扒下日本心神戰機技術先進的「畫皮」

心神出廠展示在日本防衛廳的編號中，「心神」正式項目名為ATD-X（Advanced Technological Demonstrator-X Project），意為先進技術驗證機X方案。ATD-X計劃開始於2000年，在F-2戰鬥機開始交付以後，三菱重工名古屋航空製作所需要新的項目來維持研發能力，也需要有新的產品接班F-2來保證生產線不關閉。因此，日本防衛廳提出了ATD-X項目，由防衛廳技術研究本部第三技術開發室領導，三菱重工作為主承包商。整個方案基於低雷達反射截面（RCS）原則，因此參考了美國的F-22和F-35飛機的傾斜式機身側壁，傾斜垂尾，大量使用複合材料。本身是作為一種小型的驗證機開發，因此尺寸和重量遠小於F-22和F-35。2005年，防衛廳最早公開了32:1的縮比模型，2006年5月公開了5:1縮比模型，2006年春開始到2007年11月，四架45公斤重的縮比模型在北海道大樹町的航空公園進行了40次試飛。2006年11月，在東京都巨型的平成18年研究發表會上，正式公布了「心神」這個名稱，之後2007年8月24日公開了帶折流板推力矢量系統（TVC）的模型。在此之後，正式批准了項目的開發預算，進入了正式開發階段。2008年開始執行的6年期預算達到了466億日元。2012年3月27日，三菱重工開始生產試飛用機體，三菱重工自己負責機體和總裝，富士重工負責機翼，川崎重工負責座艙。中間多次宣布將要首飛又多次推遲，直到最近這一次宣布2月中將進行首飛。

心神縮比模型

心神風洞模型從設計和製造上來說，ATD-X基本上是基於80年代後期的隱身和氣動研究水平設計的，總體來說就是YF-22的隱身-氣動設計和X-31的飛控設計。而其方案本身是純粹的驗證機，並沒有保留武器艙的空間，同時期機頭錐空間極少，無法安裝多功能火控雷達。美國在JSF聯合攻擊機項目競標的時候，F-35的驗證機X-35就是類似的設計，不帶大型電子設備，取消彈倉，以儘可能降低驗證機成本和縮短開發周期。作為一種驗證機來說，我們也能看到很多有趣的地方，比如說，心神的座艙蓋，來自負責開發座艙的川崎重工原有的T-4高級教練機，而起落架則來自負責機體生產的三菱重工，原有的T-2/F-1教練/戰鬥機系列。這樣的設計思路，其實相當常見，比如說第一種隱身戰機F-117在正式研製之前，洛克希德公司先做了HAVE BLUE驗證機項目以驗證隱身性能和飛控控制律，而其發動機是借用的海軍T-2教練機的發動機庫存，彈射座椅和電傳飛控系統電子部件來自從通用動力商借的F-16部件，舵面液壓作動器則來自F-111，導航系統是從B-52上拆下來，平顯來自F/A-18，起落架來自F-5。諾斯羅普在研製YF-23驗證機時，也大量使用了其他飛機的零部件。

拼湊而成的HAVE BLUE驗證機，成就了F-117的輝煌

F-117隱身攻擊機

來自T-2/F-1的前起落架

來自T-4的座艙蓋不過心神在使用大量現有分系統的同時，還相當大膽的直接採用了全新的XF-5發動機和折流板推力矢量系統，這就讓人覺得有些不知所謂了。眾所周知，發動機是飛機項目里風險最高，難度最大的一個，因此在驗證機項目最好是儘可能降低風險。XF-5的大涵道比型號裝在P-1反潛巡邏機上，剛剛經歷了全部四台同時停機的故障，而裝在進氣條件更加惡劣，工作狀態更為極端的戰鬥機驗證平台上，真的合適嗎？

XF-5的大涵道比版F7，剛剛經歷四發停機事故同時，XF-5也不是什麼要達到性能必須採用的高性能發動機，其採用3+6+1+1的結構，即三級風扇、六級高壓壓氣機、一級高壓渦輪和一級低壓渦輪，重量644千克，推力5000千克，推重比7.8，號稱渦輪前溫度1600攝氏度。就推重比來說，如果是大型渦扇，7.8是相當高的水平，而3+6+1+1在大型渦扇裡面更是和F-22猛禽的F-119發動機匹敵的先進結構。但是XF-5是小推力渦扇，無論是7.8的推比還是3+6+1+1結構都只能說是差強人意，美國80年代生產的F-124發動機就採用了3+5+1+1結構，其加力版F-125應用在中國台灣地區生產的IDF戰鬥機上，而中國L-15教練機使用的AI-222發動機，也以比XF-5低得多的溫度（1200攝氏度）就實現了7.6以上推重比。

