發展的五代機理念——從單一的“4S”標準到百花齊放

原創不易,請認可價值,本文為“今日頭條 英雄光”原創,轉載請註明出處 2020-3-22

我們都知道自2005年F-22服役以來,人類空軍正式邁入了五代機門檻,自此繁榮又多樣化的五代機時代開始了,到2020年為止,世界上已服役的較為成熟的五代機一共有四種,它們分別是美國的F-22,F-35;俄羅斯的蘇-57;我國的J-20。

這四架五代機的理念和設計方向也各不相同,畢竟各國的需求和現狀是有顯著差別的,這是十分正常的現象,那麼五代機的發展理念是什麼呢?又是從什麼時候開始的差分標準的呢?

(PS:本文的內容只是我個人的理解,作者我本人水平有限也許會存在錯誤,這是再所難免的,歡迎評論區裡討論。)

發展的五代機理念——從單一的“4S”標準到百花齊放

我國五代戰機J-20

“4S”標準

現在基本上所有的軍迷都知道五代機有一個4S標準,只要符合4S標準的五代機就是好飛機。4S標準是:超機動(Super Maneuverability),隱身(Stealth),超音速巡航(Super Sonic Cruise),超視距(Superior Avionics for Battle Awareness and Effectiveness)。這四個英文單詞或短語都是以S開頭的,所以被稱為是4S標準。

(PS:前三項基本上是欽定的,最後一項不同的人有不同的看法,有人認為是短距離起降,short takeoff and landing,然後逐漸又轉變為stovl,相比短距離起降,stovl增加了vertical垂直這一要求。

短距離起降的確是一個很重要的研究項,在機場受到攻擊這樣的十分現實的問題下,如何保證戰機起飛並作戰毫無疑問是十分重要的,這對於當時的蘇聯和北約來說都是需要解決的問題。畢竟,在地上阻止飛機起飛,肯定要比在天空中擊落飛機要容易的多。)


發展的五代機理念——從單一的“4S”標準到百花齊放

2018年1月31日到達馬里蘭州帕圖森特河海航基地的F-35B,F-35B是目前最先進的垂直起降戰鬥機

  • F-22的設計理念

4S標準的說法源於國外還是國內論壇,是官方提出的標準還是民間自行總結的,現在已經不得而知了,而且追究來源已經沒有實際的意義了。

但是毫無疑問的是,4S標準出現在F-22之後,因為F-22是第一架五代機。那麼我們轉頭看一下F-22的設計過程和理念,這樣想必能夠對4S標準有更好的理解。

發展的五代機理念——從單一的“4S”標準到百花齊放

F-22

F-22雖然是在2005年服役,但其製造週期卻是非常長的,1981年6月美國發布了ATF計劃(先進戰術戰鬥機)為了在未來接替F-15,以及應付對手的蘇-27和米格-29兩種為主的兩種戰機。

(PS:當然隨後的事實證明,F-22的出現實在是太早了,即使是沒有F-22的年代,F-15也很好的撐起了“絕對空優”的樑子,在多場戰鬥中有著十分出色的表現。美國的未雨綢繆並不是每一次都有恰到好處的作用,F-22目前面臨的一些窘境毫無疑問和當初的時代有著很大關係。)

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海灣戰爭中的F-15

在當時蘇聯尚未解體的背景下,蘇聯仍然是整個北約最需要去制約和反制的對手,整個ATF計劃就是專為剋制未來的蘇-27和米格-29以及接替F-15而生的。

所以ATF的計劃指標是有很明確的指向性:低可探測性,高機動性和敏捷性,超音速巡航,有效載荷與F-15相當,具有飛越所有戰區的航程,短距離起降。

這些特性我們發現可以完全適合當時的北約,低可探測性可以增強飛機的作戰能力與生存能力,高機動性和敏捷性可以讓F-22近距離接觸蘇-27和米格-29時佔據上風,超音速巡航可以讓F-22在省油的情況下儘快的進入戰場,有效載荷保證了F-22的作戰效能,航程則可以讓F-22橫跨保護整個北約組織的領空。

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F-22

F-22可以快速的進入戰場,完成制空或截擊的任務,也有足夠的航程和作戰效能,即使是與講究高機動性能的四代戰機在視距內作戰,本身設計兼顧高機動性和敏捷性的F-22也是沒有問題。

我們仔細的瞧一瞧ATF計劃的概念,為什麼和4S標準這麼像呢?除了超視距沒有強調過,其他就是4S標準中的另外三個。

但實際上F-22本身的航電能力絕對是一流的,因為這個習慣從F-4時代就開始了,即在可能的情況下,主力戰機總會裝備最優秀的航電設備,尤其在導彈性能日益提高的現在,F-22作為新一代戰機,裝備先進航電去準備超視距空戰是絕對的。

