趕超殲20!美國公開六代機,使用變循環發動機,露骨展示實力

軍事     2021年07月12日

美國空軍在今年4月公布了《2019-2020年度採購報告》,在報告中第一次公布了美國下一代空中優勢項目(Next Generation Ait Dominance NGAD)第六代戰鬥機,包括這款全新戰機的概念圖和設計理念一併發布。這意味著,在被我空軍殲-20戰鬥機奪取「空戰第一」的名頭後,美國開始了行動,他們目前已經停止了全速生產F-35戰鬥機,也制定了逐步退役F-22A戰鬥機的計劃,把經費和人力、物力都集中在研發第六代戰鬥機上,六代機時代就要到來!

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圖為美軍2019-2020年度採購報告中出現的六代機概念圖。

F-22A從計劃中移除

在美國這次公布的報告中,明確了美國空軍未來的主力戰鬥機構成,他們計劃在2030年左右,把美國空軍的主力戰鬥機固定為4個型號,也就是NGAD第六代戰鬥機、F-35第五代隱身戰鬥機、F-15EX和F-16C/D(或其改進型)。美軍認為,這樣的組合要比現在七種主力機型的規劃更加靈活,且能夠高效完成各種制空和打擊作戰任務。

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圖為美軍2019-2020年度採購報告的封皮。其中公布了大量的美軍新型武器發展信息。

美國國防部已經和雷神公司簽署了一項協議,該協議的主要目的是為美國空軍未來所有戰鬥機整合AIM-120D先進空空飛彈的使用能力,這一計劃中就包括F-35、F-15、F-16以及F/A-18等戰鬥機,其中F/A-18是海軍的艦載機,剩下的機型都是美軍現役戰鬥機,而F-22A以及被排除在外了。F-22A戰鬥機於1995年首飛,目前服役183架,由於造價昂貴,單價達到了1.2億美元,維護費用和使用費用更是驚人,因此被美國空軍停止了採購,如今生產線以及停止多年,恐怕到2030年將會開始從美軍退役。

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圖中可見美國下一代戰鬥機會使用無尾三角翼、變循環發動機、背負式發動機布局等設計。

NGAD有哪些先進技術?

NGAD是一款重型隱身戰鬥機,這或許是它能夠取代F-22A的原因,畢竟F-22A在和我國殲-20戰鬥機的技術對比中處於下風,其常規氣動布局、較老的電子系統都是短板,與其承受這樣的落後,美國還是決定要奮起直追。在NGAD戰鬥機服役之後,美國有望在全球第一個列裝六代機,到時候將能夠繼續保持自己的戰鬥機技術領先地位。

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圖為美國六代機計劃的其他方案,可見其大致外形接近B-2轟炸機。

那麼NGAD有哪些先進技術呢?從美國公布的概念圖中能夠看出,他的隱身性能要好很多。NGAD戰鬥機使用無尾三角翼布局,但是保留了垂尾,這是目前高機動戰鬥機想要提高隱身能力的唯一途徑。我們知道,最好的隱身外形就是間接、沒有突出物的「三角體盒子」,而戰鬥機是一個外形複雜的武器,每一個可動翼面都可以看做是一個突出物,因此戰鬥機的機翼越少、飛行的隱身也就越好。

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圖為F-22A戰鬥機,他已經從過去的美軍「寵兒」,變成了現在的「棄兒」。

比如美國的B-2隱身轟炸機,他就僅保留了主翼,滿足飛行需要就行,沒有垂尾和尾翼,畢竟B-2不需要考慮機動能力。NGAD也是這個思路,他取消了飛機的尾翼,整個飛機只有主翼和垂尾,為什麼不取消垂尾呢?因為他畢竟還是戰鬥機,機動性的需求讓他必須保留垂尾,畢竟現代科技還沒有發達到不用垂尾就能保障機動性的地步。

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圖為去年9月網絡上出現的所謂美軍六代機照片,如今還未得到完全證實。不過和美國新公布的概念圖很相似。

