看『心神』样机

　　“心神”的研制背景是什么？

　　中：日本虽然在二战中失败，但在冷战期间又恢复起很强的军事力量。日本航空兵是美国用以围堵苏联和中国的侧翼力量，装备了F-4EJ、F-15J和F-1等飞机近400架，还参照美国F-16改进设计了F-2以取代过时的F-1战斗机。

　　日本航空工业很多电子部件和金属、非金属材料处于世界领先，但缺乏完成先进战斗机的政治和技术条件，也没有设计经验和技术队伍。F-2在研制时受到美国的政治限制，即使对F-16C的设计基础进行大幅改进，F-2仍没最终达到日本自卫队的要求。但是，日本军方和政府利用F-2的研制机会，冒着增加技术风险和隐藏缺陷的危险，在项目中采用整体复合材料结构和AESA雷达这些新技术，尽可能利用项目带动科研体系。

　　F-2虽然留有很多问题，但技术先进性无可质疑，也使日本走过了发展先进战斗机的过程。F-2按计划在2011年停产，早在之前20年的1991年，日本就已开始考虑发展替代的新机。日本军方计划的F-2后继机，将采用与F-22/35相当的技术，与F-2同样用项目带动整个系统发展。被称为ATD-X的新机研制项目仍然被交由设计F-2的三菱重工。按照2009年确定的研制时间表，首架样机已经按计划在2014年完成，2015年交自卫队进行飞行验证。目前看，中期目标已经实现，后续测试要考虑到技术和非技术因素的影响。

　　从“心神”样机可以看出哪些设计特点？

　　中：按照ATD-X项目开始时的规划，新机长14米，翼展9米，机高4米，采用2台带加力燃烧室的XF5-1涡扇发动机。ATD-X的目的是完成隐身气动设计、推力矢量和光传操纵的技术开发，利用实际飞行确定隐身外形和高机动的控制效果。

　　日本防卫省很重视“心神”项目，政府也投入了很大的资源，整体设计体现出很强的针对性。“心神”的设计重点并不是达到具体的战斗力，而是为了建立先进战斗机的系统科研生产体系，将技术重点放到日本工业体系中有优势，并不容易从国外引进的关键项目之中。

　　“心神”的结构尺寸并不大，既可以回避大尺寸整体框架类技术的高投入，又最大可能提供验证技术的平台，将技术和资金投入重点放到气动布局、先进材料应用、高技术动力和矢量推力，及在应用上相对较成熟的光传飞控系统。“心神”将可以引进的技术和成品的综合放到次要位置，较常规的结构、起落和座舱部分则尽可能利用现有成品。

　　三菱重工为了加快技术进展和降低成本，在“心神”样机上大量应用成熟飞机的部件，如F-2的起落装置和T4的座舱系统。ATD-X样机只计划制造1架，现在的“心神”样机并不是真正按照原型机标准设计，甚至与全尺寸的X-33/35验证机也不同，但符合作战飞机意图的设计又意味着ATD-X不是X-31这类没有实用意图的纯技术验证机。目前的“心神”验证机是比技术验证机更仿真，比自由飞模型更有实用测试价值，又比正式验证机更便宜的中间方案，是综合平衡技术、成本和成熟度后的结果。

　　“心神”的推力矢量为什么采用折流板的方式？

　　中：按照三菱重工之前公开的数据和资料，XF5-1涡扇发动机采用了数字式控制系统，并综合了数字式折流板矢量控制，实现了基本的推-矢综合控制要求。发动机控制与飞机的光传系统组合，又能够实现基于气动和矢量的飞-推一体化。

　　折流板矢量系统与发动机喷管隔离的特点，使其驱动设计的难度很低，也不需要考虑复杂的密封和烧蚀问题。折流板的优点是控制简单，但独立于喷管的折流板重量较大，会影响到飞机的重量配平。同时，折流板之间无法实现密封，在工作时发动机喷流会从板体间泄漏，影响发动机在矢量驱动状态下的有效推力。

