【軍事博評】William:盤點歐日次世代戰鬥機最新發展

2018-07-19 13:02:29
William Lam

現實中只是個小職員的軍武 / 科普愛好者

英國剛公開的暴風式戰鬥機的全尺寸模型

 

航空界十年前有個說法,指除美國以外,其他國家可能已難以研發第五代甚至更新世代戰鬥機,有軍事評論員更誇下海口,指美國的戰鬥機(如F-35)將是歐洲國家的不二之選,F-35A將統一歐洲天空云云。然而,隨著2010年俄國T-50戰鬥機(即SU-57)開始試飛,各國的第五代戰鬥機已經漸漸露出水面,甚至連新興航空國家亦隨續加入這玩意,個別國家甚至已開始小規模生產並裝備部隊。而最近兩、三個月歐洲及亞洲國家次世代戰鬥機研發計劃都頻出新聞,這兩星期其中兩個設計團隊更公開規劃中的初步構型。可以說,新世代戰鬥機研發又再一次熾熱起來。

為何我不斷強調這是「次世代戰鬥機」而不是第五或第六代戰鬥機?一來,上述計劃中部分是具備第五代戰鬥機特點的第四代半戰鬥機,和五代機分野比較模糊;二來現時六代機的概念也很模糊,除了「可能」使用變循環發動機(2020年開始測試,融入現有引擎設計可能要等2030年後),以及某程度上更空泛更難實現的的空戰雷射系統外,五代及六代機並沒有很大分別,而與各戰術單位聯網接戰及操控UCAV本來就是很多五代機中期改良計劃的追加功能;甚至乎六代機所謂「有人機與無人機用同一種機體」也是F-35發展時所提出的;若以以上標準分類五、六代機,意義上可能也不大。

現時除美、俄、中之外,可能參與開發次世代戰鬥機的國家包括英、法、德、瑞典、日本、韓國、印度及土耳其,而且普遍是以跨國團隊形式發展。由於篇輻所限,本篇暫只講述最受關注且近日相關新聞最多的三個跨國團隊的最新動向。

航空大國的選擇:跨國研發,功能更齊全的次世代戰鬥機

過去能研發複雜武器系統的國家,除美、俄、中之外,就只餘歐洲列國及日本。基於北約共同防務責任,歐洲各國的航空集團在不斷購併合作下,已漸漸組成兩至三個大集團,例如歐洲的空中巴士公司、歐洲直升機公司及英國的英國航太(BAE)等。由於國內福利、教育與科研開支相當重,自冷戰之後,歐洲各國的國防開支也被大幅壓縮。相對而言,由於日本受戰後和平憲法影響,加上老齡化社會、經濟停滯及財政預算受到公共債務所擠佔(達不多25%的開支要來還公債債息),國防研發上也傾向合作方式,以節省經費。

空巴去年年底透露的早期方案與達梭在其宣傳短片公開的最新方案。空巴的方案更像把SU-57改一改而已,有點「忽悠」人家(包括競爭對手)的感覺。(網絡圖片)

 

1. 法德合作的達梭—空中巴士戰鬥機方案

法、德兩國過去有緊密的國防合作傳統,而今次的次世代戰鬥機項目,就是法國達梭與空中巴士防務及宇航公司(由德國DASA集團漸漸併購演變而成)的聯合工程,而德法兩國領袖亦已於2017年協議,注資這個計劃。這聯合工程在相當程度上可歸類為空中巴士公司的第六代戰鬥機,預期2030年前造出原型機,2030年代中期開始服役,接替法國的疾風及德國的颱風式戰鬥機。

左、中為達梭過去的隱身戰鬥機方案,右為德國航太的隱身教練機MAKO 2000全尺寸模型。加上神經元無人機,要說兩國全無隱身戰鬥機經驗,實在說不過去。(網絡圖片)

 

