夏 宇

選型之爭：回顧F-22贏得美軍第五代戰(zhàn)機計劃

夏 宇

F-22猛禽戰(zhàn)斗機，由美國洛克希德·馬丁公司、波音公司和通用動力公司聯(lián)合研制，是世界上第一型第五代戰(zhàn)斗機。20世紀80年代，蘇聯(lián)研制的蘇-27和米格-29開始具備作戰(zhàn)能力，威脅到了擁有F-14雄貓、F-15鷹、F-16戰(zhàn)隼、F/A-18大黃蜂等優(yōu)秀戰(zhàn)斗機的美國。為了應(yīng)對來自蘇聯(lián)的空中威脅，美國空軍于1983年正式啟動了研制下一代具有空中優(yōu)勢的先進戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)斗機（ATF）計劃。洛克希德·馬丁公司領(lǐng)導(dǎo)的洛克希德/波音/通用動力聯(lián)合小組正是其中的競標(biāo)者之一，設(shè)計的是1132型ATF方案，編號為YF-22A。競爭對手是諾斯羅普公司領(lǐng)導(dǎo)的諾斯羅普/麥道公司聯(lián)合小組的N-14型設(shè)計方案，編號為YF-23A。在長達8年的時間里，YF-22A與YF-23A展開了激烈的角逐。1991年4月23日，美國空軍部長唐納德·賴斯宣布洛克希德聯(lián)合小組的YF-22A方案獲得ATF競爭的勝利，并決定采用普拉特·惠特尼公司研發(fā)的YF119-PW-100發(fā)動機作為F-22戰(zhàn)斗機的推進系統(tǒng)。

從兩家公司實力來看，兩家公司都是美國軍火界的巨頭，洛克希德公司曾為美國空軍研制出了P-38、F-80、SR-71、C-130、F-117和F-104等一系列優(yōu)秀軍用飛機，而諾斯羅普研制出了A-6、B-2、EA-6B、E-2C和F-14等軍用飛機。從試飛結(jié)果來看，兩種飛機雖各有千秋，但都基本符合美國空軍提出的戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)斗機的要求。那么，為什么是YF-22A和F119組合競標(biāo)成功了呢？

招標(biāo)模式

1986年10月31日，美國空軍宣布洛克希德和諾斯羅普獲得了制造原型機的資格，并分別與這兩家公司簽訂了價值約6.91億美元的研發(fā)合同。根據(jù)合同要求，兩家公司將分別制造兩架原型機，一架裝備YF119發(fā)動機，另一架則裝備YF120發(fā)動機，然后根據(jù)4架原型機的試飛結(jié)果，從中選出優(yōu)勝者。

機體標(biāo)準 1971年，在美國空軍戰(zhàn)術(shù)部隊的“1985年戰(zhàn)術(shù)空軍研究（1969-1970）”（TAC-85）項目研究報告中，提出了新一代戰(zhàn)機的概念原型，并稱之為ATF。雖然還只是一個相當(dāng)模糊的概念，但可以看作是美國向下一代戰(zhàn)機邁進的第一步。1983年9月，美國空軍提出了ATF的設(shè)計概念，立即就有7家公司投標(biāo)，ATF系統(tǒng)計劃辦公室分別與它們簽署了價值100萬美元的合同。這7家公司是：洛克希德公司、波音飛機公司、通用動力公司、諾斯羅普公司、格魯門宇航公司、麥克唐納·道格拉斯公司以及羅克韋爾國際公司。美國空軍要求，除了保持現(xiàn)有戰(zhàn)斗機的加速性能等，新一代戰(zhàn)機要具有低可探測性、高機動性、超聲速巡航能力和超視距作戰(zhàn)能力，同時要可靠性高，維修保養(yǎng)方便，成本低，還要能做到先敵發(fā)現(xiàn)、先敵發(fā)射、先敵摧毀。為此，ATF系統(tǒng)計劃辦公室制定了一套明確要求，包括動力推進系統(tǒng)、高壓液壓系統(tǒng)、高度集成電路、共享天線、座艙顯示、人工智能、推力矢量操縱系統(tǒng)、短距起降、集成電子戰(zhàn)系統(tǒng)、混合傳感器和機載氧氣發(fā)生系統(tǒng)等。