　　无论是折流板还是轴对称喷管矢量，都存在持续工作时间和寿命的问题，推力也都会受矢量工作的影响。按照技术可靠性数据分析，基于燃气密封的要求，相比折流板，轴对称矢量喷管的技术难度更大，可靠性要求也更高。

　　从现有的技术条件看，矢量喷管的工作寿命只有发动机的10％左右，但因为在标准的作战飞行过程中，矢量喷管单次使用只需要持续几秒的时间，因此喷管的理论寿命甚至比发动机还长。如果不是纯矢量控制的无尾飞机，将矢量喷管寿命增加到上千小时，难度既大又没有必要。从实际使用看，F-22A、T-50和“心神”的矢量系统根本不需要多长的寿命。尤其是现在的“心神”只是技术验证机，甚至算不上全尺寸，矢量主要是为飞控提供仿真的控制力矩，没必要在本身风险就比较高的XF5-1发动机上叠加风险更高的轴对称矢量喷管。

　　日本如果有条件开发作战状态的“心神”，应该会采用技术更全面的轴对称矢量喷管。

　　“心神”采用了哪些隐身设计？

　　中：“心神”等比例样机在2006年就已经在法国进行了隐身测试。日本在法国对“心神”样机完成RCS测试后，宣称全尺寸样机的隐身性能仅次于美国，但考虑到“心神”测试当时只有美国有成型的隐身飞机，日本“心神”“仅次于”的标准还真的是很宽，没什么对比样板，RCS测试结果也没什么可用来评估的数据。

　　“心神”的气动设计采用了隐身飞机的基本标准，机体和翼面低信号设计方法中规中矩，没有什么亮点也没有什么创新。“心神”的气动外形没有特点，说明日本人不打算在这方面投入过大，也证明了现在的“心神”算不上最终设计。三菱重工依靠现在的“心神”测试的RCS数据，主要是为获得机身和机翼的标准信号特征，把这些数据作为气动与隐身联动的基准。隐身外形越是简单则数据就越“干净”，比较适合刚刚接触到隐身飞机设计，有技术、有能力、有投资却没有经验的日本科研体系。“心神”的机身和翼面设计没什么可描述的特点，但其进气道设计却显得比较另类，既不是CAR.ET又没有DSI，而是选择了有低信号特征、高速适应性不佳、更接近固定唇口结构的简易进气道设计。

　　“心神”的进气道看起来和F-22A的CARET差不多，也带有附面层分隔板，但唇口外形没有F-22那样尖锐，采用接近平行四边形固定进气道截面设计，内部结构看起来也比较简单。按照现有技术条件分析，以这个进气道和XF5-1的动力性能，“心神”的最大飞行速度很难超过M1.5。

　　“心神”进气道与机头很不协调，截面较宽，高度也较小，与利用T-4教练机设计的座舱部分机头尺寸差异很大。这样的特征是因为XF5-1的尺寸和推力不大，S形内管道的进气流量也不高，前机身截面尺寸远小于后机身最大截面，只能采用扩大进气道横向宽度的方法，以保证机体中、后段宽度尺寸的平滑过渡，结果就是“心神”的机头和发动机舱段形成了三个突起舱，机身侧进气道前段有比较明显的前向垂直收敛。XF5-1的最大推力如果增加到10吨，则进气流量增加必然会增大进气道截面，而机头部分的尺寸则只会少量增加，“心神”前机身设计比现在应该要更加协调。

　　机身内部弹舱是隐身战斗机的标志之一，“心神”有没有内部弹舱？

　　中：按照现有标准，采用全隐身气动设计的“心神”应该设置内部弹舱，但从电视新闻中的飞机状态看，和台湾IDF差不多大的“心神”机体内部空间很难满足设置常规弹舱的要求，甚至要设置模拟弹舱都显得空间紧张。