這飛機的設計似乎建基於90年代達梭的兩個第五代戰鬥機3D模型,一種是大型三角翼且大邊條直接伸延到機鼻,並採取機背兩側進氣設計,另一種是單引擎機腹進氣無垂直尾翼設計。現時達梭—空巴五代機處於初期研發階段,與去年的想像圖不同,現時設計中的構形有可能是雙引擎無垂尾及平尾三角翼設計,構形和FB-22相近。考慮到無垂尾三角翼的超音速阻力較低,這機可說是相當強調高速的機體,而此機的橫滾及俯仰動作很可能主要由向量引擎噴口及進氣口前方的可動LEX完成。

單就現有CG構形而言,空巴戰鬥機方案可能是除美方波音六代機外,加速性及隱身性最好的機體,因為三角翼的超音速阻力較低,加上沒有垂尾平尾的設計,如配合低旁通比的大推力中推,在加速性及超音速巡航能力上應該有非常好的表現;另一方面,由於比常規模形的飛機至少少了兩對機翼,雷達反射與散射面進一步下降,側面及背面由機翼邊緣引起的雷達反射面亦能進一步降低。當然,即使有向量引擎,由於翼面不足,單靠可動LEX的話,中低速的機動性及三角翼常有的氣動重心後移、導致操縱不易的問題較難解決。比較特別的是,此機可能和SU-57一樣,都有側視雷達陣列,以強化空中全方位監察能力。

達梭方案3D模型的不同部位特寫。(YOUTUBE截圖)

 

引擎方面,法德兩國的團隊亦可能面對問題:法德雖具備很強的氣動設計、航電綜合等能力,但研發噴射引擎的能力及經驗則不足。歐洲航空引擎的翹楚仍然是勞斯萊斯(羅.羅)引擎公司,其EJ-200系列中型引擎在推重比上有堪比F-22的先進性能,加上計劃中的發展型EJ-230,推力及推重比竟達12000公斤及接近12,對於中重型次世代戰鬥機而言,可說能提供足夠的動力保證。

英法共同研發的FOAS系統中的無人UCAV,BAE及達梭希望兩國政府可於今年年底正式簽約,出資研發及生產。(網絡圖片)

 

另一方面,達梭及BAE於2016年時亦聯合自己的無人攻擊機展示平台(即神經元及雷神),謀求共同發展次世代無人隱身攻擊機(FCAS系統的無人機版本,氣動結構類似X-47B,但機身及進氣道更厚實),如計劃能成事,那空巴戰鬥機方案亦應具備操控無人機群的能力。

https://www.youtube.com/watch?v=JJb7e1u61Pg

達梭最新宣傳短片,出現了設計中的次世代戰鬥機3DCG模型。

法恩堡航展中公開展示的另一個暴風式全尺寸模型,機身似乎比較粗壯。(網絡圖片)

 

2. 英國次世代戰鬥機方案暴風式(Tempest)

英國發展次世代戰鬥機,大約要由90年代後期的FOAS開始。當時英國航太提出兩個主要構形,一個是有垂尾的半飛翼戰鬥攻擊機方案,以及另一個設計有點像YF-23但採取後緣鋸狀的後掠翼設計,叫REPLICA的戰鬥機方案。後者還製作了一個接近等比例、用以測試RCS的大模型。不過,由於預算問題,1990年代的FOAS計劃最後演變成購買F-35B垂直起降戰鬥攻擊機。

90年代BAE FOAS方案的兩個構形。暴風式在氣動上可說兼有兩者特色。(網絡圖片)

 

2010年代時,基於EF-2000颱風將於2030年代左右開始退役,需要新戰鬥機取代,加上無人攻擊戰機(UCAV)愈加受重視,英國亦開發出雷神UCAV驗證機,同時亦展開FCAS計劃,2016年英法簽署備忘錄,協調開發FCAS計劃的無人機。然而,由於脫歐問題,法國在發展次世代有人戰機(同樣是FCAS的項目)上現已靠向德國,英國要自己謀定後路了。

JSF落敗方案-波音的X-32與暴風式的比較。暴風式就像拉長壓扁的X-32。事實上,BAE是有參與波音JSF方案的,不知波音是否有參考BAE的原祖設計了……(網絡圖片)

 

