美國(guó)空軍“下一代空空中主宰”戰(zhàn)斗機(jī)(NGAD)概念圖。

近日，在一張美國(guó)“51區(qū)”的衛(wèi)星圖片上，出現(xiàn)了一架神秘飛機(jī)的模糊身影。外界猜測(cè)，這架飛機(jī)很可能就是美國(guó)空軍第六代戰(zhàn)斗機(jī)，也就是所謂“下一代空中主宰”（NGAD）的原型機(jī)或者技術(shù)驗(yàn)證機(jī)。那么，從這架飛機(jī)的外形特征上，我們可以對(duì)美國(guó)空軍第六代戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)展獲得什么新的認(rèn)識(shí)呢？

衛(wèi)星照片顯示，一架神秘戰(zhàn)機(jī)現(xiàn)身美國(guó)“51區(qū)”。

或?yàn)榱鷻C(jī)技術(shù)驗(yàn)證機(jī)

從衛(wèi)星圖片上看，這架神秘飛機(jī)采用了翼身融合的一體化設(shè)計(jì)，已經(jīng)無(wú)法具體區(qū)分機(jī)翼和機(jī)身，這也符合當(dāng)今的高度隱身化以及升力體結(jié)構(gòu)的要求。而且，該機(jī)的主機(jī)翼采用了大后掠角加拓展外翼段的雙三角翼設(shè)計(jì)。在美國(guó)航空史上，唯一采用類(lèi)似設(shè)計(jì)的就是當(dāng)年通用動(dòng)力公司研發(fā)的F-16XL技術(shù)驗(yàn)證機(jī)。

當(dāng)時(shí)，通用動(dòng)力公司在F-16基礎(chǔ)上進(jìn)行大幅改進(jìn)，研制了F-16XL技術(shù)驗(yàn)證機(jī)，并以該機(jī)來(lái)競(jìng)標(biāo)美國(guó)空軍的雙重任務(wù)戰(zhàn)斗機(jī)項(xiàng)目。但是，經(jīng)過(guò)對(duì)比試飛后，美國(guó)空軍最終選擇了在F-15D基礎(chǔ)上改進(jìn)而來(lái)的F-15E“攻擊鷹”。不過(guò)，F(xiàn)-16XL作為一款具有開(kāi)創(chuàng)性意義的技術(shù)驗(yàn)證機(jī)，不僅成為了美國(guó)航空史重要的技術(shù)儲(chǔ)備之一，其兩架原型機(jī)還被NASA用于超音速層流控制研究的試飛。事實(shí)上，在冷戰(zhàn)時(shí)期，美國(guó)各大航空企業(yè)以及NASA進(jìn)行了大量氣動(dòng)布局設(shè)計(jì)的探索性研究。這些研究成果時(shí)至今日，仍是美國(guó)航空工業(yè)的寶貴財(cái)富。

F-16XL技術(shù)驗(yàn)證機(jī)的試飛結(jié)果表明，除了持續(xù)轉(zhuǎn)彎能力較差以外，橫側(cè)機(jī)動(dòng)性和大迎角機(jī)動(dòng)飛行能力都很出色，而且高空高速飛行性能也有所提高。那么，“51區(qū)”這架神秘飛機(jī)采用了類(lèi)似的氣動(dòng)布局，應(yīng)當(dāng)是兼顧了隱身性能、高空高速飛行性能以及機(jī)動(dòng)性能等幾個(gè)方面的需求。而且，翼身一體化設(shè)計(jì)也能夠?yàn)闄C(jī)身內(nèi)布置彈艙提供很大的便利條件。

F-16XL技術(shù)驗(yàn)證機(jī)。

此外，我們也可以注意到，這架神秘飛機(jī)很可能是一架真正意義上的無(wú)尾翼飛機(jī)，也就是既沒(méi)有水平尾翼，也沒(méi)有垂直尾翼。事實(shí)上，在常規(guī)的飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，水平尾翼主要負(fù)責(zé)飛機(jī)俯仰，而垂直尾翼主要負(fù)責(zé)控制航向。在一些飛翼布局的飛機(jī)設(shè)計(jì)中，比如B-2隱身戰(zhàn)略轟炸機(jī)以及X-47B無(wú)人機(jī)也完全取消了尾翼。不過(guò)，這些飛翼布局的飛機(jī)并不強(qiáng)調(diào)具備很高的機(jī)動(dòng)性能，其俯仰和航向通過(guò)副翼、擾流板在飛控計(jì)算機(jī)的精密控制下來(lái)實(shí)現(xiàn)。B-2隱身戰(zhàn)略轟炸機(jī)在起降時(shí)，甚至要依靠主起落架艙門(mén)的配合來(lái)提升穩(wěn)定性。

