【原创】浅谈美军第六代超音速隐身战斗机

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美国最先进的第五代战斗机F-22已经服役十余年，而其他国家研制第五代战斗机的脚步已经逐步赶上。如我国的J-20、J-31和俄罗斯的T-50等战斗机均已成功试飞，美国的空中优势受到了极大的挑战。在这种情况下，美国加快了下一代战斗机即第六代战斗机的研发脚步。

从上世纪四十年代中期以喷气式发动机为动力的战斗机出现以后，战斗机的划代标准一直没有统一，其中比较有代表性的是美国的四代划法和苏联的五代划法，如F-22战斗机，美国将其称为第四代战斗机，而俄罗斯则将其归结为第五代战斗机。在二十一世纪初，美国改变其过去的四代划法，也将现有战斗机划分为五代，因此与俄罗斯的划代标准相统一。

图 1-1 战斗机的划代标准

2012年初，美国海军发布了关于第六代战斗机F/A-XX的信息征询书，要求工业界各公司和部门提供一种新一代舰载多功能战斗机概念的解决方案。其要求F/A-XX可以在2030年形成初始作战能力，用来替代现役主力舰载机F/A-18E/F“超级大黄蜂”和即将服役的F-35C。

美国海军希望新一代舰载机可以由新一代福特级航空母舰搭载，该战斗机需具备多功能作战能力，作战任务包括但不仅限于空中格斗、反舰作战、对地对海打击、近距离空中支援等。美国海军同时希望该战斗机可以在敌方区域进行更长时间的作战任务，这就要求其拥有更大的作战半径和更久的续航时间。

据报道，2008年美国波音公司受海军委托进行了第六代战斗机的论证，确保该机可以在2030年左右替代现役舰载机。该战斗机采用翼身融合结构，总体上看采用了常规布局，但机尾部分取消了垂尾和平尾，与B-2隐身轰炸机相似，既可以有人驾驶也可以无人驾驶。

美军对第六代战斗机的主要任务定位是执行各种形式的空对空作战——即夺取制空权作战的能力。因此，美军希望第六代战斗机可以完成近距离空中支援、超视距作战、空中遮断、视距内空中格斗和导弹防御等任务。换句话说，第六代战斗机应有更快的飞行速度、更长的续航时间和更大的作战半径、更全面且强大的隐身能力、更好的机动性能、更全面的态势感知能力等，同时现代空战越来越重视信息通讯优势和作战体系的建立，因此第六代战斗机还必须有更强的协同能力。基于以上观点，美国空军和海军将第六代战斗机的能力特征归纳为5S，即超飞行能力（Super Flight Capability）、超隐身能力（Super Stealth Capability）、超感知能力（SuperAwareness Capability）、超打击能力（Super Strike Capability）和超协同能力（Super Cooperate Capability）。

表2-1 第六代战斗机的5S能力

截至目前，波音公司主持研发的第六代战斗机F/A-XX已经经历三个版本的更新。2010年第一次对外展示时采用机背DSI进气道，如图3-1所示。

图3-1 波音公司2010年公布的F/A-XX概念图

2012年第二次展示时采用机肋加莱特进气道，翼身光滑过渡，无平尾和垂尾布局，如图3-2所示。

图3-2 波音公司2012年公布的F/A-XX概念图

而到了2013年，波音公司展示了最新的第六代战斗机概念，这次采用了机侧DSI进气道，并且采用了美军战斗机很少采用的鸭式布局，如图3-3所示。

图3-3 波音公司2013年公布的F/A-XX概念图

上述三种版本概念机的构型各有优缺点，且波音公司对F/A-XX战斗机的研发仍处于概念设计阶段，最终的概念机使用哪种布局构型仍是未知数。其中第二种构型的资料和情况对外发布最多，并在航展中有比例模型参展，因此也更多地得到了广大专家学者的关注与研究。

综合各航空大国研究动态、外军公开发布的需求文件、多个部门发布的报道，以及国外航空工业界非正式展示的一些概念方案设想，可以将六代机的作战任务、主要特征及其技术支撑进行总结，如图4-1所示。