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F-22

這也是4S標準的最後一項,為什麼不同的人可能會有不同的標準,因為本身通過ATF總結的ATF計劃的標準就不止四個,那麼去掉哪個增加哪個不同的人意見當然是不一樣的。

4S標準的侷限性

4S標準雖然是最廣為流傳的五代機標準分類,但是實際上這個標準並不是首先從官方說法或正式教材中出來的,是通過F-22的設計指標總結出來的經驗性指標。

再加上並沒有周全的完善和審核,實際上出現侷限性是非常正常,也是非常必然的事情,現在也有越來越多的人在反思4S標準是否能夠概括五代機的理念。


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J-20戰機

  • F-22的標準不適用所有五代機

我們其實觀察4S標準:超視距,超機動,超巡和隱身,除去隱身之外,其他三個標準其實四代機都可以做到,或者已經做到了。

任何飛機都可以通過航電和自身系統的升級做到超視距,也可以通過氣動設計和強大的發動機做到高機動性,事實上強調機動性的戰機不正是四代機嗎?

超巡通過氣動設計和小涵道比發動機也是四代機可以做到的,這些指標和飛機是不是五代機說白了並沒有多大關聯,這些指標是ATF中的F-22所需要的,但卻不應該硬性的規定成為所有五代機都必須要做到的。

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(PS:協和式客機的最大速度要超過一票戰鬥機,大長細比機身,小展弦比,大後掠角的機翼,如果能夠進一步增推,使整機取得良好的推重比的話,在配備先進的航電,敷塗一些隱身材料,那麼協和式客機理論上就當做五代機來使用了嗎?顯然是不可能的。)

  • 4S標準是一個固定的指標

4S標準是一個固定的指標,並不具備靈活性,但人們往往對於這個理論有一種莫名其妙的迷信,將自身對於五代機的理解強加在了4S這個定義上,這樣就能夠強行解釋自己的疑惑,這不是掩耳盜鈴的行為嗎?


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J-20,F-35,蘇-57在網上都受到過“是不是五代機”的質疑

在網上的帖子或文章中多次出現了通過4S標準去判斷戰機是否達到了五代機標準這樣的事例,使用存在侷限的公式作為做題的準則,無論過程是多麼的的公正嚴明,計算者怎樣聰明絕頂,結果都不可能是正確的。

這不是做數學題,生搬硬套公式準則,實際上是完全不可取的。4S逐漸轉變為一種教條式的標準,只要你不滿足,你就不是五代機,在這些人眼裡,只有F-22是五代機,其他戰機總有不合格的地方。

  • 4S標準沒有清晰的定義

4S不僅是通過F-22總結出來的經驗式教條,而且它還沒有一般教條式那樣清晰的定義,4S標準存在一些不確定的尚且模糊的定義。之前說的4S標準的最後一點是超視距還是短距起降,這就是定義模糊而產生了爭議的典型例子。

除此之外,超機動也是,什麼是超機動,仔細想一想,從字面意思上去理解就是超出常規的機動能力,那麼如何去理解這個超出常規呢?如果結合ATF計劃制定的F-22的標準去理解的話,那麼這個超出常規的意思應該是優於其他戰機的機動能力。


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蘇-57

但是超機動還有另外一種定義:那就是過失速機動能力。這是我在論文中找到的關於超機動的定義,顯然保證飛機大攻角下的穩定性,以此來完成機動動作,快速改變飛機機頭指向,這類的過失速機動能力和傳統的機動能力是兩個概念。

通過觀察論文發現,超機動能力在學術上的定義還是很清晰的,但在4S標準中依然有人持有不同意見,由此可見學術界真的定義過4S標準嗎?

五代機的通用標準

那麼五代機就沒有通用標準了嗎?有的,那就是低可探測性,目前已服役的四架五代機都在一個點上下了功夫,那就是隱形。有的戰機對於隱形的標準很高,有的則稍微低了一點,但是都考慮到了隱形,從氣動設計上就可以看出來。

