三代机的深度改进

材料制成。茧包式外壳可以包裹武器和挂架，降低挂载在飞机上的RCS数值，武器投放后茧包分解以恢复机载武器正常使用。外挂机载武器低RCS包裹设计难度不大，重量和阻力代价相对不高，可以适应现有几乎全部机载武器，能够保证准隐身战斗机执行多用途任务的要求。

三代改对抗四代

中：美国空军通过长时间利用四代机进行的演习，认识到在现代空战中，三代机的设备和武器都可以改进提高，但隐身性能导致的探测距离差距却很难弥补，四代机对常规三代机会形成单向杀伤。想要让三代机获得与四代机正面对抗的机会，隐身性能至少要把相互发现距离差降低到导弹有效射程内，以实现与四代机迎头空战的相互杀伤。

按照空战演习的模拟数据统计，常规三代与四代单机对抗的交换比超过40，双方拥有同样雷达火控和武器时的交换比也超过20，超视距单向杀伤的比例超过了70%。如果维持现有三代重型机平台的飞行性能，采用多手段隐身改进并应用电子对抗，将迎头跟踪距离差缩小到低于20千米后，空战交换比数值则会大幅度降低到3-4，进入格斗空战的比例也能达到40%左右，三代隐身改型利用1.8-2.2倍的数量优势，就能基本抹平与四代机综合战斗力的差距，现有三代机的保有量显然超过这个比值。三代机深度改进后的综合性能肯定无法和四代机相比，但用很低的代价就能实现更大规模机队战斗力的增强，比装备四代机的生产和维护投入小得多，也是唯一能实现技术和规模相对平衡的方法。

振：国际上三代机的装备规模很大，出口限制较多的四代机难以占据这个市场。考虑到支持盟友和占领市场的需要，美国必须在三代机改装和新机市场上同时争取空间。据称，F-15SE的迎头RCS与出口型F-35A接近，而F/A-1SIR迎头RCS值比F-15SE还要略低。如果用综合战斗力指标进行衡量，这两个型号远不能和F-22A相比，比起F-35A也存在明显弱点，但这两个型号的综合性能已超过常规三代后期改进型，部分指标已达到俄T-50的设计标准。F-15SE和F/A-18IR强化隐身性能的改进重点，得到了F-22A、F-35A同级成品和技术支持，超越了EF2000、“阵风”和苏-35S的标准，低信号空战载荷接近F-35A。F-15SE和F/A-18IR的作战性能可以压倒常规的三代/三代半改进方案，并在四代机出口受到限制的地区和时间段里，给友好国家提供接近四代却无法与四代正面抗衡的装备，在维护美国技术优势的同时提供更有收益的选择。

中：四代机的机载设备和成品的成本很高，靠百多架F-22A和未知因素较多的F-35，所达到的装备规模很难分摊设备成本。用四代机设备改装三代机，通过增加生产规模可降低采购成本。

振：F-15SE和F/A-181R在开发的过程中，并没想与F-22全面比拼性能指标，改进重点集中在设备升级和强化隐身，对以过失速为代表的机动性增强的投入很少，甚至在部分改进项目中还削弱了机动性要求，如F-35A和F-15SE。俄罗斯在研制五代如T-50或所谓4++如苏35S时，用很大部分力量增强机动性，推力矢量也成为标准配置。美国的推力矢量性能和成熟度很高，但同类项目却没选择，甚至四代的F-35也并未应用相关技术。按照美国空军的观点和战场经验，战斗机利用综合航电、头盔显示/瞄准装置和先进的格斗弹，依靠设备和导弹的性能来增强格斗空战效能。片面追求增强机动性，缺乏隐身性能的苏35S甚至隐身化T-50，接近格斗距离前就可能受到先进导弹的攻击，即使有近距格斗的机动性优势也无法发挥，靠高机动躲导弹不是好主意。