　　根据之前ATD-X的公开资料内容，日本防卫省技术研究本部在2010年才开始针对弹舱内埋武器的挂载和脱离进行研究，而ATD-X细化设计在这个时间之前就已开始，这个时间差很难预留空间。根据“心神”样机的技术条件分析，机头后到发动机舱之间的长度不足4米，基本无法满足AAM-4这类正常载荷的需要，但如预留出机身中线挂载结构和接口，采用单载荷的中线小型化模拟弹舱，理论上也可以进行武器挂载和投放的简单测试，但“心神”现有样机不大可能增加有实战价值的弹舱。

　　“心神”的飞控系统采用了光传，这个光传和电传有什么差别？

　　中：光传是“心神”技术上主推的高端。光传看起来是个非常新颖、先进的名词，但其与传统的电传区别只是用光纤替代电缆传输数据，提高数据容量和增强抗电磁干扰的能力。光纤的单位长度重量远小于电缆，又不需要设置复杂的信号屏蔽，在理论上可降低结构重量。问题是光纤只用来传递信号数据，到接口处还需要进行光电转换，将光信号转换成控制设备需要的电信号，纯粹结构重量上的收益并不明显。

　　光传的减重效应并不算明显，主要的性能优势是良好的电磁兼容能力。现代战斗机的机载设备越来越多，电子设备安装密度迅速增加，发射功率增大，接收灵敏度提高，均使飞机的电磁环境更加恶劣，已经在系统综合方面限制了电子设备的发展。飞行控制系统的通信线缆贯穿飞机整体，几乎覆盖了飞机的整个机体内部空间，面对的电磁兼容、自身产生的电磁干扰问题都很严重。光传系统的应用，是在复杂电磁环境（自然和人工辐射干扰）中保证飞行控制系统工作和信号稳定的优选手段。光传相比现有电传，几乎不存在串信号和干扰影响，不打火花，不短路，基本不受腐蚀影响，确实是未来飞行控制的发展方向。

　　光传飞控系统在国外已经装机研制了超过20年，但实际应用的例子并不多，主要是因为光传需要的激光收/发机、光导纤维的成本和安装维护技术要求很高，在目前对飞行控制系统的数据容量要求中，光传的优势还无法充分发挥，可靠性和成本则限制了应用。日本在“心神”上应用FBL操纵系统，并不是“心神”已经先进到如此程度，也不是所谓“云射击”的概念真的需要这样高端的设计，而是与当初在FS-X上冒险应用新技术一样，是依托平台探索先进技术。

　　“心神”采用的日本首型自行设计的带加力燃烧室的XF5-1涡扇发动机是否达到其它五代机发动机的标准？

　　中：按照公开数据，XF5-1采用了比较先进的结构形式，由3级风扇、6级压气机和单级高、低压涡轮组成。设计性能指标是推力5200千克，重量622千克，推比达到8.3。现在的数据大致是推力5000千克，推比接近8，作为测试样机的理论性能改善潜力约在7%左右，完善后大体可以接近最初计划时的性能标准。如果按照EF-2000的EJ-200作为对比，推力9180千克的基本型EJ-200重约1吨，推比为9。XF5-1相比EJ-200差距明显，但已达到与M-88基本型号相当的数据，作为日本首型战斗机用加力涡扇发动机，这个答卷基本及格。

　　日本之所以在FS-X项目中被美国牢牢拴住，就是在项目开始将动力寄托于引进。采用从美国引进发动机的设计意图，就不可能不在整体设计中与美方沟通，美方的意见对日本则是决定性的要求。“心神”项目在开始就规划配套开发XF5-1发动机，就是预见到美方在向日本推销F-35的时候，不可能放任日本拿美国发动机去搞新机。事实上，如果真的是以实战的“心神”为标准，F-414和EJ-200都已达到要求，XF5-1的意图只是想真正100％的保证日本制造。

　　XF5-1目前的推力和推比与三代机发动机相似，完全无法满足四代机对动力的要求，即使是“心神”现在的尺寸也不行。“心神”如果真的接替F-2的装备地位，XF5-1现在的状态应该不是正式设计标准，而是结构和技术验证机。“心神”如能进展到正样机阶段，XF5-1在现有结构设计基础上，很可能会将最大推力提高到10吨，推比也增加到10，接近F-414和EJ-200基本型的标准，基本能满足空重10吨级、最大起飞重量20吨级隐身战斗机的要求。

