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本帖最后由 晨枫 于 2025-3-23 20:17 编辑 3 ?1 N$ [- b! z7 M# g0 M
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F-47新鲜热辣,但离出炉还有一段时间。上一个新鲜出炉的是F-35,用来比照还是有意义的。
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- B7 i: E$ p0 C9 S" v/ zF-35的故事可谓臭名昭著,但F-35是对比试飞后才选定的。就所有公开信息而言,F-47未经任何对比试飞,这是YF-16与YF-17对比试飞后选定F-16以来,美国空军第一次不经对比试飞就选定战斗机设计。# J' ?( R! d+ ?5 ^9 @3 W
7 Q' g. ?& \1 v- e0 N) Q美国空军参谋长阿尔文上将提到波音和洛克希德的X飞机有几百小时的飞行数据,已经验证了关键技术,这是否足够,还有待观察。从F-35的经验来看,即使有高度接近量产标准的技术验证机先行试飞,都不能保证EMD不遇到重大挑战。
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! E; y) X5 d9 E! }/ _在“联合打击战斗机”(JSF)计划中,波音X-32与洛克希德X-35对比试飞,洛克希德胜出,定型为F-35。对于大多数人来说,要分辨X-35和F-35还不容易。 d% h# O0 X4 r+ M
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对于美国军方来说,这样的高度相似性意味着技术风险基本上全部消除。JSF在要求上就是F-22的“简配”,不要求超巡、超机动,隐身要求降级,但信息融合和软件化要求提高。由于IT技术的高速发展,信息融合和软件化的更高要求不被认为是增加风险的,反而为F-22升级铺路,因此本来就是刚需。* K9 s( \2 f3 f
( G: V( |# m B& Y/ X/ {% DJSF的关键技术来自DARPA的“通用低成本轻型战斗机”(CALF)计划。DARPA在研究先进短距起飞-垂直降落(STOVL)技术时,发现可以将空军、海军的下一代轻型战斗机(F-16和F-18的换代)与陆战队的下一代STOVL战斗机(AV-8B的换代)结合起来:空军型不需要STOVL能力,升力发动机的空间和重量腾出来,可以用于更多的机内燃油和设备,增加航程和系统性能;海军型需要上舰,可以通过空军型增加翼面积、加装尾钩来解决;陆战队型则保留全套的STOVL能力。
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- Z/ z2 N8 m/ u/ J通用化后,基本飞行性能一致,陆战队首次拥有性能比肩空军型和海军型的STOVL战斗机,尤其是在任务系统和武器方面完全通用。代价是航程和推重比/机动性,但相对于AV-8B这个“最先进的亚音速战斗机”来说,这已经是喜出望外地好了。
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在X-32和X-35的对比试飞中,STOVL性能是重点。只要这个问题解决了,一般飞行和武器系统性能不难解决。至少这是DARPA在研究CALF时得出的结论,但进入EMD后,发现不是这么回事,细节中的恶魔纷纷出动。/ c" T2 P! K7 l
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X-35的升力发动机进气盖是左右双开门,每侧“门板”是双折门,也就是说,一侧通过铰链与机体开口相固定,两片“门板”之间另有铰链完成双折,这样减轻重量,降低打开时的高度,减少气动颤振问题。在JSF对比试飞的时候,注重原理性验证,没有发现问题。但在EMD中,更多的试飞揭示了不可克服的气动颤振问题,只得改成更加坚固但阻力很大的单片式蚌壳门,然后带来一大堆问题,比如蚌壳门打开的角度不能太小,影响进气,也不能太大,阻力和颤振太大。
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`: o+ Y3 k- t1 C这个问题其实容易理解。在技术验证阶段,凑合的设计就够用了,但到了EMD的时候,就需要万全的设计。这就像家里一样,临时用用,拉一根电线拖线板就可以对付了。但要日常使用,就不能这么马虎,电线需要沿墙固定,甚至穿墙打洞。, L0 M( ]* ]8 Z' R, w
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, `5 j& F: h9 o& f! k! r+ v但一个问题解决了,另一个问题又来了。升力发动机由于蚌壳门,反而进气条件改善了,问题出在主发动机的进气,这就是升力发动机进气口后面的辅助进气口。在起飞的时候,发动机需要额外出力,两侧进气口不够用,需要打开机背的辅助进气口。本来升力发动机和主发动机辅助进气口一前一后,各不遮挡。现在蚌壳门把辅助进气口挡住了,不仅影响进气,还因为尾流导致辅助进气口的单开门发生气动颤振问题,只能改成更加坚固、厚实、铰链粗壮的双开门,代价当然是重量。
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悬停中的横滚是由横滚喷口(图中像扁担一样向两侧伸出的东西)控制,气源由压气机引出。压气机提供的高压空气未经燃烧,算低温,但压缩本身是增温的。F-35B由于不断增重,发动机推力要求越来越高,压气机出力越来越大,压缩比越来越高,气流温度越来越高,结果原设计的横滚喷口系统耐温能力不足,只得推倒重来。/ D& v; L/ v7 J" E: m
; V, Q) x% i; Q发动机出力越来越大是通过强化热工参数做到的,代价是寿命和可靠性。美国空军一向要求战斗机在IOC时要为后续升级改进必然的增重留有余地。F-35有很多改进和增重要求,但发动机的潜力被早早榨尽,所以免谈了。现在的统一托词是“等待自适应/变循环/三涵道发动机”,与此同时美国空军又取消了自适应/变循环/三涵道发动机在F-35上的应用,个中含义只有自己揣摩了。/ o% a% x! u" V, y7 e/ p4 V L
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由于结构刚度和气动弹性问题,垂尾根本在跨音速飞行时发生严重颤振,有一段时间只能限速。加固的代价自然是再次增重。' g! y& i! V& f" t
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用燃油作为系统冷却的冷源似乎是不错的主意,但发现需要余油保持在40%以上才能保证冷却需求。这个问题无解,只能等三涵道发动机,但等得到吗?