图4-1 关键技术

高超声速，即飞行器以5倍声速或更快速度飞行的能力，通常被认为是第六代战斗机的属性。高超声速是21世纪在研的前沿技术，将在未来的军事、政治和经济中发挥重要的战略作用，近20年来，已经成为各航空大国抢占空中和空间战略优势的利器。如美军将高超声速作为六代机的关键指标，以实现“即时全球打击”能力，这也符合其追求“全球”和“全域”两种顶层能力的目标。

2017年9月27日，据美国《大众机械》网站报道，一架SR-72高超声速无人侦察机的缩比验证机在洛马公司一个工厂中被发现，这次发现与洛马公司关于高超声速飞机研究进展情况的公告吻合。2017年10月11日，据美国《防务新闻》报道，诺格公司下属“比例复合材料”公司当天公布了其新型试验飞机“401型”原型机完成首飞的相关信息和视高升阻比的机翼以及不太适合大过载机动的背部进气设计。这两种飞机总体上代表着美国航空器的两个重点发展方向：高超声速和隐身。如果说隐身代表的是现在进行时，那么高超声速则代表未来。

第六代战斗机的隐身能力将明显提高，其隐身概念和隐身技术都将发生重大变化，主要变化是从低隐身能力向高隐身能力、从窄频段隐身向宽频段乃至全频段隐身、从单方向隐身向全方位隐身、从单一隐身措施向综合隐身措施方向发展。

目前，美国军方认为要满足六代机性能的动力要求，只能采用自适应变循环发动机技术。变循环发动机的技术优势在于兼顾低速、高速飞行性能。自适应变循环发动机是现阶段最新型的变循环发动机，能够实现更大范围的热力循环调整与优化，具有更高的任务适应能力。

变形技术是第六代战斗机气动布局的一个潜在的发展方向，即通过改变外形，实现飞机在不同飞行状态下的最佳气动性能，从而提升飞行性能、扩展装备功能、提供高经济性和作战效能。

随着智能材料与柔性蒙皮技术的发展，变形技术的实现方式逐渐从F-14变后掠翼采用的机械变体技术向智能变形技术转变。智能结构与传统机械变体装置相比，具有结构轻、可连续无级变形、可柔性变形等特点，发展与应用前景广阔。现有及在研变形技术主要针对机翼、边条、舵面等升力面与操纵面，采用以下变体形式：（1）改变机翼展弦比、后掠角、机翼面积等平面参数的变形；（2）机翼三维变形；（3）机翼前后缘柔性舵面；（4）机翼主动弹性变形与变形翼梢小翼；（5）自适应变形进气道；（6）其他布局结构变形。如波音公司F/A-XX所采用的是鸭翼布局，与主翼在一个平面，可以同时实现偏转与前后合并。如果要进行战斗，就打开鸭翼，提高战斗性能，而实施巡航的时候，则可以合并为一个机翼，减少雷达覆盖面，提高隐身性能。

智能蒙皮也叫作“灵巧蒙皮”，是美国空军于1985年提出的一种新技术，是“一种利用智能材料对外界环境变化做出机敏反应的机构”，一般来说包括控制器、驱动器和信息传感器，可以进行信息传递与处理。采用智能蒙皮，可以取消飞机的瞄准吊舱及其外部设施，从而提高飞机的隐身能力；而以前只能在地面检测的飞机结构裂纹也因为有了智能蒙皮，可以不局限于地面检测，飞机的大小故障都会被及时发现并立即告知飞行员，这样就可以进一步提高飞行的安全性。美国空军认为，在未来的空战中，飞机有了智能蒙皮即使不是决定优势也是一个主要优势。据称，智能蒙皮技术也将出现在F/A-XX上。

超声速无尾布局飞机的关键是在超声速范围内的稳定和控制，必须采用推力矢量控制或创新控制面进行航向稳定。从目前的技术看，从压气机引入射流注入函道或扩散段对推力的大小、方向进行控制的射流推力矢量技术，有可能可以提供简单、高效、高可靠性的航向控制手段。据洛马公司的预计，采用该技术能使发动机尾喷管减重50%，部件数量下降70%，也许这项技术的成熟度将很大程度决定下一代战斗机的命运。

