典型二代機一樣，設置專人操作雷達，才能發揮出雷達效能和“不死鳥”這樣遠程半主動攔截彈的全部威力。可以説，F-14系列戰機雙座性的理念很純粹，就是為了制空而增加一個後座雷達操作員。
和F-14設計理念截然相反的戰機則是美國空軍的F-15E。F-15E由F-15這一優秀平台發展而來，雖然道格拉斯公司在F-15研發之初信誓旦旦的宣稱這款戰機“沒有一磅重量用於對地”，但在F-111壽終正寢，空軍多用途理念叢生的80年代末，道格拉斯還是老老實實按照空軍的意見，發展了這款以對地打擊為主的多用途戰機。F-15E在80年代雖然裝備了當時最先進的APG-70雷達，但其主要作戰用途都是充當“F-111代機”去冒充“炸彈卡車”，攜帶大量炸藥滲透轟炸蘇軍堅固目標和裝甲集羣。在飛行員任務分配上，F-15E的前座飛行員是主要負責飛行的飛行員，後座武器員在大部分情況下只負責打擊，不負責接管飛行。
炸彈卡車
回到雙座型殲-20的發展潛力，在打擊武器方面，殲-20發展雙座打擊型的前景不是很廣闊，這是因為殲-20的構型是有所取捨的。殲-20在設計之初就追求多波段隱身和飛行性能、因此使用雙大推雙發窄間距緊湊機身佈局，為了飛行性能而削減了彈倉的深度和長度。同樣使用雙大推的F-22的緊湊彈艙一般只攜帶對空彈，打擊能力極為有限。殲-20為了保持更大的彈艙尺寸有限地拉長了機身，犧牲了空重和亞音速性能。這樣的設計下，殲-20的打擊能力有限，且殲-20機身航電實現了高度自動化，配備的對面彈藥也以發射後不管彈藥為主。因此，殲-20確實沒有發展成F-15E級別“炸彈卡車”的必要。和這一項目類似的五代機，反而是FB-22和雙座型蘇-57。當然，FB-22最終因為和JSF項目衝突而壽終正寢，而俄羅斯方面單純因為沒錢，沒有發展雙座打擊型蘇-57。
一水PPT，最終只有中國人實現了
西方的設計理念和殲-20不同，但東方的蘇-30系飛機的發展理念更接近雙座型殲-20的設計思想。蘇俄的蘇-30系列飛機背後的設計理念也和美國空軍不同，蘇-30的發展更多是來自於蘇聯航空兵自身的需求。蘇聯在發展蘇-27的時候，就一並發展有雙座的同型戰鬥教練機蘇-27UB，由於蘇-27系列飛機造價昂貴，即便是財大氣粗的蘇聯也不願意浪費資源，像米格-29UB那樣建造無雷達的蘇-27UB系列。在蘇-27UB交付蘇聯國土防空軍以後，國土防空軍基於蘇-27UB的經驗，對蘇聯航空部門提出了新的需求。80年代後期，蘇聯防空軍希望能儘快研發蘇-27UB雙座機的專用改進型，並裝備部隊，並要求這種改進型飛機不僅要具備遠程截擊能力，還能擔任空中指揮機，以指揮單座的蘇-27編隊作戰。
防空軍的這項建議，主要基於蘇-27UB戰機的實際使用建議：一是蘇聯疆域遼闊，在北方及遠東地區野戰機場分佈數量稀少，難以建立足夠多的地面指揮所；二是蘇-27裝備部隊後，蘇聯防空軍飛行員對蘇-27UB雙座機的評價極高，蘇聯飛行員認為，在廣袤的蘇聯遠東地區，蘇-27UB部隊可以前後座輪番操作，大大減輕飛行員的工作負擔，讓飛行員能適合更長時間的巡邏攔截任務。
蘇俄空軍的蘇-27UB，以及俄羅斯採購的蘇-30SM系列戰機，都十分適合俄羅斯的作戰環境 圖源：社交媒體