1986年，美國空軍宣布洛克希德和諾斯羅普兩家公司勝出，并建議落選的3家公司與獲得資格的2家公司組建團隊，參與設(shè)計，以分攤成本和損失，并共享利潤。隨后，洛克希德、波音公司和通用動力3家公司聯(lián)合在一起，與諾斯羅普和麥道公司組成的聯(lián)合小組競爭。

發(fā)動機標(biāo)準 發(fā)動機被稱作是戰(zhàn)斗機的“心臟”，某種程度上會直接決定戰(zhàn)斗機的整體作戰(zhàn)性能。伊拉克戰(zhàn)爭期間，F(xiàn)-15鷹式戰(zhàn)斗機大顯身手，尤其是在打擊飛毛腿導(dǎo)彈系統(tǒng)的過程中，表現(xiàn)搶眼。F-15采用的F110發(fā)動機設(shè)計相當(dāng)先進，單臺發(fā)動機靜推力65.2千牛，推重比7.8，能左右互換安裝，為F-15的超強性能奠定了堅實的基礎(chǔ)。為了能滿足第五代戰(zhàn)機的要求，ATF系統(tǒng)計劃辦公室制定了詳細的發(fā)動機性能指標(biāo)：不加力狀態(tài)下達到馬赫數(shù)1.5～1.6；發(fā)動機推重比達到10左右，單臺發(fā)動機推力達到13噸力以上；有充足的喘振裕度，能實現(xiàn)無限制操作；零件少，維修成本低；全壽命期成本比F110降低25%以上，耐久性比F110提高2倍；全面優(yōu)化發(fā)動機的可操作性、耐久性、可靠性、維修性。1987年6月，美國空軍對發(fā)動機提出了進一步的需求，要求發(fā)動機的加力推力在原基礎(chǔ)上提高20%，達到15600千克力，中間推力達到10500千克力。

1983年9月，美國空軍分別與通用電氣和普拉特·惠特尼兩家公司簽署了一份為期50個月的合同，并各提供了2億美元，用以設(shè)計制造先進的動力推進系統(tǒng)。1983年12月，兩家發(fā)動機制造商正式加入ATF計劃，普·惠公司以PW5000（XF119）型發(fā)動機，通用電氣以GE37（XF120）型發(fā)動機展開競爭。1990年12月，PW5000型ATF發(fā)動機編號為YF119-PW-100，GE37型ATF發(fā)動機正式編號為YF120-GE-100。

激烈的飛行競爭

YF-22A與YF-23A之間的的競爭，并不是通過空中決斗的方式，更多的是通過計算機模擬，比較兩種飛機的性能數(shù)據(jù)。

俄羅斯的蘇-27戰(zhàn)斗機

ATF試飛 諾斯羅普公司研發(fā)的YF-23A于1990年7月率先亮相，在愛德華茲空軍基地進行了低速滑行試驗。8月底，進行了首次試驗飛行。11月14日，第一架YF-23A飛至12800米高空時速度達到馬赫數(shù)1.43，在后來的飛行中更是達到了馬赫數(shù)1.6。到1991年2月底，YF-23A共進行了50次試驗飛行，在第4次試飛中，YF-23A進行了空中加油試驗。但直至試驗飛行結(jié)束，YF-23A也沒有進行導(dǎo)彈發(fā)射和大攻角機動飛行。