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在F-35EMD的早期,GAO就发布了后来被称为“F-35的13大罪状”的报告,列数了更多在技术验证机试飞里没有发现而在EMD里发现的问题。
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这都是在已经高度接近量产标准的X-35已经经过几百小时试飞之后才发现的。. v; {# V* q1 c% t: _
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阿尔文和DARPA都提到为F-47铺路的X飞机。根据公开信息,波音-麦道在90年代后,有X-36和“捕食鸟”研究机为下一代战斗机铺路。0 }; F( y: D5 V% f
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+ O: c5 q i* d/ o1 i' G洛克希德或许有秘密的研究机项目,但没有公开报道。$ v/ F! y5 W4 [2 {# b
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这些研究机都研究了某一方面的关键技术,但像X-35那样已经将关键技术高度整合的技术验证机尚且在很多地方掉链子,从碎片化的关键技术从头整合的技术风险高得多。
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这还没有提到软件。
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% }9 @; u$ l0 a2 B' }技术验证机试飞的重点在于气动和发动机,一般不过多涉及软件,软件在飞机设计里被认为可与飞机本身平行的。问题是,现代战斗机的软件已经不只是“附加”的,而是有机整体的一部分。软件跑不起来,整个战斗机就残废了。F-35的软件黑历史可能成为软件工程里“别踩坑”的教科书了,这还是在Block 3软件只是IOC要求,20年前就确定的,应为怕影响研发,而一直不与时俱进。1 V% n0 [( ^8 S: L! h* g
6 ]2 m- k0 W6 x3 BBlock 4才是第一版“跟上时代”的,但这也被证明为“步子大了扯着蛋了”的典型,以至于大批待交付的F-35被拒收,只是因为Block 4软件还未到位。
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8 k+ O6 z& m* J# QF-47几乎肯定会遇到同样的问题。
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从飞行平台来看,未经技术验证机直接跳到EMD的话,技术风险回到F-111时代了。在F-111时代,美国战斗机工业还经验丰富、身手敏捷。现在已经完全不是那回事了。
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洛克希德和诺斯罗普的事情不去说它,波音在KC-46、T-7、F-15EX等项目上一再掉链子,使人对F-47的EMD充满期待,这是不安的期待,或者是幸灾乐祸的期待,但不大会信心满满的期待。
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) f' b2 t; }) A2 ?KC-46是教科书级的低风险项目。波音是从波音707开始爆发的,波音707是从KC-135加油机变身而来的。波音要是说在加油机技术方面第二,就没人敢说第一。而且KC-767在KC-46之前已经交付日本和意大利很多年了。但KC-46一地鸡毛,竟然连军标要求管线分别走、避免战斗中一损俱损这样的基本要求都“忘记”了。民航的波音767也有冗余要求,但那是针对系统故障的,没有抗战损那样的独立走线要求。, z$ G: z/ ^ K* \) j% Y& `
7 O; V! j$ |5 z2 ^: z _; K用闭路电视遥控硬管加油系统也成了老大难问题。( v/ N3 T0 {2 u2 h
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T-7作为教练机,本来就是低技术门槛的。波音通过民机里经过考验的数字化工程系统,从设计到供应链到制造到售后全面数字化,大大增加工程设计和制造上的灵活性和供应链敏捷性。但这也能阴沟翻船,弹射座椅、软件、供应链和零部件质量控制都出了问题,关键节点一再错过。8 I2 _8 u! d: ?; n5 _6 R. F/ M
' O. m1 `0 O* }F-15EX是在已经成熟得要烂的F-15E基础上发展过来的,除了一些美国空军专用系统,与正在交付卡塔尔的F-15QA相同。这都能拖三拉四,一年才交付8架。
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5 k+ Y: c/ t) N& r3 S特朗普的期望是,F-47不仅要在他的任期内首飞,最好还要达到IOC和开始装备。必须说,能首飞已经神速了,IOC基本不可能。大跃进都没有这样大跃进的。; @- c' `+ b! G* R/ S
! V1 l8 K! }* D- b3 s3 H4 z即使F-47在2028年之前首飞,也已经落后中国南北六代4年时间。考虑到中国速度和美国速度的差别,IOC能保持在4年差距是奇迹。在这一切之前,需要先把EMD的200亿美元落实了,这需要国会批准。国会共和党或许没问题,但国会民主党会要求至少公布更多F-47的要求和现有技术基础,花大钱之前有权要求知道花钱买的是什么,这个要求不过分。+ L* X: _! ]# x
9 x7 o2 J, \; f6 C8 q近期内,估计还会有更多F-47的信息流传出来。如果这证明是“川式大跃进”的产物,人们不会意外,但会为曾经高不可攀的美国航空科技神殿的坍塌感到惋惜。毕竟从理工直男的角度来说,先进科技看着也是爽的。 |
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