結果,BAE找上了 同屬英國的勞斯萊斯、歐洲的MBDA及意大利的里奧納度集團,並於今年法恩堡航空展前夕(7月16日)正式發表次世代戰鬥機方案的等比例模型。本機命名為暴風(Tempest),和法德的設計相似,均為無平尾雙引擎兩側進氣設計,但加裝垂直尾翼,引擎進氣口可能採用DSI(蚌式)進氣道,而且後機身及垂尾後方均有類似B-2及X-47B的大鋸齒設計,活像將JSF落敗方案-波音及BAE的X-32壓成正常比例一樣。

BAE宣傳品中展示暴風式戰鬥機的各種「可能性」。(網絡圖片)

 

就現時所見構形,這機外形雖然和Replica及X-32有點相似,但引擎採取分隔設計,中間空出相當大的彈艙空間,可自由配置彈艙結構,概念有點像SU-57的長彈艙設計,似乎暗示暴風式比較強調對地攻擊及投射遠程武器的能力。然而,這個彈艙的艙蓋是齊平於機底,並不像SU-57般有凹槽的設計。這設計雖然為有限體積的機體提供最大的內置空間,且隱身構形遠比SU-57好,但截面積較大,可能構成較大的空氣阻力。動力系統方面,暫時仍未有任何消息,但由機身大小及重量評估,加上又找勞斯萊斯幫忙,極可能也是增推的EJ-230系列發動機。

暴風式戰鬥機全尺寸模型不同部位的剪影。由流星及硫磺導彈的尺寸對比,這機的大小似和EF-2000颱風式不相上下。(網絡圖片)

勞斯萊斯在法恩堡航展同場展出的次世代變循環發動機計劃,但是否用在暴風上, 尚為未知之數。(網絡圖片)

 

比較特別的是,暴風式除幾乎肯定能操作UCAV外,發展團隊也明確提出本機會發展無人機版本。相對於那些只可以進行轟炸及距外武器投射,但就難以跟上戰鬥機速度的飛翼構形UCAV,無人機版本的暴風不但可能和有人機共同進退,且相等的火力與機動性更容易和有人機配合,在高強度空戰中更能發揮空中優勢。

瑞典紳寶集團中輕型戰鬥機FS2020方案,和殲20一樣,是前翼梯形主翼構形。(網絡圖片)

 

暫時來說,這計劃的外國參與者如里奧納度集團或MBDA,只能提供航電系統及武器支援,至於未來有什麼更有力的合作伙伴?英國現時正與瑞典紳寶集團積極商討合作事宜(BAE曾是紳寶集團飛機製造部分的最大股東);紳寶由2000年代開始就一直規劃FS2020方案,對研發次世代戰鬥機有一定的經驗。然而,即使瑞典政府肯購買FS2020,由於所需數量不大,單價很可能高得令人難以接受;如果紳寶能加入團隊,那研發難度不但相應降低,且需求量的上升亦能保證單價不致過份離譜。

洛克希得提出的F-22改方案的預想圖,可見進氣道加上F-35的DSI(蚌式)進氣道設計,同時也見到機首下方有F-35的EOAS光電紅外感應裝置,機尾也參考了F-35垂尾根部的一些設計。此機機翼下掛著一架不知名的UCAV。(網絡圖片)

 

日本-F22改?

首先必須指明,日本次世代戰鬥機計劃除了購入與自行組裝F-35A,以取代老舊的F-4EJ外,其實還有兩個,一個是眾所週知的F-3次期支援戰鬥機計劃,另一個是F-15J退役後的新空優戰鬥機方案。

三菱X-2心神驗證機。(網絡圖片)

事實上,日本對次世代戰鬥機的初期研發工作在12年前已開始,為測試可能於次期戰鬥機計劃中用到的技術,當時日本已計劃發展ATD-X型驗證機(即後來的心神),以此試驗飛控系統、複合材料蒙皮、引擎耐熱材料、向量噴嘴、隱身外形設計等等(1);另一方面,日本也製作了23-26DMU的3D及風洞模型,以探索不同氣動外形。

