本文成稿较早,当时日方视频上进气道被模糊处理;新图片已确认并非采用DSI进气道,仍然是加莱特进气道

  DSI进气道现在已经得到了广泛使用,除了重量优势特别明显外,在隐身上也优于F-22和F-18E/F的加莱特进气道;虽然进气道上下边沿与机身侧面的夹角会形成反射特征点,但这与加莱特那种附面层隔道形成的深腔效应反射相比简直不值一提。不过日本现阶段对DSI进气道的优化能力到底如何,目前只能存疑。

  在气动布局的其它方面,心神做的较好;整体流线相当的简洁、流畅自然。不仅在机身各平面的过渡上找不到处理不良的地方,不像歼-31的尾撑在机翼下方形成带有强反射特征的直角棱边凸起;而且在后机身的面积分布和收缩过渡上处理的也不错,不像歼-31不仅后机身面积过大,还需要设置尾椎来减弱尾喷管之间的干扰阻力。

  从整体上来评价的话,心神现阶段的气动布局设计是比较合理的;虽无惊才绝艳的亮点,却胜在没有什么错误。如果心神在放大以后还能保持这种水平的话,它将具备较大的性能潜力;只要设计方优化到位,在RCS、阻力、升力性能上都能做出不错的表现。

心神和现役隐身战斗机间的大小对比

以心神为基础的未来日本隐身战斗机

三.心神飞控系统的硬件和设计手段先进

  从日本公布的采访视频来看,心神的项目论证过程中始终将超机动能力放在一个很重要的位置,这无疑会对其飞行控制系统提出很高的要求。

  对于飞行控制系统的动力部分来说,飞机的大部分活动部件,比如水平尾翼、襟副翼、方向舵这些都需要液压系统来进行驱动;液压系统的功率越大,舵面偏转的速度也就越快,飞机反应便越敏捷,越适合超机动飞行。比如F-22的液压系统总功率达到560KW,是F-15的两倍;而根据我国2008-2009年航空科学技术学科发展报告中公开的研究进展和性能指标进行推测,歼-20的液压系统总功率应该在600千瓦左右。

F-18E/F的液压系统比四代机更先进

  在功率指标越来越高的情况下,为了减小液压系统的体积和重量,对于第四代战斗机来说,液压系统的工作压力从每平方厘米210公斤提升到280公斤已经是通行的设计标准。F-22、歼-20、T-50的液压系统都是采用这个标准作为恒定工作压力。日本作为传统的液压强国,泵、阀、密封件等关键环节上一向技术先进,要做到这点不存在任何难度。

  实际上因为设计时间的差异,四代机的技术并不一定就全面比所有的三代机先进。比如F-18E/F液压系统采用的就是每平方厘米210~350公斤的可变压力工作体制,一般飞行情况下使用低压,而进行高机动飞行时自动转换到最大压力。心神将来的液压系统是和目前四代机一样采用28兆帕恒压工作体制,还是采用35兆帕的智能变压工作体制,还要等将来日方披露信息后才能知晓。

  而对于负责信号传输处理的电传部分来说,心神很有可能采用3-4余度数字电传系统,无模拟电传备份。这基于两个原因:首先是现代数字电传系统的可靠性已经非常高,保留额外的备份系统没有必要。其次采用先进气动设计的现代战斗机本身控制律就较为复杂,而且研制过程中反复修改调参更是无法避免的现象;要在软、硬件修改无法分离的模拟电路中完成这些工作,技术难度非常高,无谓花费的人力、时间、财力代价都太大。

  心神样机从一开始就具备矢量推力系统,日本官方宣传视频中也刻意强调了超机动飞行能力;通过这两点分析,心神的电传功能肯定会包括建立在飞行控制系统、发动机控制系统交联基础上的过失速区域控制能力。考虑到我国目前受限于发动机问题,歼-20尚未使用矢量推力发动机,日本甚至有可能在一些关键技术上比我国更早开始试飞探索。

高机动下的气动分析计算至今是人类难题

  在F-22和JAS-39的时代,由于设计手段和飞机设计人员的思维习惯、技能传统所限,飞机控制律编写都是在传统的单回路设计方法上展开的;设计难度大,而且效果越来越不能满足先进气动设计飞机进行复杂机动飞行的需要。日本在数学和自动控制理论领域一向有非常高的水平,心神在控制律设计中应用新的多变量控制理论,对飞控进行系统化的多变量、多回路综合处理将会是必然选择。

  但是电传飞控的特殊之处在于,控制律软件其实本质上就是设计单位将飞机气动设计以数学形式展现出来,即所谓的飞控气动一体。但是现阶段人类气动水平仍然非常有限,对于过于复杂的流场(比如过失速下机翼气流分离后的状态)无法进行模拟计算,这一方面只能依靠风洞试验和实际试飞经验的反复经验积累来指导气动、飞控的设计修改。

  因此就算在先进设计方法、工具上日本并不欠缺,甚至在具体性能比歼-20等新型先进战斗机所应用的还要好一些;最终控制律的设计水平高低,依然极大的取决于研制单位的经验积累程度。在这一方面,日本的三菱公司要远远落后于我国的611研究所。

  总的来说,心神飞行控制系统的硬件系统和指导理论、设计工具都将会是相当先进完善的;但具体的性能,仍然要以实际试飞为准。而且对于日本来说,要将心神的飞行控制发展到他们预期的完善程度,这将是一个非常漫长而艰巨的任务。

四.四代机结构设计制造日本有优势

  日本在现代战斗机结构制造上,一直拥有着非常高的水平。比如在重型三代机的生产能力突破上,日本生产F-15J/DJ就要远远早于我国的歼11系列;在这个过程中,日本掌握了非常强的钛合金加工能力。

F-15结构不惜工本,制造难度非常高

  作为冷战时期,美军在越战遭受巨大损失后不惜血本搞出来的主力制空机型,F-15在结构设计上很少考虑成本问题。F-15机体材料中,钛合金比例达到26.5%,而且这些关键的承力部件往往制造难度非常大。

  比如F-15机身承力隔框就是用6AL-4V钛合金在3万5千吨锻压机上锻造的,宽度达到3.05米。在其中心腹板的厚度只有1.5毫米的情况下,腹板两侧筋条厚度1.3~2毫米,高度却达到64毫米。腹板两面的凹槽共计42个。然而形状如此复杂的承力构件,精加工余量却只有2.3毫米,加工难度之大远非苏-27可比。

  然而F-15J/DJ毕竟只是美国授权给日本生产的产品,对于提升日本的自主设计能力帮助不大,这种局面在F-2战斗机研制时得到了改观。在二战以后,日本航空并未像德国一样一蹶不振,而是迅速复苏并自行研制了多款战术飞机。有了这些设计经验作为基础,日本在F-2研制过程中很快就吃透了F-16的相关设计规范,不仅掌握了传统金属材料结构的损伤容限设计等三代机结构技术,而且他们还利用自身全球领先的化纤水平优势,为F-2更换了复合材料机翼。