中：F-15SE和F/A-18IR的改进放弃了有四代机代表特征的超音速巡航和超机动。F-15SE如选择增推后的新型F100-PW-229A/232或F110-GE-132，带保形油箱的F-15SE动力性能与基本型F-15C相当。F/A-181R的F414增推后的推力如果达到宣称的12.3吨，同时挂载保形油箱和保形弹舱后，MO.8-1.2的高空水平加速时间可以减少22秒。F/A-18IR亚/跨音速动力性能和加速性也可由动力改善提高，超过M1.5速度的性能由于阻力增大不可避免而适当降低。F-15SE和F/A-18IR隐身空战载荷的超音速性能比改进前的基本型有所降低，但隐身的战术优势却能抵消超音速性能降低对战斗力的影响。

RCS问题

中：按照美国航空科研系统的数据统计，准隐身战斗机与高性能电子对抗系统综合，所取得的效果非常接近同等级四代隐身战斗机，所需成本和技术代价则小得多。按照隐身技术原理，飞机外形隐身占总效果的90%。常规飞机进行局部修形，如采用外倾垂尾、遮挡发动机风扇叶片、座舱镀金属膜等措施，效果能够达到专门设计的80%-90%。较成熟的铁氧体吸波材料虽然作用频段较窄，但对厘米波段的火控雷达，作用频段范围的信号削减效果可达20dB。新的宽带吸波材料如AN74和ADRAM已接近实用，可在4-18GHz范围削减不低于20dB的反射信号。如果在外部修形基础上应用吸波材料和涂层技术，能够有针对性地缩减重点方向的RCS数值指标。根据国外已完成的类似战斗机改装项目，迎头RCS数值10米²的重型战斗机，采用综合隐身技术后的RCS能降低90%，这是“阵风”、EF2000和F/A-18E/F的现有标准，苏-35S据称也将RCS降低到了2～3米²。

振：根据理论数据估算战斗机的迎头反射面积，探测雷达计算参数为x波段3.2厘米波长，以色列“狮”布局和尺寸战斗机的迎头RCS值约9米²。根据计算，进气道、雷达舱和座舱的RCS贡献值分别为3米²、3米²、2米²，机身翼面和其它暴露部分RCS值约1米²。AIM-120/9M导弹的迎头RCS值为0.1-0.35米²。导弹头向不透波的理论RCS可小于0.01米²，但雷达导引头天线是强反射源，侧向和后向RCS数值分别为10和1米²，单个导弹独立挂架和挂梁的迎头理论RCS数值为0.3米²。采用目前可应用的低信号技术处理后，带屏蔽和吸波涂层的进气道RCS可降低至0.4-0.5米²，倾斜安装固定AESA天线的雷达舱RCS为0.3-0.4米²，镀金属化合物导电层的座舱为0.15米²左右，机体部分则可降低到0.2-0.3米²，全机迎头RCS指标数值为1.1～1.4米²，实施细化技术后的RCS还可以降低至1米²左右。外挂中、近距导弹（采用低信号措施）各2枚的RCS贡献在1.8米²，合计的作战状态迎头RCS约3米²，与目前机载火控雷达的探测距离标准RCS相当。按照F-16C机载雷达和AIM-120C的技术指标，飞行目标迎头RCS值为3米²和30米²，在超视距空战时的战术隐蔽性差异非常有限。由此可以确认，采用外挂导弹的准隐身战斗机，在超视距条件下削减雷达搜索距离的效果很低，只有在消除外挂导弹载荷的RCS增量后，才能真正发挥准隐身状态的战术优势。依靠现有的隐身技术条件，将战斗机的RCS降低到1米²的难度不大，难的是使战斗状态的RCS降低到这个标准。F-15SE和F/A-18IR采用附加舱体，重点针对的就是这个关键因素。

