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[武器展望] 从F-35看F-47

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 楼主| 发表于 2025-3-24 10:08:25 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
本帖最后由 晨枫 于 2025-3-23 20:17 编辑 5 P* H" r5 j! G: Z( J3 F8 o

' T- j/ h) I1 J0 z) r! IF-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。
6 O' L  x/ W" F7 {- }* X. a3 z" p- z5 m1 v% {3 x0 s* R2 n4 q" K, ]
F-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。
1 p  F9 \, T! q2 Y, P$ w+ e. g5 }4 _+ c5 _5 C& A' ]& `+ K! F
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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- j0 M, @; t. T' T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。! ^6 _4 [% y3 V

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+ X  j8 F) h5 x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。: t# E/ t  Y( [. [
# O) _3 \5 Y$ B& |
JSF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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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。
4 ^" l# E' a. t* g! `; k5 X9 ~" k  Y7 _/ K8 @6 K; R/ Y2 w, O/ X- E
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。
1 `- g' P. v. G1 V6 m  x& J  z( b

) D: U8 j. H/ X3 s- s3 C( D$ }
+ a& K. f8 \' A: L/ j7 w& t' HX-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。
1 ^3 k% z: _0 N- ~  R
/ K  v$ v- G' y, }# W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。  J' }# J& Y; U3 [
4 w; t/ H: L3 R5 ?% ~, }5 O

; a: N2 [) t2 A2 g4 |- d* n
1 E, n1 o# W0 a& C0 b0 i) R+ c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。( [5 |( g5 a6 ]0 E  p6 x

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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。
2 a, _; x. i1 O7 i, R( B$ T
$ j& B. r& 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。
0 I/ O* H& z6 {
  A# K% z! u4 X& R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。
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- l8 k/ f3 ?& B& q/ p. {* v5 ]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?# t/ [( c( x$ s5 O' L/ b" s
5 y6 I9 i; Y* H' i/ }) N
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。  w# `; k# J4 E1 }7 q

: g& Y9 b* b- r* e, j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。
* N1 j' {) x) h- C- @% C( D. {4 r- g! i6 L7 L( N
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。% j% {1 i( \, G8 `8 k  K4 X

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# J$ Y% G6 h: P/ o) W) S  W/ a
洛克希德或许有秘密的研究机项目,但没有公开报道。
2 T: M( U+ V3 x4 s
9 |4 j0 ~, c& [3 ^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。
/ S7 B. m1 Y3 [8 T
4 ^, t  {2 p: r4 n这还没有提到软件。
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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 y6 S, H+ \: L! m. q! U4 ~
# l3 x* v3 ~" O6 o8 TBlock 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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2 e' h; z* y$ c5 c  eF-47几乎肯定会遇到同样的问题。1 [' u) U+ E# e  h0 q

& U0 S9 ^$ E9 |8 Q: q% q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。
9 p$ Z6 {2 ^0 [- I+ u& E  Z" J0 T
2 d/ a2 Z0 w& W* ?( j. q) \" u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。
$ A5 p& t# d' L# t6 B7 d: g) K) H4 w6 L) Y" {8 u& I* T
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。
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用闭路电视遥控硬管加油系统也成了老大难问题。
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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。
$ M  Y$ e" j4 r% `' {& `
/ U# E" r8 G9 [5 q4 E) ^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。
  h4 G# b4 ^6 P( t4 n5 f$ _0 X- \( n4 V% c8 N# k- w
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( c& m5 G

  ]( j/ }  l4 N5 e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。9 _# h7 b) E) ~- S0 \: q- h0 J
0 {8 K6 @6 u; E9 C) n! X/ l
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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    郁闷
    7 天前
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    [LV.Master]无

    沙发
    发表于 2025-3-24 14:50:57 | 只看该作者
    南北机可能也是验证机,类似fc31
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    该用户从未签到

    板凳
     楼主| 发表于 2025-3-24 21:26:52 | 只看该作者
    四处张望 发表于 2025-3-24 00:50
    6 Z4 D% Z, U0 C南北机可能也是验证机,类似fc31
    8 D" \( _' c6 N
    或者像歼-20 2001?
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  • TA的每日心情
    郁闷
    7 天前
  • 签到天数: 1642 天

    [LV.Master]无

    地板
    发表于 2025-3-25 20:21:58 | 只看该作者
    晨枫 发表于 2025-3-24 21:26+ v- [8 I- r9 Q5 D& i
    或者像歼-20 2001?
    2 z- ?5 |( t  I/ L
    据说从资金来源而言,更像fc31
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    慵懒
    23 小时前
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    [LV.Master]无

    5#
    发表于 2025-3-31 02:47:47 | 只看该作者
    创总可以推动修宪再搞一个任期嘛,多4年时间,F-47说不定就首飞了
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  • TA的每日心情
    郁闷
    2025-7-12 00:04
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    [LV.10]大乘

    6#
    发表于 2025-5-12 23:19:52 | 只看该作者
    X-36的图是认真的吗?怎么座舱盖位置上画着俩Q版小人儿?
    # {% z" l% l3 H3 w另外从X-35的图看,最初的主发辅助进气口貌似也是双开门。只是从最初两侧朝中间开闭,变成后来的从中间朝两侧开闭。
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    该用户从未签到

    7#
     楼主| 发表于 2025-5-13 00:21:42 | 只看该作者
    潜水员 发表于 2025-5-12 09:19
    / o$ G, j9 `6 T0 m& T* }* h3 ?X-36的图是认真的吗?怎么座舱盖位置上画着俩Q版小人儿?1 q$ d* i/ U) |2 r. ^
    另外从X-35的图看,最初的主发辅助进气 ...
    $ w# u, K2 k( z# a0 S
    这些都是真图。确实,升力风扇和辅助进气口的舱门都改了,增重不少。
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