除了先进的多轴推力矢量控制技术，下一代战斗机可能采用新型非常规控制面来增加飞机的三轴控制能力，改善舵面偏转时的隐身特性，进一步提高飞机的机动性和生存力，为超声速无尾布局的实现奠定基础。

先进光电技术也是六代机的技术特征之一，这也是六代机应用智能蒙皮的要求。波音公司先进系统部门的总裁Darryl W. Davis表示，传统电子设备可能会让位于光子设，可以采用一种连接所有系统的多路复用光纤总线，减少机上连接线数量，而且因为其可以使用不同波长工作，所以可以更快地传输大量数据，但线束的重量会少得多。同时，光纤也能抵抗干扰或虚假数据，且不太容易受到网络攻击。

定向能武器又叫“束能武器”，是利用各种束能产生的强大杀伤力的武器。这种武器具有“即时发现，即时攻击”特点，其被攻击目标几乎没有时间进行机动规避反应。各国都明确表示使用定向能武器是六代机的技术之一。

Paul K.Meyer指出，定向能源武器在决定第六代战斗机的机动程度方面可以发挥很大的作用。光速武器否定了现有战斗机机动性的重要性，因为飞机根本没有时间能够避开定向能武器的攻击。未来20年内，定向能武器将面世。并且，如果有合适的发动机或者辅助引擎可以为定向能武器提供动力，那么就有可能形成“无限存量的弹药库”。

在目前所研究的所有定向能武器中，激光武器被认为是“最有前途”的。激光武器是一种利用沿一定方向发射的激光束攻击目标的定向能武器，具有快速、灵活、精确和抗电磁干扰等优异性能，在光电对抗、防空和战略防御中可发挥独特作用。

第六代战斗机通常是指人工智能控制的吸气式高超声速战斗机。美国空军和海军的工程师们都希望可以采用人工智能技术，实现飞机对风速、温度以及机身的疲劳程度的自动检测，实现飞机在无须人工介入的情况下对目标进行自主分析，完成对具有较大威胁的目标的攻击选择。人工智能技术使得六代机可以具有类似于人类皮肤的超先进传感器，可以敏锐地感知周围的环境。

由于高超声速平台，特别是定向能量武器的极端速度，Darryl W.Davis认为，“持续关注目标”是至关重要的，因为“一旦扣动扳机”，就再也无法召回光速武器，而在高超声速下，目标有可能在武器到达之前已经移动到其他敌方。这表明将有一批隐身无人机或者传感器置于战场。

六代机的诸多先进性能，不仅仅可以改变空中平台本身，更重要的是可以改变未来空中力量的结构和面貌。六代机具有超机动性能，这就使得空与天的界限不再那么明显，飞行员可以实现高中低空全高度作战，也可以实现空天跨域机动；同时六代机的机载信息系统有了跨越式的提升，这使得空中力量传统火力打击的跨域扩展为硬摧毁和软杀伤综合的跨域。并且，六代机的“六超”特性也将使无人机所占的比重以及使用的频率大幅度增加。因此，未来以六代机为主的空中作战体系中，可能出现有人机与无人机混合编队作战。

“能量优化飞机”概念出现在美国空军“综合飞行器能量技术”（INVENT）中，对六代机能否发挥其作战效能至关重要。能量优化飞机的关键技术包括自适应子系统技术和基于模型的设计技术。

能量优化技术与传统的能量技术不同。在传统飞机的研制过程中，飞机上各个系统的设计都是独立的，因此，在系统层面进行设计中的各种权衡与优化，另一方面，传统飞机系统的设计一般按照峰值功率进行，这种设计方法比较粗放，因为据估计峰值功率是均值功率的5～8倍。飞机能量优化技术则不同，要求在飞机设计过程的最初阶段就必须从全机层面去考虑优化问题，且按照均值功率进行飞机动力系统与热管理系统的设计，这种方法更加精细化。

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