中：三代机的隐身改进不能破坏基础平台设计，改装难度相对全新设计的四代要高，取得的效果则相对要低。隐身改进的方法首先是降低机体RCS指标，尤其是在迎头飞行必须达到较好标准。机体局部修形、隐身结构和涂层对机体的作用比较明显，普遍可以把现有三代机的迎头RCS降到1米。等级，但三代机的作战武器都采用外挂形式，现有手段基本无法缩减外载荷的RCS。按照常规隐身航空设计原理，现有隐身飞机的雷达低信号措施中，隐身涂料、S弯曲和局部细节处理主要应对厘米波雷达，外形的共向偏移则针对分米波或较长波段雷达。飞行器的大小对RCS值的影响并不成线性。美国空军的B-1A拥有与F-15空载接近的迎头RCS值。采用吸波涂料并遮挡发动机风扇的B-1B尺寸更大，但迎头RCS已降到1米²。尺寸小得多的F-16C经过低信号改进后，无外挂的迎头RCS也是这个标准。EF2000和“阵风”C与F-16C类似。实例已经证明在采用雷达隐身措施后，飞机大小与RCS无直接关系，大尺寸飞机有更大的空间运用低信号措施，更大的剩余推力和载荷也能采用更多更厚的隐身涂料，应用同样隐身措施所取得的效果反而更好。尤其是大尺寸战斗机对外挂载荷低信号改进的支持，更是中、小型战斗机无法比拟的。F-15SE和F/A-18IR选择保形油箱和吊舱改弹舱，把机载导弹包裹在低RCS的外壳内，在不改变飞机平台基本结构和设计的基础上，实现了机载武器内置（非机身弹舱）的隐身效果。

现代机载对空导弹的外形尺寸差异不大，MM-120是尺寸规格较均衡的代表性武器。战斗机要满足空战的火力强度要求，至少要携带4枚导弹。三代机内埋导弹只能采用附加的舱体，无论是选择F-15SE的侧舱还是F/A-1SIR的吊舱，导弹舱的尺寸和重量都要远远超过导弹本身。阻力是决定战斗机飞行性能的关键因素，F/A-18IR外挂导弹吊舱的尺寸与机身副油箱相似，产生的阻力相当可观。附加弹舱增加的阻力必须用其它方法弥补，单纯靠增加推力解决问题的难度很大。而在现有动力和气动条件范围内，弹舱相对机体截面的比例越低，对飞机的气动性能和飞行性能的影响就越小。换句话说，战斗机的基础平台尺寸越大，深度隐身化改进所需要付出的代价就越小，改装设计的难度就越低，保持基础平台飞行性能的比例就越高。正是这种来源于基础航空理论的因素，使单发三代战斗机的改进难度大到难以克服。基本重量12吨以上的双发重型战斗机，则依靠较好的动力性能和比较大的机体规格，在深度隐身改进中获得了相对优势，重型战斗机的高成本也使改进投入更有价值。按F-15SE的改进思想，准隐身设计改进和无外挂布局，是三代接近四代综合战斗力的有效手段。

美国的三代机哪些适宜深度改进？

振：美国三代机深度改进设计中有明显的技术先进性和成品选择优势，但美国三代机早在70-80年代就进入装备高峰，部分早期生产机型已接近寿命尾期。根据公开资料数据，冷战期间生产的F-15系列寿命消耗很严重，近年F-15C/D仃频繁出现结构疲劳问题，较晚生产的F-15E也开始达到设计寿命尾期，已有飞机达到万小时的寿命消耗指标。美国空军装备的F-16系列的寿命相对较好，但较小的尺寸限制了隐身改进的潜力。战斗力较强和空间充裕的F-15系列，则仅靠出口订货维持生产线运行。美国海军F/A-18C/D也处于类似状态，只有还处于批量生产期的F/A-18E/F，成为美国现役寿命条件最好的三代战斗机。美国对现役三代机的深度改进不存在任何技术和成品方面的问题，大量新成品和新设计已经在之前改进中应用。但是，除了F/A-18E/F，美国航空工业不会再批量生产新的三代机，美国航空兵在改造三代战斗机的过程中，必然要面对机体寿命不足的难题。

中国三代机改进

从美国三代机改进情况看，中国的三代机是否适宜深度改进？

振：中国装备三代机的时间比美国和俄罗斯晚得多，现役三代机中，除了上世纪90年代从俄引进的苏-27SK/UBK之外，大部分都是本世纪生产的新机，最早的也不过仅消耗正常25年服役寿命的一半，剩余装备寿命可观。同时，目前还有大量二代机服役，至少在未来十年里都会维持三代机的生产。这种情况决定了类似F-15SE的深度改进方案，必然要在新生产的飞机上首先应用，现役飞机的改装则会在大修过程中逐步实现，飞机寿命问题基本不会对改装造成影响。中国三代机的飞行和日历寿命余量都很充裕，采用新技术的限制应该要小。