那么，這架神秘飛機(jī)如果是作為美國(guó)空軍第六代戰(zhàn)斗機(jī)的原型機(jī)或者技術(shù)驗(yàn)證機(jī)，其機(jī)動(dòng)性能要求必然會(huì)很高，至少要與第五代F-22A“猛禽”戰(zhàn)斗機(jī)相當(dāng)。所以，這架神秘飛機(jī)在完全取消尾翼的情況下，如果還能夠具備很高的機(jī)動(dòng)性能，那么很可能將采用依靠引流來(lái)實(shí)現(xiàn)飛行姿態(tài)改變的直接力控制技術(shù)。

激光武器或成為六代機(jī)的機(jī)載武器之一。

采用多項(xiàng)前沿航空技術(shù)

所謂直接力控制，就是依靠高速氣流的反作用力，而不是氣動(dòng)翼面的氣動(dòng)力來(lái)實(shí)現(xiàn)飛行姿態(tài)迅速改變的技術(shù)。這一技術(shù)之前在導(dǎo)彈的設(shè)計(jì)上應(yīng)用很廣。比如強(qiáng)調(diào)高機(jī)動(dòng)性能的防空導(dǎo)彈、空空導(dǎo)彈以及某些反坦克導(dǎo)彈等，都會(huì)在彈體的預(yù)定位置安裝大量的微型火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。在彈載計(jì)算機(jī)的控制下，這些微型火箭發(fā)動(dòng)機(jī)適時(shí)點(diǎn)火，利用產(chǎn)生的高速氣流來(lái)快速改變導(dǎo)彈的飛行姿態(tài)。

不過(guò)，這些微型火箭發(fā)動(dòng)機(jī)基本上都是一次性使用的，并不合適應(yīng)用在飛機(jī)上。所以，在飛機(jī)上所應(yīng)用的直接力控制技術(shù)，可以考慮從噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)引出氣流，通過(guò)一系列復(fù)雜的控制系統(tǒng)，輸送到機(jī)身以及機(jī)翼各部分預(yù)定的噴嘴。那么，在飛控計(jì)算機(jī)的精密控制下，具有一定轉(zhuǎn)動(dòng)范圍的噴嘴噴出預(yù)定壓力和速度的氣流，其反作用力直接作用在機(jī)身和機(jī)翼上，再配合以主發(fā)動(dòng)機(jī)的矢量噴口，將可以實(shí)現(xiàn)某些匪夷所思的機(jī)動(dòng)動(dòng)作，比如不改變機(jī)頭方向的水平和垂直位移，或者保持航向的同時(shí)迅速改變機(jī)頭方向。

直接力控制技術(shù)如果能夠達(dá)到工程應(yīng)用的成熟度，則完全可以代替尾翼的作用，甚至實(shí)現(xiàn)飛機(jī)機(jī)動(dòng)性能的成倍提高。但是，這一技術(shù)的研發(fā)難度，尤其是控制系統(tǒng)的研制難度也是相當(dāng)高的。至少?gòu)哪壳翱矗€沒(méi)有美國(guó)某一公司或者研究機(jī)構(gòu)研發(fā)成功這一技術(shù)的報(bào)道。

另外，從“51區(qū)”這架神秘飛機(jī)的弧形主機(jī)翼前緣、后緣以及同樣采用弧形的外翼段翼尖，筆者猜測(cè)該機(jī)很可能還應(yīng)用了另一項(xiàng)當(dāng)今世界頂尖的飛行控制技術(shù)，這就是可變彎度機(jī)翼。

為了進(jìn)一步提升隱身性能，無(wú)尾翼布局很可能是六代機(jī)的重要技術(shù)特征。

所謂可變彎度機(jī)翼，又稱(chēng)為自適應(yīng)機(jī)翼。這種先進(jìn)機(jī)翼的主翼面連續(xù)、光滑、沒(méi)有任何開(kāi)縫或者附加機(jī)構(gòu)，而機(jī)翼的前后緣又是柔性的。在飛行過(guò)程中，通過(guò)飛控計(jì)算機(jī)的控制，可變彎度機(jī)翼的外形和彎度能夠根據(jù)不同飛行高度、馬赫數(shù)、迎角和升力變化，進(jìn)行連續(xù)的調(diào)整，使得機(jī)翼在任何飛行先狀態(tài)下都能夠獲得盡可能最優(yōu)的升阻比和升力系數(shù)。

可變彎度機(jī)翼對(duì)于飛機(jī)飛行性能的提升是全面的，包括大幅提高機(jī)動(dòng)性能、增加航程、降低結(jié)構(gòu)重量、延長(zhǎng)疲勞壽命等。而且，由于可變彎度機(jī)翼本身就是光滑一體的結(jié)構(gòu)，取消了傳統(tǒng)的襟翼和副翼，事實(shí)上也進(jìn)一步增強(qiáng)了隱身性能。當(dāng)然，可變彎度機(jī)翼技術(shù)的實(shí)現(xiàn)難度也是很大的。