XF-5，迷之發動機實際上有個更為極端的例子，在美國大量教練機、無人機還有出口的F-5戰鬥機上使用的J-85發動機，是一種50年代的老式單轉子小型渦噴發動機，渦輪前溫度只有區區977攝氏度，推比就達到了7.32。以XF-5宣布的渦輪前溫度來看，他的渦輪前溫度跟EJ200和M88-3這樣推比9以上的中等推力發動機相當，作為小推力發動機應該可以達到10以上推比，才算是正常水平。小推力發動機天生就應該推比高，而XF-5號稱應用了非常先進的技術，但是卻性能如此弱，那必然有其不可知的秘密了。而將這種問題多多的發動機直接用於心神，很可能是因為開發過程中不順利導致超支嚴重，需要XF-5這個題材來堆國會講故事，套取更多開發資金。而更讓人看不懂的是折流板式推力矢量系統，折流板在防空導彈上用得比較多，各色垂直發射的防空導彈在發射後一般都靠折流板來快速轉向對準目標，而空空導彈也有不少利用折流板來實現大離軸角發射。但是在飛機上使用折流板，歷史上只有X-31驗證機一個獨苗，而且驗證的結果也是說折流板導致推力損失過大，不適合飛機使用，日本為何偏偏要搞這思路？實際上在後面將要提到的F-X戰鬥機方案中，日本方面採用的是三元軸對稱噴管方案，那為什麼還要在心神上驗證折流板？為了論證折流板方案不適合飛機使用？從這個方面來說，很可能是80年代以來持續投入資金研製折流板，而最後發現落後於時代，需要追求領導責任，因此必須要搞出來一個飛機試飛一把，證明我們過去二十幾年沒有白白浪費資金吧。

X-31驗證機的折流板

飛行狀態

R-73導彈和尾部折流板心神還有一個大賣點是大量使用複合材料，但是最近幾年三菱剛好在複合材料上出了大丑。三菱開發的MRJ支線客機，研製初期號稱是全世界複合材料比例最高的商用飛機，高達68%的比例。但是在研製過程中，複合材料結構部件設計生產上問題不斷，最後直接降到6%這個80年代客機水平，遠遠低於新生代的其他客機，嚴重超重。而且超重也就罷了，在因為拖延多次取消首飛後前段時間MRJ終於首飛成功，然後很快又宣布因為機翼強度不足將重新進行大改，日本航空工業不光解決不了複合材料結構設計施工問題，連金屬結構機翼的強度都無法保證，實力可見一斑。

MRJ原型機，已經多次取消首飛日本東麗是世界上最大最強的碳纖維生產商，但是碳纖維/環氧樹脂複合材料不是只有碳纖維就可以了，還需要優秀的設計和加工能力，日本尤其是三菱重工在這方面只有劣勢沒有優勢，過去的F-2戰鬥機複合材料機翼就是美國洛克希德公司代為設計的，而心神以及未來的F-X會怎麼樣？而且複合材料需要大量一對一定製的專用加工設備，更適合大批量生產而不是小批量驗證，在成本壓力較低的情況下，使用價格高但是使用方便的鈦合金材料恐怕才是更好的選擇。以上這些問題可能是管理上的問題，而更大的問題來自於隱身，從心神和日本多款隱身飛機模型來看，日本方面的隱身設計用一塌糊塗來形容都有點輕了。心神的尾部折流板，就已經是一個非常巨大的反射源了，其作動機構足以把一切隱身努力都付諸東流。

流板本身和其操作臂，都是巨大的反射源而F-X項目更為誇張，24DMU方案沿用了YF-23的機身和尾翼設計，但是換用了接近平直的機翼後緣，這樣機翼後緣和尾翼不平行，很容易形成強散射源，25DMU套用了YF-22的機身和尾翼，機翼卻一樣是平直後緣，而且機翼前緣和平尾前緣後掠角還不一樣，也很容易出問題。F-22和F-35採用的是同側機翼前緣和平尾前緣平行，機翼後緣和平尾後緣平行，而J-20是機翼前緣和同側鴨翼前緣平行，機翼後緣和對側鴨翼後緣平行的模式。只要是隱身設計，就必須要遵循這個原則，而日本F-X項目這麼搞，就有點讓人完全搞不懂了。

對比日本F-X方案和F-22的機翼-尾翼平面布局當然，從日本公布的F-X項目模型來看，他們還想雄心勃勃想要搞出F-22這麼大的戰鬥機，據美國《航空周刊與空間技術》網站2016年1月21日報道，日本計划到2030年左右裝備下一代F-3戰鬥機，其發動機的核心機即將開始製造，類似於F-119，還會採用各種看起來就不明覺厲的技術，雖然說完全搞不懂日本人為什麼重新用傳統的熔模鑄造渦輪盤，而不是用性能更好的粉末冶金（筆者私下認為可能是哪一家鑄造企業經營不善，需要扶持）。但是以心神這神神叨叨的研發，還有之前各個構型方案的粗糙來說，日本第四代戰鬥機發展，還早得很……而且從諸方案，尤其是25DMU來看，其採用機翼後緣平直甚至略帶後掠的設計，比起F-22J-20這樣的機翼後緣前掠方案來說，展弦比更大，巡航升阻比更高，但是超音速下機翼剛度不足，更適合作為亞音速打擊機，也就是類似F-35，同時其也和F-35一樣採用了襟副翼設計，而不是獨立的襟翼和副翼，滾轉性能不足，靈敏性差，不適合制空作戰。從這個角度來說，日本對於未來戰鬥機的需求，還是接替F-2作為攻擊機，而不是口頭號稱的所謂日本F-22。實際上在日美安保條約的框架內，日本主要作戰裝備都是依託美國的核心系統搭建的，只有一些美國人不在意的系統才是各種自主研發。而自主研發在自衛隊的小規模採購條件下，實際上更多的是一種保存科研能力或者說向公眾表示自己還有科研能力的手段，並不以其為真正的戰鬥力，而是一種防衛廳與各個大型企業之間的分肥活動。從這個角度理解，日本搞什麼自研武器的套路，其實都很明晰了，因為到最後無論如何都是要靠自己買的F-35還有美國部隊的F-22撐場子，而自研裝備多強多弱都不影響大局，那幹嘛不與人方便自己方便，多搞點利益相關部門的東西塞進去？
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