其次,NGAD還使用了位於機背上方的進氣、排氣口,成為發動機背負式的布局,這樣能夠有效地掩蔽發動機的紅外特徵,當地面雷達或者飛行高度低於NGAD的飛機使用雷達波束掃描空域時,將無法探測到發動機的紅外信號(熱信號)。這一布局方式也類似於美國的B-2轟炸機。另外,NGAD的一大特點就是使用了變循環發動機。

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圖為無尾三角翼布局的六代機設想圖。

目前,美國為NGAD戰鬥機開發了兩種不同的發動機,分別是通用電氣推出的XA100-GE-100發動機,以及普惠的XA101發動機。這兩種發動機都是變循環發動機,通用電氣最近率先公布了發動機研發的進展,他們表示XA100發動機已經完成了機械性能測試,其測試結果達到了空軍提出的要求,也就是變循環發動機計劃目標(AETP)。

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對比五代機更強的隱身能力,先進的變循環發動機,以及更強大的雷達、武器,讓NGAD在面對第五代戰鬥機的時候,確實優勢很大。去年的9月14日,美國空軍宣布NGAD項目進行了原型機的測試,雖然沒有確信的照片公布,美國空軍發布的消息也不多,但是足見美國空軍對此項目的高度重視,對其寄予了厚望。

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圖為變循環發動機的變涵道比原理。

XA100變循環發動機有多強?

NGAD第六代戰鬥機的一大特點是使用XA100或者XA101變循環發動機,該發動機到底有多強呢?我們先了解一下什麼是變循環發動機。變循環發動機,是指在一台發動機上,通過運用特殊的設計,實現發動機熱力循環和涵道比等主要性能的變化,以便於讓發動機體現出不同的性能特徵,比如大推力或者低油耗,或者取其中間的中推力中油耗,總之,變循環發動機能讓戰鬥機在不同高度、不同速度、不同環境、不同狀態下,都有良好的適應性。

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圖為變循環發動機的結構示意圖。

比如,戰鬥機的變循環發動機發展方向主要集中在改變涵道比上。現代渦扇發動機的涵道比基本是固定的,這是飛機發動機的一個重要指標,預示了發動機的特徵。比如,大涵道比發動機會很粗,他的加速性能會比較差,但是會更加省油,能夠提升飛機的巡航半徑,一般用於轟炸機或者運輸機;或者小涵道比發動機,該發動機一般用於戰鬥機,他的加速性會更好一些,但是更加耗油,飛機的航程會比較小。

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圖為指揮S-70B獵人無人機作戰的俄羅斯蘇-57戰鬥機,如今戰機科技日新月異,六代機必須要有革命性技術突破。

變循環發動機一直被視為六代機的一個必要技術,如果說五代機的特點是隱身,那六代機的特點之一就是變循環發動機。根據通用的說法,XA100-GE-100發動機推力超過了20噸,但是發動機的涵道比不會擴大很多,如果NGAD戰鬥機的全重是30多噸,那麼使用雙發動機的該戰鬥機推重比將會很高,飛機不光能夠實現超音速巡航,而且能夠在改變涵道比後,更加省油,達到在超音速狀態下依然有大航程的目標。

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圖為美國F-22A戰鬥機,將要被時代淘汰掉了。

根據通用電氣的說法,該發動機在戰鬥機的正常巡航狀態下,油耗將比現有發動機減少25%以上,航程提高35%以上,同時讓戰鬥機在巡航時,滯空時間增加50%。如果該發動機能夠順利發展成功,那麼美國NGAD戰鬥機的性能將會非常驚人,其作戰半徑將可能會超過1500公里,空中加油後更是可能達到2000公里距離,甚至可以作為戰術轟炸機使用了。

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圖為我國空軍殲-20戰鬥機,目前還是世界空戰性能最強的戰機。

總之,美國已經開始了新一代戰鬥機計劃,而且取得了一定成果,恐怕未來5-10年就能為人熟知。作為我們而言,還是要進一步加大技術追蹤力度,確定好自己的下一代戰鬥機發展方向,針對美國下一代戰鬥機的特徵、優勢、短板規劃我們的防空體系建設,力爭在殲-20完成對F-22A趕超的基礎上,再度完成對NGAD的超越,築就堅不可摧的空中體系。