目前，先進(jìn)的第五代以及第四代戰(zhàn)斗機(jī)已經(jīng)采用的空戰(zhàn)機(jī)動(dòng)襟翼已經(jīng)應(yīng)用了部分可變彎度機(jī)翼的原理，但是距離真正的可變彎度機(jī)翼還差得很遠(yuǎn)。在幾大技術(shù)難關(guān)攻克之前，可變彎度機(jī)翼技術(shù)還只能是設(shè)想，包括：一體化柔性蒙皮技術(shù)、多級(jí)調(diào)節(jié)的作動(dòng)機(jī)構(gòu)（體積足夠下、重量足夠輕）以及控制技術(shù)等。如果美國(guó)航空企業(yè)在直接力控制技術(shù)和可變彎度機(jī)翼技術(shù)上獲得了實(shí)質(zhì)性的突破，那么無(wú)疑將是世界航空技術(shù)發(fā)展新的里程碑。

美國(guó)第六代戰(zhàn)斗機(jī)很可能采用變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，圖為YF120變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)。

變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)走向成熟

從衛(wèi)星圖片上，我們很難看得出這架神秘飛機(jī)的進(jìn)氣道及發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)。不過(guò)，筆者傾向于該機(jī)有可能采用機(jī)背進(jìn)氣設(shè)計(jì)。而飛機(jī)中線(xiàn)的脊背設(shè)計(jì)表明，其采用的應(yīng)該是單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)。

機(jī)背進(jìn)氣設(shè)計(jì)的飛機(jī)其實(shí)很早就出現(xiàn)了，首開(kāi)先河者就是二戰(zhàn)時(shí)期德國(guó)研制的HE162“火蜥蜴”噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)。冷戰(zhàn)中，美國(guó)也研發(fā)過(guò)幾款機(jī)背進(jìn)氣戰(zhàn)斗機(jī)，比如F2Y“海標(biāo)槍”、F-107A等。不過(guò)，在實(shí)際飛行中人們發(fā)現(xiàn)，機(jī)背進(jìn)氣戰(zhàn)斗機(jī)由于存在機(jī)身遮蔽作用，進(jìn)行大迎角飛行時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣效率會(huì)大幅下降，極易發(fā)生飛行事故。所以，各國(guó)在有人戰(zhàn)斗機(jī)上便不再采用機(jī)背進(jìn)氣設(shè)計(jì)。

近年來(lái)，新一代噴氣式無(wú)人機(jī)紛紛采用機(jī)背進(jìn)氣設(shè)計(jì)，這其中除了有隱身方面的考慮，還有利于保障維護(hù)和便于在機(jī)身中前部布置任務(wù)載荷、彈艙。所以，這架神秘飛機(jī)如果采用機(jī)背進(jìn)氣設(shè)計(jì)，也就意味著該機(jī)應(yīng)當(dāng)是一架無(wú)人機(jī)。那么，作為一架要進(jìn)行高強(qiáng)度空戰(zhàn)的無(wú)人機(jī)，必然要面對(duì)大迎角機(jī)動(dòng)的情況。美國(guó)航空技術(shù)人員很可能會(huì)采用機(jī)腹輔助進(jìn)氣道的辦法，來(lái)保證發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣效率。

至于該機(jī)所裝備的發(fā)動(dòng)機(jī)，筆者認(rèn)為很可能是美國(guó)正在研發(fā)中的最先進(jìn)的變循環(huán)噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)。在這一技術(shù)上，美國(guó)一直走在世界各國(guó)的前列。早在上世紀(jì)70年代，GE公司就研制出了世界上第一種變循環(huán)噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)YJ101，以及世界上第一種經(jīng)過(guò)實(shí)機(jī)飛行試驗(yàn)的變循環(huán)噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)YF120。所以，在變循環(huán)噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)上，美國(guó)航空企業(yè)有著長(zhǎng)期的積累和雄厚的儲(chǔ)備。

目前，美國(guó)國(guó)防部已經(jīng)計(jì)劃在未來(lái)生產(chǎn)的F-35 Blcok4批次上換裝最先進(jìn)的變循環(huán)噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)，以替換現(xiàn)有的F135發(fā)動(dòng)機(jī)。GE公司和普惠公司正在全力研制自己的變循環(huán)噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)，以競(jìng)標(biāo)這一項(xiàng)目。所以，美國(guó)空軍第六代戰(zhàn)斗機(jī)采用變循環(huán)噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)也是水到渠成的事情。