从F-35看F-47

晨枫

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F-47新鲜热辣，但离出炉还有一段时间。上一个新鲜出炉的是F-35，用来比照还是有意义的。
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& q: W" q9 N9 b* lF-35的故事可谓臭名昭著，但F-35是对比试飞后才选定的。就所有公开信息而言，F-47未经任何对比试飞，这是YF-16与YF-17对比试飞后选定F-16以来，美国空军第一次不经对比试飞就选定战斗机设计。

美国空军参谋长阿尔文上将提到波音和洛克希德的X飞机有几百小时的飞行数据，已经验证了关键技术，这是否足够，还有待观察。从F-35的经验来看，即使有高度接近量产标准的技术验证机先行试飞，都不能保证EMD不遇到重大挑战。

! v2 H, u! X6 @2 w/ r- _! d在“联合打击战斗机”（JSF）计划中，波音X-32与洛克希德X-35对比试飞，洛克希德胜出，定型为F-35。对于大多数人来说，要分辨X-35和F-35还不容易。
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( y) ^1 Q' f0 r5 k  k对于美国军方来说，这样的高度相似性意味着技术风险基本上全部消除。JSF在要求上就是F-22的“简配”，不要求超巡、超机动，隐身要求降级，但信息融合和软件化要求提高。由于IT技术的高速发展，信息融合和软件化的更高要求不被认为是增加风险的，反而为F-22升级铺路，因此本来就是刚需。

! W- j# J/ _5 X3 d( }) WJSF的关键技术来自DARPA的“通用低成本轻型战斗机”（CALF）计划。DARPA在研究先进短距起飞-垂直降落（STOVL）技术时，发现可以将空军、海军的下一代轻型战斗机（F-16和F-18的换代）与陆战队的下一代STOVL战斗机（AV-8B的换代）结合起来：空军型不需要STOVL能力，升力发动机的空间和重量腾出来，可以用于更多的机内燃油和设备，增加航程和系统性能；海军型需要上舰，可以通过空军型增加翼面积、加装尾钩来解决；陆战队型则保留全套的STOVL能力。

通用化后，基本飞行性能一致，陆战队首次拥有性能比肩空军型和海军型的STOVL战斗机，尤其是在任务系统和武器方面完全通用。代价是航程和推重比/机动性，但相对于AV-8B这个“最先进的亚音速战斗机”来说，这已经是喜出望外地好了。
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3 k- m2 d& v7 }! t  F在X-32和X-35的对比试飞中，STOVL性能是重点。只要这个问题解决了，一般飞行和武器系统性能不难解决。至少这是DARPA在研究CALF时得出的结论，但进入EMD后，发现不是这么回事，细节中的恶魔纷纷出动。



+ Z" n/ x  w& [0 d7 H8 b* }X-35的升力发动机进气盖是左右双开门，每侧“门板”是双折门，也就是说，一侧通过铰链与机体开口相固定，两片“门板”之间另有铰链完成双折，这样减轻重量，降低打开时的高度，减少气动颤振问题。在JSF对比试飞的时候，注重原理性验证，没有发现问题。但在EMD中，更多的试飞揭示了不可克服的气动颤振问题，只得改成更加坚固但阻力很大的单片式蚌壳门，然后带来一大堆问题，比如蚌壳门打开的角度不能太小，影响进气，也不能太大，阻力和颤振太大。
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这个问题其实容易理解。在技术验证阶段，凑合的设计就够用了，但到了EMD的时候，就需要万全的设计。这就像家里一样，临时用用，拉一根电线拖线板就可以对付了。但要日常使用，就不能这么马虎，电线需要沿墙固定，甚至穿墙打洞。
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但一个问题解决了，另一个问题又来了。升力发动机由于蚌壳门，反而进气条件改善了，问题出在主发动机的进气，这就是升力发动机进气口后面的辅助进气口。在起飞的时候，发动机需要额外出力，两侧进气口不够用，需要打开机背的辅助进气口。本来升力发动机和主发动机辅助进气口一前一后，各不遮挡。现在蚌壳门把辅助进气口挡住了，不仅影响进气，还因为尾流导致辅助进气口的单开门发生气动颤振问题，只能改成更加坚固、厚实、铰链粗壮的双开门，代价当然是重量。


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悬停中的横滚是由横滚喷口（图中像扁担一样向两侧伸出的东西）控制，气源由压气机引出。压气机提供的高压空气未经燃烧，算低温，但压缩本身是增温的。F-35B由于不断增重，发动机推力要求越来越高，压气机出力越来越大，压缩比越来越高，气流温度越来越高，结果原设计的横滚喷口系统耐温能力不足，只得推倒重来。
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; X* V: {% P8 E发动机出力越来越大是通过强化热工参数做到的，代价是寿命和可靠性。美国空军一向要求战斗机在IOC时要为后续升级改进必然的增重留有余地。F-35有很多改进和增重要求，但发动机的潜力被早早榨尽，所以免谈了。现在的统一托词是“等待自适应/变循环/三涵道发动机”，与此同时美国空军又取消了自适应/变循环/三涵道发动机在F-35上的应用，个中含义只有自己揣摩了。
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9 w! V4 j, ?! C) f; Y3 g- n& I由于结构刚度和气动弹性问题，垂尾根本在跨音速飞行时发生严重颤振，有一段时间只能限速。加固的代价自然是再次增重。

* Q5 r+ e1 E' k/ e3 E用燃油作为系统冷却的冷源似乎是不错的主意，但发现需要余油保持在40%以上才能保证冷却需求。这个问题无解，只能等三涵道发动机，但等得到吗？