有人可能會問,之前不是說,超巡,超視距,超機動這些都是四代機能夠做到的事情,不算五代機的標準嗎?四代機也有一些做到了隱形啊。

不是這樣的,已服役的四代戰機的隱形除了F-117,都是不完全的隱形設計,只是敷塗了隱形材料,但是隱形設計還有氣動設計。


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F-117夜鷹是專職對地攻擊的打擊機

不考慮氣動設計,隱形塗料能夠起到的作用是有限的,所以一些四代機改進計劃中也有敷塗隱形塗料的項目,作用是比較有限的,不過也能起到一定的效果。

只有隱形設計是五代機的通用標準,隱形設計給五代機帶來的優勢是巨大的,因為可以極大的減少雷達對己方的探測距離,這很大程度上提高了戰機的生存能力,而且提高了進攻能力,這也是五代機能夠對四代機在一對一中形成絕對優勢的原因。

百花齊放的五代機理念

通過上面的文章,我們發現4S標準可能並不是五代機的真正定義,它只是屬於F-22的五代機標準,是五代機標準的其中之一,並不能以偏概全,那麼五代機的標準究竟是什麼呢?

其實五代機除了一個隱形這樣的通用標準,其餘的要根據各國的需求來具體去考量,F-22考慮北約和蘇聯相互剋制的體系,加入了高機動性,航程和作戰效能等需求。

(PS:其實四代機也差不多,除了高機動性的硬性指標,其餘各有差異。)

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蘇-57

  • J-20的五代機理念

簡單的觀察J-20的翼型和機體,小展弦比,大後掠角的翼型,大長細比的機身,這樣的設計明顯是偏重於超音速性能的設計,這樣的戰機是非常適合截擊和制空的。


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蘇系戰機在設計時對機動能力很重視

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J-20

結合我們的國情,我們發現這樣的設計簡直太適合我們了,自建國以來,我們對於DCA(防禦制空)以及截擊任務一直有很大的需求,以至於殲-8這類專職於截擊的戰機出現。

後續進口的J-11也是基本用於防空的,J-10這類的多功能戰機由於三角翼+近距鴨翼也有不錯的超音速能力,這些能力用於防空上是特別合適的。

J-20的理念應該是以超音速性能為主,BVR(超視距)為主要作戰手段,然後再配合良好的隱身能力,J-20是一款符合我國需求的戰機。

  • F-35的五代機理念

F-35的五代機理念是我個人很推崇的,那就是通用性和多用途。F-35有很強的的亞音速機動能力和世界頂尖的航電,這不僅賦予了F-35這架戰機非同尋常的戰鬥能力,也讓其可以很大程度上參與其他任務。

和以前那些多用途戰機不一樣,F-35在制空和打擊任務同時達到了非常優秀的水平,從這點上來看,F-35和F-15E這類的雙重任務戰鬥機是有異曲同工之妙的。

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美國空軍對五代機的定義,表面上是F-22,實際上F-35已經鴆佔鵲巢

但是F-35憑藉先進的航電,適應能力遠比F-15E更深更廣,它可以完成更加多樣化的任務,真正的一機多用,就目前來看F-35可以完成的和有完成趨勢的任務種類是非常多的:空優,對地打擊,反艦,護航。助推段攔截彈道導彈,作為CEC的區域中心等等。

而且在此基礎上,F-35的系統工程問題也解決的很好,它還很高的可靠性,很高的產量和低廉的價格。

目前F-35的總產量已經達到了500架,其中分別有354架F-35A,108架F-35B,38架F-35C。目前美國是最大的F-35擁有國共有353架F-35,JSF計劃成員國有92架F-35,同時對外出售了55架F-35。

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2019年6月4日 400架里程碑


發展的五代機理念——從單一的“4S”標準到百花齊放

2020年3月4日 500架里程碑

生產速度非常快,從6-4到3-4,也就9個月的時間,這還是將生產線分散到很多地方,如果全部有洛克希德生產,那麼想必還會再快一點。

目前F-35累計飛行時長超過28W個小時,也只墜毀了兩架,一架是2018年9月美國海軍陸戰隊的F-35B墜毀,一架是2019年4月日本的F-35A墜毀,講道理,這樣的安全性和可靠性已經很高了。

價格從一開始的1.2億美元的單價,降到8500萬美元,再降到目前8000萬美元都不到,相當物美價廉了。

(PS:當然這是F-35A的價格,F-35B和F-35C稍貴一些在1.2億美元左右,不過這個價格也不算貴,而且隨後應該也會降一部分。)


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F-35

F-35的通用性和多用途有它的必然性,因為其JSF計劃從一開始就是個天坑,反反覆覆整合,最後所有軍種對下一代戰機的要求融為一體,這是很難做到的,因為不同軍種有不同的需求和側重,不過雖然開頭和過程很艱難,但結果還是不錯的。

F-35顯然是一款讓世人矚目的戰機。

本文引用:

蔣林波,F-22氣動設計和氣動性能分析(上),國際航空,1997,4,13~15


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