和日本的心神戰機相比誰更好?
J-20是戰斗機,心神只是技術驗證機,雙方其實沒有什么可比性。J-20在設計、制造上的難度遠遠大于心神,而J-20進度反而比心神快,為何?
說白了,和諧是厚積而薄發;友邦是趕鴨子上架。
和諧什么開始四代機預研工作?80年代中期,你沒看錯,就是80年代中期。看到美國開始搞ATF,和諧這邊有識之士就開始做跟蹤了。到90年代初,已經和米格設計局進行了技術交流,并且南北兩邊都有了初步的技術成果。
這之后和諧不斷加大重視,四代機預研工作一直在推進。到了21世紀,和諧又組織相關院所搞了隱身技術驗證,利用二代機做了隱身技術驗證機。
到之后7XX工程自然就比較順利,雙方的方案都是多年來一直精心準備的。
富強所搞的三翼面方案,是從90年代一路發展過來的,一直是常規布局不斷改良,最后為了提高性能搞成三翼面。
上圖為富強所方案的某一構型,最終發展成為三翼面的競標方案。
文明所搞的鴨式方案,可以說是文明所幾十年一路下來一直苦心鉆研的結果。從J-9,J-10到J-20,既有傳承又有創新。J-20最后采用一種復雜的機頭預壓+鴨翼+邊條翼+外傾雙垂尾的氣動布局,前無古人。
J-9某構型示意圖,文明所在70年代末80年代初就在氣動設計上取得了巨大成果。
J-10戰斗機從氣動設計上來說是一種典型的后期型三代機,近距耦合的設計僅有J-10與JAS-39采用,比陣風與EF2000的設計更先進。注意J-10主翼前緣的扭轉。
上圖紅圈處分別為機頭預壓設計、進氣道口渦流發生器、鴨翼、邊條。采用如此復雜的氣動設計需要冒巨大的風險,文明所成功的背后是眾多航空人多年的探索與巨大的付出。
歷史上與文明所方案最接近的一個是英國搞的EAP驗證機:鴨翼與主翼近耦+雙三角翼(原本計劃使用外傾雙垂尾設計,后為節約成本改為狂風戰斗機的垂尾),而英國主導研發的EF2000臺風戰斗機最終采用的氣動布局可以說相比EAP倒退了一大步:鴨翼與主翼遠耦+擾流片,據說是為了降低飛控程序編寫難度。
上圖是EAP驗證機三視圖,圖片轉自空軍之翼。注意鴨翼與主翼之間的距離。
上圖是EF2000,鴨翼與主翼距離較遠,中間增加了一對擾流片。這種設計與EAP相比可說是更加保守。
EF2000的鴨翼與主翼距離較遠,且其擾流片氣動影響遠小于J-20的邊條,上圖紅圈處即是擾流片。
最后再對比一下著名的陣風戰斗機,陣風的鴨翼雖然和主翼近耦,但是鴨翼本身是從翼身融合體處伸出,而且鴨翼面積較小(本身受翼身融合體渦流影響、自身主動產生的渦流也較小,飛控設計會比較簡單,但也帶來了高速配平能力不足的問題)。陣風通過舍棄高速性能換來了一個綜合性能較好的簡便解決方案,這和J-10,JAS-39是有本質區別的。
小結一下,J-20如此順利和成果,原因有幾個:長期技術跟蹤與積累;多家院所形成競爭機制;完整的獨立設計經驗。正所謂厚積而薄發。即使競爭失敗的富強所也能很快拿出一個FC-31的方案,其技術成熟與先進程度除了發動機系統外都超過了心神(X-2)技術驗證機。
下面再說說友邦為何是趕鴨子上架。
其實友邦戰斗機的研制歷史其實遠長于和諧的,早在20世紀20年代起,友邦就開展了戰斗機研制工作,通過自研+引進國外技術+仿(山)制(寨)國外產品的方式,到20世紀30年代形成了一定的研發能力(大家的發家史都差不多,誰也別說誰)。
那時候的友邦陸海軍是各自招標,雙方飛機的零件都不通用。陸軍的主要供應商是中島、川崎、三菱等;海軍的主要供應商是中島、三菱、愛知等。其中最大的供應商中島飛行機在二戰后被美國下令解體,其核心部分變成富士重工,下屬汽車公司的斯巴魯品牌大家應該比較熟悉。第二大供應商三菱至今依然是友邦非軍隊的重要武器供應商,今天我要說的就是三菱財團旗下專門負責武器系統開發的三菱重工。
上圖是三菱研制的96式艦上戰斗機,代號A5M(A表示艦載戰斗機,5表示第5型,M代表三菱)。這是一款對友邦海軍來說劃時代的戰斗機,全金屬硬殼結構+下單翼布局跟上了當時的世界潮流,這款戰斗機隨友邦海軍參加了XX戰爭,與和諧裝備的霍克III等型號戰斗機相比性能略占優勢。
圖則是三菱重工最著名的產品,大名鼎鼎的零式艦上戰斗機,代號A6M。這款著名戰斗機再此就不進行過多介紹了,只簡單的說一句,由于后續機型A7M烈風戰斗機開發不順,零戰成為冷戰前三菱公司戰斗機產品的絕唱。
二戰結束后作為戰敗國的友邦解散了軍隊,停止了武器研發工作。但隨著冷戰的開始,友邦得到了再武裝化的機會,三菱重工重建,隨后開始了戰斗機生產工作(注意不是研發)。由三菱重工牽頭負責總裝,石川島播磨重工負責提供發動機等,先后進行了F-86F,F-104J,F-4EJ,F-15J的國產化生產,這些對美制戰斗機的本土化許可生產對三菱的戰斗機設計研發能力可以說沒有什么幫助。
上圖為F-104J,采用超小的翼展,極薄的雙圓弧超音速翼型,T型尾翼。整機阻力較小,加速快,極速較高,飛行品質較差,機動性惡劣,實質上更接近截擊機。
上圖為F-4EJ,麥道公司的經典作品,主翼外側上反,平尾下反的設計很有特點。
而友邦獨立進行的戰斗機研發工作也由三菱重工來完成,產品為別為F-1與F-2戰斗機。
F-1戰斗機是在T-2教練機的基礎上研制的,基本上可以看成T-2的單座戰斗型。1972年三菱開始研制,1977年成軍。
而T-2又是三菱參(抄)照(襲)英法聯合研制的美洲虎攻擊機設計的。
看看雙座型的美洲虎,再看看三菱的T-2,整體布局是不是很相似?