　　“心神”以后的路会如何？

　　中：隐身战斗机是攻击性武器，而日本在战后国际秩序中是没有战争权的，也被限制进攻性装备的发展。日本政府和军方从自卫队建立开始就在不断冲击这些限制。F-1是顶着“支援战斗机”名称发展的中、短程战斗轰炸机，强调战术打击力，还勉强可归类到防御装备。F-2则是在F-16C基础上改进设计，综合技术达到当时世界先进战斗机水平，在原型基础上大幅提高载荷航程后，F-2已成为较有攻击性的多用途战术战斗机。“心神”更是按照国际五代机标准，完全以进攻为意图设计的战斗机，体现出更强的自主能力和进攻性思想。

　　“心神”项目早在1991年就已提出，最初计划在1995年进行首飞，但日本参与单位很快就发现这个时间表是个玩笑。缺乏技术的各方最终只能调整研制计划，把大项目分解成气动、结构、电子、动力和材料等几个方案去攻关。“心神”技术开发过程中又遭遇了98金融风暴，日本泡沫经济破裂进一步增加了资金困难，最终在磕磕绊绊中一直走到现在。

　　“心神”如果可以突破技术和政治的限制顺利完成，最终很可能发展成与EF-2000接近，具备弹舱载4~6枚空空弹能力的先进多用途战斗机。按照整体战斗力的角度去分析，采用两台十吨发动机的“心神”，空战性能也许比F-35A要好，但作战半径和武器载荷要低于F-35A。“心神”的目标性能与F-35A大体相当，在日本确定引进F-35的时候，从装备角度看并没有研制和装备“心神”的必要。即使进展顺利，与F-35性能重叠也将是“心神”面对的主要问题。美国在向日本出口F-35的同时，从政治、安全、经济因素考虑不会对“心神”乐见其成。美国曾依靠技术限制阻击了F-2的研制目标，利用政治和技术手段再次狙杀“心神”也不是不可能。

　　日本计划用F-35A替代过时的F-4EJ，用新的制空战斗机替换F-15J，用“心神”替换F-2A。F-35A完全能同时取代F-4EJ和F-2，生产和交付速度也大体符合这两个型号退役时间差，但F-22J的引进受美方限制。

　　“心神”的性能就算达到与F-35A相当的规格，由于日本在军事政治平衡中与美国不对等，美国政府很难认同其成为实用作战飞机。在歼-20和俄T-50接近完成时，美国很可能向日本出口F-22以抵御中、俄，又可以避免将美军卷入不必要的军事冲突。至于“心神”替代F-2的功能，美方完全可以利用F-35来实现，经济和技术上比“心神”也更可行。

　　日本政府和军方不是不知道“心神”后续发展的不确定性，但美国短时间里不会向日本转移F-35生产技术，在F-2停产到自产新机接替之前，日本将在航空科研和生产系统中出现十年（2011~2021）的生产线空白。如果没有持续的投资和计划目标保障科研生产体系运转，日本依靠F-2研制所取得的战斗机工业体系，将会在这个十年空白期里停滞，缺乏投资的企业将会把资源转移。

　　“心神”样机项目将消耗数亿美元，随后的完善和测试更是巨大的投入，但这种投入获取的不仅仅是“心神”样机，而是从主机到成品的整个体系的稳定。依靠“心神”的研制，日本可以用F-2项目保留的技术队伍帮带新的技术人员，用几年时间组合出适应先进战斗机设计的技术队伍。即使“心神”失败，技术成果和人员储备也能成为下一代战斗机研制的基础。日本政府和军队有意图，但缺乏能力。现在进行的这些看起来前景不大，投资巨大的军事科研项目，都是日本重建军事装备体系的基石。

　　[编辑/旭日]

　　专家/中秋

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