這樣的理念隨後跟着蘇-30一起傳入了我國。在“多用途”和“特種指揮機”方面，我國的發展歷程和蘇聯類似。在中國國防需求建議下，曾出資幫助共青城廠研製蘇-30MKK戰機，在蘇-30MKK戰機交付國內以後，我國一方面瞭解了多用途戰機的設計理念和戰術戰法，另一方面則是在對台戰備期間，開發了諸如“蘇-30MKK引導蘇-27編隊”這樣的戰術。可以説，在當代重型雙座制空戰鬥機的設計理念上，我國的設計理念和蘇-30MKK類似，追求超視距作戰、編隊指揮等能力。只不過蘇俄的航電水平較為落後，引俄的“雙座測衞”未能中國空軍的全部需求。
我國又根據蘇-30MKK戰機的使用經驗，發展出了殲-16戰機。當下，殲-16戰機是中國最強的多用途戰機，也是殲-20以下，我國國土防空的主力戰機。而類似於編隊指揮，先進機載設備等指標，最終是我國殲-16戰機才得以實現的。在實際運用中，殲-16戰機儘管雷達、傳感器和電子戰等航電配置不優於其他四代半戰機，在演習和實際巡航對抗中，由於額外增添了一名操作員，殲-16表現出了更強的超視距作戰能力——不僅可以在獨打獨的戰鬥中壓制我軍和外軍的三代機、四代機，甚至可以一定條件下利用後座帶來的編隊指揮能力，在超視距對抗五代機。從這個角度來講，我國殲-16戰機的設計理念，更接近蘇-30和F-14的集合體。
殲-16的強大戰力，在近年來的台海對抗中得到了檢驗
同為雙發重型制空戰機，殲-20領先殲-16一整代，然而類似的作戰理念，也更加適用於強大的全新平台殲-20。作為隱身平台，雙座型殲-20可以實現空中前出隱身編隊指揮單座戰機、非隱身戰機和無人機羣，真正意義上實現外軍設想的“分佈式殺傷節點”。此外，在傳感器越來越敏感、空空武器射程越來越遠的今天，雙座殲-20帶來的態勢感知優勢，也可以對現有的五代機進行“降維打擊”。
四代平台解決了三代平台的缺陷，五代平台則要在解決四代平台缺陷的基礎上發揮五代平台的優勢 圖源：中國空軍
殲-20項目相較外軍戰機還有一個好處。殲-20戰機在設計時，就留有改進為雙座機的冗餘，而外軍的幾款現役五代機，因為機身過於緊湊，反而沒有改進雙座型的空間。美國在研發JSF和FB22項目時，曾想過雙座型號的F35戰機和F22戰機用於加強打擊能力，但由於JSF等戰機機身過度緊湊“寸土寸金”，加上對於美軍進入21世紀以後自動化的過度迷信，最終放棄了雙座型五代機的發展計劃。
美軍長期認為，高度自動化也使得雷達、火控、態勢監控不再依靠後座飛行員，一個飛行員就可以在人工智能的輔助下也可以完成任務。不過，問題在於，隨着機載電子設備的日益複雜化，加上人工智能技術的發展無法代替人類下達決策，美軍發現一名飛行員已經很難對付數量繁雜的現代化戰場環境。
而“忠誠僚機”項目，似乎成了“壓死單座五代機最後一根稻草”。不管是俄羅斯的獵人無人機、美國的XQ-58A發展而來的“忠誠僚機”計劃，還是我國目前正在研發的無人僚機項目，額外增加的無人傳感器讓各國陷入了瓶頸。美軍F35戰鬥機飛行員已經無法幫助無人機進行決策，也無法幫助無人機分配任務，但老舊的F-35平台又難以開發雙座戰機，於是美軍只能將任務交給AI處理。可以預見的是，在20年代中期，中國雙座型五代機率先入役以後，我國空軍五代機可能將是全球最早適應“無人僚機”時代作戰的現代化空軍。
中國長期是航空工業的落後國，但如今剛剛試飛的五代機不僅是全球首款，還引領了世界五代機的發展方向。殲-20雙座型開啓的，是屬於中國人的五代機新時代。
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