我們不難看出F-1戰斗機實質上是一種單座型攻擊機,相比于早前引進的F-4EJ,F-1沒有什么優勢,所以產量也不大。這型戰斗機對三菱的研發經驗積累可以說沒有太大的幫助。
1982年友邦開始啟動替換F-1戰斗機的FS-X計劃,雄心勃勃的三菱在85年提交的JF-210方案是這樣的:
帶邊條的中近距離耦合鴨式布局,外傾雙垂尾,一股濃濃的歐洲風情。圖片轉自空軍之翼。
后來的FS-X迫于政治壓力選擇了與美國聯合研制,由三菱重工與通用動力共同開發(后通用動力將戰斗機業務打包出售給洛克希德·馬丁)。FS-X變成以F-16C/D為藍本,但是三菱還是有點追求。
上為FS-X概念圖(圖片轉自空軍之翼),在進氣口下方增加了一對額外的氣動面,很明顯是參照了下圖中的F-16CCV的設計。F-16CCV這種多氣動面的設計雖然無法和應用復雜渦升力設計的鴨式布局相比,但也算是比較復雜且激進的,FS-X有意采用這種設計顯然是對機動性能有很高的期望。
然而最后完成的F-2,只是參照了通用動力敏捷隼方案(增大主翼面積),又加大了平尾面積,氣動設計上依然是普通F-16這種帶固定式邊條翼的常規布局,和之前的野望比保守太多,整體定位又回到了類似F-1的反艦導彈攻擊機。
雖然友邦的三菱重工、富士重工、川崎重工、石川島播磨重工等核心軍工公司均參與了F-2的研制與生產,但是最終的整體設計,顯然是通用動力和之后的洛克希德·馬丁主導的,類似JF-210那樣的先進設計最終只停留在紙面初步設計階段,導致三菱依然沒有什么獨立設計經驗。
2000年友邦開始ATD-X項目(又雙叒叕由三菱重工負責研制),也就是題主所問的心神,后更名為X-2項目。注意這個項目和之前的F-1,F-2不同,一開始就是單純的技術驗證性質,顯然沒有獨立研發過三代機的友邦也認識到直接研制四代機是不現實的,因此通過這個技術驗證項目來積累研制四代機必須的部分技術。
上圖為最早計劃于2011年,最終2016年4月首飛的心神。作為一架先進技術驗證機,心神上還是有一些亮點的,比如部分氣動外形考慮了隱身要求,采用了新研制的渦扇發動機與TVC技術。但是關鍵的座艙、進氣道并未看見隱身設計,也未見內置彈倉,其驗證意義是極其有限的。
最初友邦媒體放出的心神實機圖,進氣道打上了馬賽克,給人一種神秘感。
后來放出的心神地面滑跑圖,讓人大跌眼鏡,看起來就是個普通的固定式進氣道而不是F-22那種雙斜切激波進氣道或者J-20與F-35采用的DSI進氣道。
從氣動設計上看,也沒有采用F-22或F-35那種多級預壓+渦流發生器+邊條的設計。
上圖為F-22A戰斗機,紅圈處分別是機頭預壓設計、渦流發生器、邊條。
為何心神這么一架技術水平,尤其是氣動設計水平不高的技術驗證機,三菱重工開發起來都如此費勁呢?因為這個東西沒有明顯的參照物,需要三菱獨立開發。
還記得上一個三菱獨立開發成功的戰斗機是什么?
三菱零式艦上戰斗機(A6M),哦,這個是舊三菱重工的產品。戰后重組的新三菱重工呢?只通過模仿的方式研制過T-2教練機和F-1戰斗機。
所以這個心神還是一股濃濃的攻擊/教練機風格,而且還采用了部分T-2的零件。即使如此,研發過程也是磕磕絆絆,多次延期。心神研制計劃的節點設定,實際上是超出三菱重工能力范圍的,所以最后必然會拖期。
小結一下,友邦研制心神過程不順,主要原因是:缺乏獨立設計經驗;缺乏必要技術積累;沒有引入競爭機制。不要說和獨立完整研制過三代機的文明所比,即使和只研制過三代、四代設計方案的富強所比,三菱重工相關設計單位的經驗和技術也遠遠不如。
最后總結:和諧研制J-20順利是因為厚積薄發;友邦研制心神不順是因為趕鴨子上架,兩者在先進戰斗機研制領域巨大的經驗與實力差距是問題出現的根本原因。