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JSF未来战机市场面临生死抉择

http://www.jczs.com.cn 2001年2月15日 07:46 北京青年报


洛克希德的X-35基本上可以说是F-22的缩小版

  目前,联合打击战斗机计划(JointStrikeFighter,简称JSF)是全世界进行中的最庞大战机研发计划,设计目的是为了替代目前美国空军、海军、陆战队以及英国皇家海军的F-16、F/A-18C/D、AV-8B、鹞等各种军机。它们的共同需求是短场起飞、垂直降落以及米格之王MFI隐身性。过去有三大集团参与竞标,目前只剩下波音X-32以及洛克希德的X-35两个型号,麦道与英国航太合作的型号则被淘汰。

  -PART1

  2000年10月24日,加州的莫哈韦沙漠,震耳欲聋的发动机的轰鸣声使人仿佛又回到了60年代。一会儿,波音公司和洛克希德公司的两架样机———X-32与X-35就要从爱德华空军基地并肩起飞,美国未来战斗机之争又将展开新一轮的较量。从1944年美国从轰炸机上释放出来的一架V形飞机获得以往任何涡桨发动机都不曾达到的速度开始,包括查克·耶格尔驾驶的第一架超音速飞机X-1和世界上第一种时速达到4500英里的X-15,这些X家族的飞机(之所以冠名为“X”是因为它们是概念验证机),出色地完成了“为他人做嫁衣”的任务,第三代技术将被运用于已经在飞的或者正在建造中的飞机上。

  虽然,这两架样机并不是通常的X系列飞机,但是X-32和X-35都测试了一个新的而且危险的性能:超音速飞机的短距起飞与垂直降落能力(以下简称STOVL)。美国海军需要一种类似亚音速AV-8“鹞”式垂直起降战斗机的可以从一艘小型战舰上或是一条只有400码的跑道上起降的战斗机。

  X系列飞机自从它诞生以来就历经坎坷。很多人都对X-1和X-15记忆犹新,但是很少有人会想起贝尔公司生产的X-2,造了两架,毁了两架,还有X-19,一个有着四螺旋桨推进器的机器,竟然无法产生足够的升力来克服自己的重力。

  这样的失败是可以让人接受的:在飞机还在试验的过程中就发现问题总比等到日后它们正式应用时才发现要好。两个最大的新一代的X计划也都遵循这样的基本原理。波音的X-32和洛克希德的X-35,是由这两家公司分别为五角大楼的JSF战斗机研制的样机。这一成果将由美国空军、海军和海军陆战队,还有英国皇家海军共同分享。去年秋天,X-32和X-35都做了它们的首次飞行。

  为了让战机可以垂直起降盘旋,设计者需要把发动机的推力旋转90°,并使其和飞机的重心处在同一条线上。大多数的战斗机把它们的发动机排气装置设在飞机的尾部,那样就离重心太远了,因此设计者必须把垂直推力的中心点前移。用一个增进推力的加力燃烧室的办法是行不通的,因为高速喷出的炽热气体将毁坏混凝土路面并使沥青融化。还有,如果热气进入到发动机内部,发动机就会因过热受损而失去动力。最后,战机的一些常规控制装置在盘旋的时候是没有用的,因此飞机需要一套分离的控制系统来保持它的水平。这些问题在设计时必须得以解决。因为日后它不仅要为美国空军工作,还有海军的航空母舰上也要用到它。

  -PART2

  波音和洛克希德围绕着JSF战斗机的这场竞赛,可谓孤注一掷。对于赢家:五角大楼计划从2008年开始购买总共大约3000架飞机,并帮助把另外2000架卖到国外。眼下还没有哪一项军用机计划能与这个价值万亿美元的“世纪合同”相提并论,它将使获胜者得到来自各国政府及军方可靠的资金支持。而输家则将从此退出战斗机市场。

  X-32和X-35提出了两种不同的解决方案。波音公司的X-32外形虽然看上去十分古怪,使用的只是一种简单的喷气升力系统。洛克希德公司的X-35很显然和它们公司的F-22猛禽战斗机有着不少渊源,但是它看上去却并不怎么起眼,也许是起到不露“庐山真面目”的效果。