YF-23A試飛的兩個月后，9月29日，YF-22A開始試飛。洛克希德公司安排了史上最為緊湊的試驗飛行，兩架YF-22A原型機在60天的時間內(nèi)進行了74次試飛，結(jié)果比YF-23A結(jié)束試飛整整提前了兩個月。11月3日，YF-22A在試飛中速度超過馬赫數(shù)2，率先達到超聲速巡航速度要求。12月，YF-22A成功發(fā)射了兩枚空空導(dǎo)彈。為了突出YF-22A的優(yōu)越性，洛克希德公司更是安排了10個架次的攻角機動飛行，包括45度壓坡度飛行、360度翻轉(zhuǎn)、垂直爬升和垂直俯沖。這種攻角試驗飛行充分顯示了YF-22A良好的機動性能。通用動力公司試飛員喬恩·比勒斯說：“我讓這架飛機作何種動作，它就完成什么動作，并且從來不會違背我的意愿”。

推進系統(tǒng)的比較 普·惠公司設(shè)計的YF119采用常規(guī)設(shè)計，強調(diào)應(yīng)用現(xiàn)有成熟技術(shù)。YF119涵道比為0.2～0.3，屬于雙轉(zhuǎn)子渦輪風(fēng)扇發(fā)動機，與F120發(fā)動機相比，F(xiàn)119結(jié)構(gòu)更加簡單，耐久性提高了兩倍，零件減少了40%，壽命延長了50%，發(fā)動機總增壓比提高了40%，無加力狀態(tài)下的推力提高了61%，開加力狀態(tài)下的推力增加了47%。為了減輕重量，提高推重比，F(xiàn)119在設(shè)計上不斷創(chuàng)新，包括二維矢量噴管、空心風(fēng)扇葉片、阻燃鈦合金、不同材料焊接的渦輪轉(zhuǎn)子、非金屬不冷卻的熱端部件、復(fù)合材料風(fēng)扇進口機匣等。值得注意的是，YF119零件雖比現(xiàn)有戰(zhàn)機發(fā)動機零件少，卻更耐用，在無加力超聲速巡航狀態(tài)下能運行更長時間。

YF120于1983年開始研制，設(shè)計上要比YF119要激進一些，其涵道比為0～0.25，推力達156千牛。F120發(fā)動機的特點在于采用了可變循環(huán)技術(shù)，可以實現(xiàn)多種熱力循環(huán)，能在渦噴和渦扇等模式下相互切換，即使在超聲速巡航速度下，也表現(xiàn)出了很高的燃油使用效率。YF120還有一個特別之處，就是采用雙轉(zhuǎn)子、無葉片、對轉(zhuǎn)的渦輪。YF120在美國空軍阿諾德工程發(fā)展中心進行測試時，創(chuàng)造了37小時的試驗時間記錄和875000個破紀錄的試驗數(shù)據(jù)。

YF-22A與YF119組合成功競標(biāo)

洛克希德和諾斯羅普兩個聯(lián)合小組創(chuàng)造出了兩種性能卓越，都有可能正式成為美國第五代戰(zhàn)機的原型機。發(fā)動機方面，經(jīng)過一番驗證試驗，YF119發(fā)動機成功入選新一代戰(zhàn)機推進系統(tǒng)。美國空軍指出，YF120變循環(huán)發(fā)動機盡管油耗較低，但是機體較重、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，從而導(dǎo)致發(fā)動機的維護成本高。而且，YF120發(fā)動機技術(shù)還不夠成熟，存在較大的技術(shù)風(fēng)險。

根據(jù)已公開的資料，YF-23A原型機在許多方面都比勝出的YF-22A要好一些，YF-22A僅在低速可操縱性超過了YF-23A。那么，美國空軍為什么會選擇YF-22A呢？

一是洛克希德公司對未來空戰(zhàn)作出了合理預(yù)估。YF-22A計劃的主管普羅頓說：“要想在2l世紀保持空中優(yōu)勢，飛機必須保證既能有效地進行超視距作戰(zhàn)，同時又可以有效地進行近距離的空中格斗。”空戰(zhàn)中，作戰(zhàn)雙方都希望己方能在對方視野之外發(fā)動攻擊。但自空戰(zhàn)誕生以來，任何一場空戰(zhàn)，最終作戰(zhàn)雙方都會進入對方視野內(nèi)，這時，機動性能就顯得尤為重要了。當(dāng)時美國空軍也無法保證未來空戰(zhàn)中不會有近距格斗。YF-22A具有高敏捷性和高爬升率，它的發(fā)動機尾噴管具有轉(zhuǎn)向能力，使其能完成其它戰(zhàn)機無法完成的機動動作。試飛員比斯利說：“這種良好的機動性是因為YF-22A采用了推力矢量和反推力二元噴管的緣故?！倍鳼F-23A過度重視高隱身性，忽視了戰(zhàn)機的機動性能。隱身戰(zhàn)機必須采用內(nèi)置彈艙，這就會增加橫截面積，也會增加阻力，不利于超聲速巡航。而且，戰(zhàn)機的隱身性能對武器裝載的靈活性、戰(zhàn)機的機動性和制造成本等都有影響，過分強調(diào)隱身性，最終可能會對戰(zhàn)機的整體作戰(zhàn)性能造成損害。

兩架美國F-15鷹式戰(zhàn)斗機在飛行

YF-22猛禽戰(zhàn)斗機最終贏得美軍第五代戰(zhàn)機計劃

二是YF-22A實用性更強。冷戰(zhàn)結(jié)束后，總體而言，美軍在技術(shù)研發(fā)上超前，但是在生產(chǎn)定型上偏保守。對于美國來說，最先進的并不一定是最好的，只有在技術(shù)先進和風(fēng)險可控上達到平衡的才是最合適的。時任美國空軍部長唐納德·賴斯曾指出，YF-22A與F119的組合“顯然以更低的成本提供了更好的性能，從而能為空軍提供最好的價值”。洛克希德聯(lián)合小組采用相對平衡的設(shè)計，注重自持作戰(zhàn)能力，且在設(shè)計中加入了許多可靠性、可維修性和保障性功能。YF-22A安裝了二元矢量噴管，在機動性，尤其是在大仰角和較低速的機動性和可控性方面大大超過了YF-23A。相比之下，YF-23A總體設(shè)計更加先進，但與此同時研發(fā)風(fēng)險和使用風(fēng)險就比相對保守的YF-22A要大得多。YF-23A雖然也采用了內(nèi)置彈艙設(shè)計，但它的量產(chǎn)機型卻需要延長機身才能再加入一個彈艙。YF-23A還采用了過于超前的氣動布局，給戰(zhàn)機的可控性和整體性能帶來了不確定性。而且為了省錢，YF-23A原型機的座艙和前起落架來自F-15，主起落架組件來自于F-18大黃蜂戰(zhàn)斗機，座艙也沒有裝配大屏幕顯示器。

三是洛克希德聯(lián)合小組工業(yè)上的表現(xiàn)更優(yōu)。洛克希德公司在競標(biāo)ATF項目之前，按時研制出了F-117夜鷹隱身攻擊機，該機參加過海灣戰(zhàn)爭、科索沃戰(zhàn)爭、伊拉克戰(zhàn)爭等軍事行動，是世界上第一種可用于正式作戰(zhàn)的隱身攻擊機。并且YF-22團隊當(dāng)中還有波音公司這種在大型飛機研發(fā)和生產(chǎn)上非常有話語權(quán)的公司。相比之下，諾斯羅普研制的B-2幽靈隱形轟炸機在投入服役10年后，才于1999年首次參加實戰(zhàn)。B-2轟炸機一共生產(chǎn)了21架，單架造價高達24億美元，如果以重量計算的話，比當(dāng)時的黃金還要貴2～3倍。有記者指出，1991年，海灣戰(zhàn)爭中，美國沒有使用B-2轟炸機，可以看出 美國對B-2存在某種擔(dān)心。而且，諾斯羅普合作伙伴麥道公司曾在A-12復(fù)仇者海軍轟炸機研制上出現(xiàn)過大問題，A-12原型機重達30噸，超出設(shè)計要求30%，不能滿足在航母上起飛的要求，且成本嚴重超支，繼續(xù)研究將花費美國海軍3年軍費的70%，因此美國海軍最終不得不于1991年7月終止了該計劃。

責(zé)任編輯：張傳良