; J) }% Y" g! d. {1 Z9 E/ `+ q在F-35EMD的早期，GAO就发布了后来被称为“F-35的13大罪状”的报告，列数了更多在技术验证机试飞里没有发现而在EMD里发现的问题。
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* Y7 z! ~9 C( `3 c: _8 t这都是在已经高度接近量产标准的X-35已经经过几百小时试飞之后才发现的。

3 @/ Q7 I* t; w6 z6 q) M; F阿尔文和DARPA都提到为F-47铺路的X飞机。根据公开信息，波音-麦道在90年代后，有X-36和“捕食鸟”研究机为下一代战斗机铺路。
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洛克希德或许有秘密的研究机项目，但没有公开报道。

这些研究机都研究了某一方面的关键技术，但像X-35那样已经将关键技术高度整合的技术验证机尚且在很多地方掉链子，从碎片化的关键技术从头整合的技术风险高得多。
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这还没有提到软件。
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技术验证机试飞的重点在于气动和发动机，一般不过多涉及软件，软件在飞机设计里被认为可与飞机本身平行的。问题是，现代战斗机的软件已经不只是“附加”的，而是有机整体的一部分。软件跑不起来，整个战斗机就残废了。F-35的软件黑历史可能成为软件工程里“别踩坑”的教科书了，这还是在Block 3软件只是IOC要求，20年前就确定的，应为怕影响研发，而一直不与时俱进。
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- c( B, s' }+ y" l6 k, E+ {Block 4才是第一版“跟上时代”的，但这也被证明为“步子大了扯着蛋了”的典型，以至于大批待交付的F-35被拒收，只是因为Block 4软件还未到位。

+ ?5 m( X) K8 V! G  O: ?9 P* o, M. tF-47几乎肯定会遇到同样的问题。
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7 X1 U5 ^: x9 @1 [% w从飞行平台来看，未经技术验证机直接跳到EMD的话，技术风险回到F-111时代了。在F-111时代，美国战斗机工业还经验丰富、身手敏捷。现在已经完全不是那回事了。
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洛克希德和诺斯罗普的事情不去说它，波音在KC-46、T-7、F-15EX等项目上一再掉链子，使人对F-47的EMD充满期待，这是不安的期待，或者是幸灾乐祸的期待，但不大会信心满满的期待。
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KC-46是教科书级的低风险项目。波音是从波音707开始爆发的，波音707是从KC-135加油机变身而来的。波音要是说在加油机技术方面第二，就没人敢说第一。而且KC-767在KC-46之前已经交付日本和意大利很多年了。但KC-46一地鸡毛，竟然连军标要求管线分别走、避免战斗中一损俱损这样的基本要求都“忘记”了。民航的波音767也有冗余要求，但那是针对系统故障的，没有抗战损那样的独立走线要求。
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4 [8 a. B& T- P) ?用闭路电视遥控硬管加油系统也成了老大难问题。

! x" I# |9 a% X- a6 A% hT-7作为教练机，本来就是低技术门槛的。波音通过民机里经过考验的数字化工程系统，从设计到供应链到制造到售后全面数字化，大大增加工程设计和制造上的灵活性和供应链敏捷性。但这也能阴沟翻船，弹射座椅、软件、供应链和零部件质量控制都出了问题，关键节点一再错过。

' V) R, X9 \, }* J7 pF-15EX是在已经成熟得要烂的F-15E基础上发展过来的，除了一些美国空军专用系统，与正在交付卡塔尔的F-15QA相同。这都能拖三拉四，一年才交付8架。

" x. b9 s' E& M6 D% k* L特朗普的期望是，F-47不仅要在他的任期内首飞，最好还要达到IOC和开始装备。必须说，能首飞已经神速了，IOC基本不可能。大跃进都没有这样大跃进的。

即使F-47在2028年之前首飞，也已经落后中国南北六代4年时间。考虑到中国速度和美国速度的差别，IOC能保持在4年差距是奇迹。在这一切之前，需要先把EMD的200亿美元落实了，这需要国会批准。国会共和党或许没问题，但国会民主党会要求至少公布更多F-47的要求和现有技术基础，花大钱之前有权要求知道花钱买的是什么，这个要求不过分。

/ O* h+ o$ |2 u6 O, E8 P近期内，估计还会有更多F-47的信息流传出来。如果这证明是“川式大跃进”的产物，人们不会意外，但会为曾经高不可攀的美国航空科技神殿的坍塌感到惋惜。毕竟从理工直男的角度来说，先进科技看着也是爽的。

四处张望

南北机可能也是验证机，类似fc31

晨枫

四处张望 发表于 2025-3-24 00:50
& G( x( B. o8 t8 _; Y: ?7 p3 h# s南北机可能也是验证机，类似fc31

- A  _& U3 ^  i5 T4 [8 _0 h或者像歼-20 2001？

四处张望

晨枫 发表于 2025-3-24 21:26
& M0 h8 t6 W2 G% B; i) }  I或者像歼-20 2001？

7 I( Q% `  P5 l/ I  Z9 n+ l据说从资金来源而言，更像fc31

北京阿新

创总可以推动修宪再搞一个任期嘛，多4年时间，F-47说不定就首飞了

潜水员

X-36的图是认真的吗？怎么座舱盖位置上画着俩Q版小人儿？
( b& B. a; w) j) L) T2 P另外从X-35的图看，最初的主发辅助进气口貌似也是双开门。只是从最初两侧朝中间开闭，变成后来的从中间朝两侧开闭。

晨枫

潜水员 发表于 2025-5-12 09:19
1 R* u+ h2 f* P% {X-36的图是认真的吗？怎么座舱盖位置上画着俩Q版小人儿？
/ S: U3 m* A! m- b7 U8 k* f另外从X-35的图看，最初的主发辅助进气 ...

这些都是真图。确实，升力风扇和辅助进气口的舱门都改了，增重不少。