美国用F-15SE和F/A-18IR趟出了合理的改进方向，但寿命不足限制了美军战斗机的改装条件，重新生产三代未必会比四代机便宜多少，只能在出口市场上填补装备空隙，难以解决自用装备寿命的问题。美国有技术、有基础、有经验，却没有充足数量的改进平台。中国的技术积累和成品条件不如美国，却能利用四代机完成前的系统成熟阶段，将四代机的相应技术全面转移到三代新机生产中，一次即实现美国战斗机时间差距很大的生产和改装这两个过程，看起来投入要增加不少，却能在整个装备周期里获得更高的资源利用率。

用四代机技术改造三代，实际产品性能要实现理论效果的难度应该很大。

振：利用四代技术改装必须首先具备四代机的设计生产条件，才能返回头来对三代提供支持。美国能开发F-15SE和F/A-18IR这样的改型，除拥有较完善的技术储备外，还因为美国航空工业的基础平台条件好，能够承受这些改进措施所产生的负面影响，将改进收益和代价综合后获取正面效果。相比其它国家同类机型，美国战斗机的功能和设备更完善，这就要付出结构和设备重量代价。装备技术传统和维持战斗力的需要，使美国设计师将很大力量用于改善基础平台，结果就是美国战斗机的结构和材料轻量化水平很高，飞机动力性能也始终超过平台的基本需求。

美国三代机中F-15和F/A-18的改进潜力最好，这两个型号的深度改进方式却完全不同，原因是什么？

振：F-15系列的装备高峰是在上世纪80年代。其改进首先是换装AESA雷达和综合电子对抗系统，应用在制空的F-15C和出口的F-15SG/K等型，之后再通过外形设计调整发展出F-15SE。F/A-18装备时间比F-15晚得多，大部分基本型的装备寿命还比较好。但为满足替代F-14A和A-6E的更高要求，F/A-18选择首先从平台着手的改进途径，利用放大平台和改善动力发展出F/A-18E/F。最早生产的F/A-18E/F（59/78架）沿用了C/D型的航电火控，随后更新为AN/APG-79系统，最新的改进是在后期F/A-18E/F基础上强化隐身并采用保形武器舱。

大规模应用整体结构的轻重量设计，使美国战斗机的推比和结构效率都很高。F-15和F-16虽然以常规航空材料为基础，但结构效率比西欧应用复合材料更多的机型都好。F-22A用常规金属材料替代了在YF-22上占很大比例的复合材料，结构系数仍然达到同类机型的先进水平。美国的航空动力技术水平始终领先，三代机动力最早实现了推比8，新型F100/110推比和推力已经达到9和15吨等级，基本型F414-GE-400的推比达到9.1，准备给新型F/A-18换用的F414的推力还将增加20%。四代机的动力从开始就按照推比10规划，F-22A动力系统的推比和推力据称已达到11和17吨。新型三代机动力在利用四代动力技术优化改进后，稳定性、寿命和技术指标都已达到很高标准，外廓尺寸和安装方式又能适应基础平台的规格。

美国三代战斗机以隐身为核心意图的深度改进，外挂保形弹舱/油箱是关键措施，但原飞行平台轻重量和高推比的基础是最重要的。按照正常技术条件分析，F-15SE带弹舱保形油箱的增重在1吨（相比原型保形油箱）；F/A-181R除增加保形油箱的阻力和重量外，保形弹舱的阻力和重量也与常规机身副油箱相当，机体外表的吸波涂料的附加增重也达数百千克。基础平台的轻结构能缓解增重的影响。为维持原飞行性能，增阻和增重影响必须靠改进动力弥补。

中：现有三代机隐身大改，平台、动力和系统诸多条件任何一个短板都会从根本上影响整体性能，这就是三代机大改的原理虽然不复杂，但现有技术很难成功的原因。除了F-15SE和F/A-181R比较成功外，苏35S只是苏-27S的深度改进，外挂导弹武器限制了隐身效果，倒是T-50可以看成是三代平台应用完善隐身技术，实现结构、重量和飞行性能相对平衡的优化产物。美国有完善的三代机生产和改进经验，也有为四代机开发的设备和系统，这是推动三代深度改进的基础。排除了四代机平台和系统成品支撑，脱离高标准平台和完善设计经验，单独模仿概念不可能研制出满意的产品。

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