  X-32有一对旋转的喷气升力管口,紧紧地贴在发动机的后部。这就意味着发动机必须放在飞机的前面,这和所有自40年代以来出现的战斗机都不一样。尽管使用了世界上最强力的战斗机发动机,要想造出一架满负荷垂直起降的飞机还是很困难,何况,还必须携带能保证600英里作战半径的足够燃料。因此波音的X-32设计比较特别,只用了一个大面积的全三角翼型号(近期改为有尾翼的,不过公布的原型机上仍未见到),对美国来说,这是他们很少产生的构型,不过三角翼型号有机身内容积大的优点,它承载了机身大部分的重量,并且可以装下大约两万磅的燃料。驾驶员的座舱和短短的机头突出部分被放在一个进气道的上面,它消减了大约每秒400磅重的空气压力;机翼下方有一个四边倾斜的发动机舱,里面是发动机和武器舱,在专门为STOVL设计的版本里,伸展在机身外侧的机翼全长只有10英尺,以便它能适用于英国皇家海军的小型航空母舰。而且这种高前缘后掠角设计,附带也减低X-32的正面雷达波反射问题,又加上简洁的机身线条设计,X-32的隐身性能应该比X-35占优势,当然,波音X-32那个具有某种卡通幽默的进气口(与F-16隐身研究的进气口形状相似)进行大幅度调整,否则雷达信号通过进气道很容易打在发动机叶片上,这对其隐身性能的提高是很大的障碍问题。

  洛克希德的X-35基本上可以说是F-22的缩小版,而非较早期的鸭翼机。因为JSF到后来并不注重高速飞行,为了提高机翼的升力效率,洛克希德把主翼的后掠角设计得很低,以便在尽可能小的空间中获得最大的升力,满足“格斗性能”与“舰船使用的小空间”两大需求。虽然空军型没有这种空间的限制,但为了不同机型间的生产部件尽可能通用以节省经费,所以洛克希德还是如此决定。这样虽然会牺牲一点前方的隐身性能,不过F-22获胜的原因就是在机动性而非隐身。同时,针对F-22在当初试飞时,发现进气道设计对发动机涡轮压缩机正面的遮蔽不够好的问题,X-35一开始就用了一个形状类似F-105,机身旁还鼓起一块的奇怪进气道,打算完全解决这种问题。在机动性方面,X-35除了使用低后掠角主翼以及类似F-22的前机身设计以外,它的圆形喷管也使用美国近来研发中的隐身三维矢量喷管,可以大幅增加机动性能,也可辅助垂直起降功能的转向喷管。在各型JSF中,X-35可以说是最强调空优性能,不过极速目前宣称只有音速的l.4倍。

  在垂直起飞及转换成常规水平飞行状态的过程中,X-35和X-32设计了可旋转的喷嘴,如果喷嘴不能很好地密封,所产生的间隙就会扰乱战斗机的某些飞行特性,通常这很难被驾驶员察觉。在返回航空母舰的过程中,如果STOVL的任何一部分喷嘴失灵或者某个喷嘴无法开关,并且附近没有足够大的地方可以降落,那么驾驶员所能做的唯一事情就是跳伞逃命了。

  -PART3

  此次X-32和X-35的飞行试验不是一场比赛,飞得更快或是转弯更猛烈的那一方并不会因此得到加分,波音公司甚至不打算让X-32在超音速状态下飞行。相反,双方都向五角大楼秘密递交了性能预测报告,至于能否取得青睐,这要取决于他们飞机的实际性能是否能完全达到计算机模拟的效果。无论对于哪家公司而言,五角大楼的最后抉择无疑都将会是一个绝好的广告。

  去年11月底,两家公司JSF的原型机首次一起亮相。波音公司在爱德华空军基地的22号跑道上用油漆画出了一块船甲板的形状用来做模拟航空母舰降落试验,目前实验已告一段落。洛克希德公司则把他们的飞机加速至接近音速,并在第二天使速度达到了一个马赫。跑道上到处都是兴高采烈的飞行员,他们挥舞着手臂庆祝成功。

  但是每个人都知道,11月底的对飞机STOVL性能测试计划并不是件很难的事情。这些原型机的工艺已经和当年的“鹞”式垂直起降战斗机有了天壤之别。当年,“鹞”式垂直起降战斗机的驾驶员需要摆弄操纵杆、方向舵、踏板、节流阀、喷嘴角度控制等复杂的装置。而在JSF上,飞行员只需告诉计算机飞机要去的地方在哪儿,计算机经分析后就会提交一个合理的方案来产生推力,调整推力喷管的角度,喷气以及空气动力控制最终顺利到达目的地。理论上是这样。

  “太冒险了。”一个工程师说。测试的时候怎么样都行,可是如果有一天当飞机真正慢下来准备盘旋降落的时候,空气动力装置却失去了效力,飞机将被排出的成吨热气巨浪所包围,那时就没有足够的高度来解决问题了。

  JSF的设计者们已经竭尽所能来应付各种可能的危险。但是,种种迹象表明,在测试开始之后,危险依然存在。两家公司的研究小组都制造了常规的原型机,它们都可以为STOVL功能做进一步改进,而且还专门做了一套特别的STOVL硬件装置,只是为了以防万一。(文并图 袁海)

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