在当今的社交媒体上,“六代机”一词已经成为了热议的话题。伴随着我国境内最新型战斗机的曝光,全球的目光都聚焦在了这一新型战斗机上。然而,尽管讨论热烈,关于第六代战斗机的设计特征,目前仍未形成统一的共识。
普遍认为,第六代战斗机应具备超越第五代战斗机的多项技术特性,如更高级别的隐身性能、更强的超音速巡航能力、主动防御系统的配备,以及作为网络化作战体系中的关键节点,与网络内其他平台进行信息交换的能力。此外,它还应具备作为空中指挥平台的功能,能够同时控制多个无人机进行作战。以美国“下一代空中优势”(Next Generation Air Dominance,简称NGAD)项目为例,其与“协同战斗机”(Collaborative Combat Aircraft,简称CCA,即之前所说的“忠诚僚机”)的协同使用,进一步证明了第六代战斗机在突出其作为作战体系核心角色方面的重要性,而非仅仅是作为单一的战斗系统。
从这些设计特性来看,第六代战斗机无疑是一个充满争议的“创新者”。因为这些设计特征之间存在着相当程度的矛盾——为了实现更高级别的超音速巡航能力,飞机需要尽可能地减少机身外部的突出物,以降低对气动性能的影响;而作为网络化作战体系中的信息节点,则需要在机身上布置更多的传感器,这又可能暴露飞机的弱点。
更全面的隐身能力要求飞机的湿面积降低,特别是要降低第五代战斗机上较为明显的机体侧面信号特征,因此最好不设置尾翼。然而,这显然与传统的航空器设计理念相悖,因为传统的航空器设计需要更多的控制面来保证飞行机动性。换句话说,为了实现比第五代战斗机更好的机动性,第六代战斗机必须采用更加“异想天开”的设计。
因此,仅仅在第五代战斗机的基础上进行小修小补,是无法实现质的飞跃的。第六代战斗机必须采用全新的设计理念。
在探讨第六代战斗机的设计之前,我们先回顾一下以往战斗机的设计发展历程。自喷气式时代以来,战斗机的起飞重量不断攀升,但其机体尺寸却保持了长达半个世纪的相对稳定。以我国、美国、俄罗斯(苏联)这三个主要战斗机生产国的典型战斗机型号为例:
第三代战斗机: 歼-8B:机身长21.38米、翼展9.34米、高5.41米、最大起飞重量约20吨; F-4:机身长19.2米、翼展11.7米、高5.0米、最大起飞重量28吨; 米格-23:机身长16.70米,翼展13.97米(最小后掠角时),高4.82米,最大起飞重量 18吨; 第四代战斗机: 歼轰-7A:机身长22.32米、翼展12.80米、高6.22米、最大起飞重量28.5吨(注:由于歼-11基于苏-27设计,其机体规格与苏-27基本持平,在此采用不属于第四代战斗机但与美俄两国四代机同时期的歼轰-7A作为对比) F-15C:机身长19.44米、翼展13.03米、高5.68米、最大起飞重量30.8吨; 苏-27:机身长21.9米、翼展14.70米、高5.93米、最大起飞重量33吨; 第五代战斗机: 歼-20:机身长21.2米、翼展13.01米、高4.69米、最大起飞重量37吨; F-22:机身长18.92米、翼展13.56米、高5.08米、最大起飞重量38吨; 苏-57:机身长20.1米、翼展14.1米、高4.74米、最大起飞重量35吨。
从上述数据对比中,我们可以清晰地看到,从20世纪60年代到21世纪,重型战斗机的最大起飞重量从20吨级飙升至35至40吨级,但其机体规格的变化却非常有限,机身长度几乎一直维持在20米级别。
显而易见,尽管材料学、结构设计的进步使得相同的机体尺寸可以容纳更多的武器、设备和燃油,同时光学和电子技术的进步也使得设备以更小的尺寸实现更好的性能,但这种提升是有限的。因此,到了第六代战斗机时代,即使不考虑其他方面的能力,仅仅为了实现更远的航程(需要更多的机内燃油)、更大的载弹量(需要更大的机身弹舱)和更多的传感器(需要更复杂的机身),20米级别的机身尺寸显然已经不够用了。这也是为什么目前首飞的第六代战斗机原型机或技术验证机据推测机身长度达到26米的一个重要原因。
而无论是NGAD的概念图还是已经首飞的六代机原型机,都采用了无尾式布局。除了隐身性能和高速飞行性能的提升要求飞机外形尽量“整洁”之外,一个重要的原因可能是,传统的尾翼姿态控制方法在第六代战斗机上已经不再适用。
虽然对飞行器设计和控制方面的技术和原理了解有限,但从上世纪90年代的各类验证机到目前的六代机原型机,我们可以看出,避免尾翼对飞行器飞行造成的影响已经成为航空强国在新概念飞机上的共识。这一点在YF-23这个看起来相当奇怪的、可以调节角度、最低角度几乎与机翼平行的尾翼上就已经有所体现。
在第六代战斗机上,完全取消尾翼表明在飞控和机身控制面设计上已经能够实现比尾翼更好的控制效果。这样的设计将为战斗机概念带来多大的颠覆性变革,还需要等到六代机的飞行性能有更明确的展现之后才能得到答案。