日本宣佈跨國開發次世代戰鬥機計劃前,最後一個DMU構形-26DMU及相關運用技術,例如彈艙、彎曲進氣道、彈械彈出裝置及可能的次世代沖壓中程主動空對空導彈(基於流星?)。(網絡圖片)

 

自從心神驗證機實驗去年年底試飛完結後,日本次世代戰鬥機發展計劃反而變得模糊不清,資訊多且混淆,例如有消息指未來日本會轉而與其他航空大國(英、美)合作研發次世代戰鬥機,而不再自行研發;一時又指自研F-3戰鬥機計劃仍然持續……無論如何,現時已知計劃將於下一次五年中期防計劃(2019-2023)年底定,順利的話將於2030年代中期量產,準備接替2030年代開始退役的F-2支援戰鬥機;然而,更老的F-15J退役後的計劃,自衛隊卻說得十分模糊

現時F-3已確定不會完全自行研發,呼聲較高的計劃是國際合作計劃,尤其是日美合作,其中洛克希德已初步提出以美軍現有的F-22作進一步修改,融入F-35的技術(例如強化電戰系統、CEC聯合接戰能力,以及加入F-35的DSI(蚌式)進氣度以進一步降低正前方RCS;另外,英國與日本似乎亦正協商共同研發第五代機的武器系統,例如使用流星改良型的中程彈等。

在日本的次世代戰鬥機規劃中,UCAV與戰鬥機聯網後,不但可以前出為戰鬥機進行偵察,令空域進一步透明化,也可以協助吸引敵火,更可以作為空中飛行武器庫,協助發射彈械攻擊目標。(照片來自空自介紹POWERPOINT)

 

現時最困擾日本的可能是造價。這種F-22改由於要重新設計機體及重新建設生產線(2004年已關閉),價格不會低得到哪裏。有小道消息指出,F-22改的售價至少達到1.8億美元,幾乎是F-35A落地單價的兩倍,雖然在基本性能上凌架F-35A,但電戰系統和F-35A一樣,似無特別凌架之處。現時可以肯定的是,日本的次世代戰鬥機計劃亦同樣具備CEC能力,並加入遠隔操作UCAV的能力(這原是F-35預期可以「插入」這能力,只是美國現時還沒有合適的無人作戰飛機量產)。

XF9-1測試引擎的實機圖及3DCG圖。(網絡圖片)

 

現時日本還進行著一個引擎計劃,和次世代戰鬥機有關,就是XF9-1型大推力測試用引擎。此測試引擎號稱能造出F-119型引擎(1989年製作出原型機)的後燃推力級數之餘,其軍用推力及核心機前溫度還稍高於F-119,且造得更小(但不知重量)。這部測試用引擎要等2019年才開始地面台架試驗,且暫時沒有任何裝機試驗的計劃。試驗完成後,如果自衛隊有意量產,需再修改設計以加強量產性及可靠性,並進行實機試裝運轉,整個研發過程大約在2028-2029年才能完成,剛好趕上預想中F-22改進行實機測試。

 

小結:

雖說資金一直是各國研發次世代軍用飛機最重要的問題,蓋軍用作戰飛機研發費用往往高得驚人,甚至比大型作戰艦艇還要昂貴,就算國家擁有相關技術,財政上也未必能負擔,國際合作往往成為可行的出路;另一方面,特朗普對歐洲及其他盟友施壓,要他們負擔更多防務經費及責任;再者,近年歐洲與俄國(以及西太上美國與中國)關係較冷戰後緊張,其實亦進一步刺激國防需要。

不過其實還有一個支持次世代戰鬥機發展的重要原因:各國的第四代戰鬥機已服役至「中年」,要開始考慮2030年後的替代機問題,這可說為次世代戰鬥機提供大量的需求。除非全球經濟突然惡化,各國陷入財政困難,否則各國次世代戰鬥機的研發應該較為順利。

 

註1:必須指出,心神空重只有F22的40%,內載油、驗彈艙、機艏雷達艙及引擎推力太小,根本不可能直接量產成戰鬥機,空自也從來沒有說過要改成戰鬥機,部分華文媒體根本就想得太多。

發佈於 軍事博評
By 2018-07-19

手機分享本文: