日本为五代机深耕基础研究 相比歼20能否占据后发优势?
文|炮火笔记
作为我国的近邻,日本一直对我国军事实力发展存在高度戒备心理,并不断加强武器装备的建设,特别是航空武器装备,高度重视技术预先研究,在下一代战斗机预研方面以具备自主研制先进战斗机能力为目标进行了全盘布局。
2018年11月初,参与日本下一代战斗机研发工作的研究人员称,日本防卫省期望在2019财年内启动“未来战斗机”的全尺寸研制,并希望第一架原型机能够在2025年首飞,批量生产在首飞后3年的2028年开始。审视各种选项之后,可能如最初计划的那样,“未来战斗机”可能会基于双发的26DMU方案,完全由日本独立自主研发完成,其动力将源自推力超过150kN的石川岛播磨重工(IHI)XF9-1技术验证机。
日本未来战斗机多种方案的变迁,26DMU据信是最终构型。
进入新世纪以来,日本已有针对性地围绕下一代战斗机总体、结构、动力、航电、机电、武器等技术领域陆续实施了20余项关键技术研发项目。
复材承力结构技术进展
为了减轻下一代战斗机机体重量,日本实施了“机体结构轻量化技术”项目,研究新的机体结构。该研究涉及的三项关键技术之一为“一体化、无紧固件结构技术”。目前,日本正在对一个由复合材料制造的全尺寸中机身段进行强度测试。
三菱重工(MHI)在2017财年完成中机身试验件的制造。试验样段宽8.6m、长5.2m,样段的部件分别在热压罐中制造完成,然后在压力下黏接在一起完成装配。在此之前已经试制了一个更小的胶接复合材料结构用于评估。
根据日本工程师的分析,限制复合材料承力结构广泛应用的一个关键因素在于这种材料很容易因钻孔导致高报废率。但如果使用黏合剂代替铆钉,这一问题几乎就不存在了,因为所需的钻孔数量非常少。利用胶接技术制造的中机身段要比预期使用的传统技术(主要是铆接技术)更简单,使用的结构部件数量更少,而且ATLA估计正在进行试验的结构件要比同样的铆接结构轻10%,但并未透露使用复合材料后具体减轻了多少重量。
日本“未来战斗机”复合材料中机身强度试验样段
大推力发动机技术进展
XF9-1发动机是日本为下一代战斗机研制的小涵道比涡扇发动机,2018年11月21日美国《航空周刊》报道XF9-1发动机已经达到了要求的11000kgN最大推力和15000kgN的加力推力。这一里程碑的实现表明,至少在验证机形式下,日本已经生产出了第一台大推力战斗机发动机。按这个推力要求,XF9-1能够支撑超声速巡航的实现,但目前尚不清楚其预期的机身是否适合这种性能,而且推力矢量喷管的研究仍在进行中。
日本防卫省装备厅战斗机进气道风洞试验模型
双轴对转的XF9-1发动机在涡轮机械布局上F119发动机相同,具有三级风扇、六级高压压气机以及单级高压和低压涡轮。XF9-1的涡轮进口温度很高,在与讨论会同期举行的展览会上播放的视频中,温度显示已超过1800℃。发动机采用如此高的涡轮进口温度,估计是由于XF9-1发动机需要通过减小直径从而降低机身阻力,而减少直径将减少空气流量,为了不减小推力而需要采用高温轮进口温度。
XF9-1大推力涡扇发动机
内埋弹舱技术进展
武器内埋是提高隐身性的要求之一,因此日本从2010年后实施了“武器内装化空气动力技术研究”“武器投放隐身化研究”项目。目前已完成可在超声速条件下投放悬挂物的武器舱设计,并通过测试验证了武器舱的空气动力学和机械性能。
风洞测试表明,目前设计的武器舱能够在超声速飞行速度下发射武器,此前有报道称防卫省已经进行了Ma1.4情况下发射空空导弹的测试。日本今年已经验证了他们设计的液压机构的运行情况,为此建造和测试了一全尺寸的武器舱模型,可携带与“流星”导弹大小相当的6枚导弹,两个小型的侧弹舱可分别携带一枚近距导弹。
日本的全尺寸武器舱测试样段
日本“未来战斗机”武器舱的一个关键设计目标是以很高的速度(未公开)完成开舱门、武器弹射、发射架收回和关舱门四个步骤。目前常不清楚日本做到何种程度,但雷神公司已经对F-22的舱门开闭时间表示:如果你眨眼,就错过了它。至于舱门开闭运动之间的弹射过程,而且科巴姆公司称F-22的导弹弹射发射器释放挂载并收回的时间不会超过0.3s。另外,F-22的LAU-142/A发射装置可将AIM-120“导弹以40g的过载加速到9米/秒的分离速度。
近年来,日本工程师在川崎重工P-1海上巡逻机上曾设计过一个用于亚声速投放的武器舱,但是从飞机内部超声速投放还是第一次,预计可能存在较多的困难需要克服。