问需求，看六代机技术瓶颈

继美国的先进战斗机F-22全面交付部队并已停产，中国在研的新型战斗机歼20已进入小批量试生产阶段以来，第五代战斗机的性能指标逐渐被坐实，超声速巡航、超视距空战、超机动飞行、超低可探测性的“4S”指标成为外界对第五代战斗机的判定标准。与中国“装备一代、研制一代、预研一代”的军工产品发展思路相似，第六代战斗机的概念提案已经进入许多国家的研究所、实验室内，关于下一代战斗机的功能特性和技术指标，不同国家的各机构也提出了自己观点。但主流观点认为，第六代战斗机特征条件将基本具有：1.超越五代机的隐形能力和超声速巡航能力；2.采用有源相控阵或更先进的雷达技术；3.采用例如激光等定向能防御与拦截的主动攻防武器；4.具有高感知能力的通信、协同指挥作战电子系统；5.具有空天—体机动能力的动力系统。

不过根据第五代战斗机的研发与装备历程，作为世界第一大经济体的美国都因不堪高昂的造价和维护费而三番降低F_22装备数量，那么世界其他各国想要拥有五代机甚至六代机，恐怕只能心有余而力不足。而有财力、有技术储备且有需求研发六代机的国家似乎只有中美英法俄这5个联合国常任理事国，这其中英国因与美国的同盟关系而不必自行独立研发，法国也有可能与欧盟一起共同研发六代机。但即使能力再强大，对六代机的需求与标准的认定也使这些国家不得不面对一些共同的技术难题，需求带来的技术瓶颈阻碍着新机研发之路。这其中摆在首位的就是飞机的心脏—一发动机。

空天一体的动力瓶颈

“只要动力强，搬砖能上天”这句航空发动机领域的行话被以色列空军F-15的那次断翼飞行完美演绎，这得力于美国普惠公司F100的强劲动力。上世纪80年代，伴随美国空军提出的“先进战术战斗机”计划，为现在已经成军的F-22量身打造的普惠F119加力涡轮风扇发动机自1997年正式装备至今，都是战斗机发动机型号里最先进的一款。F119-PW-100发动机高达170干牛的推力以及超过10的推重比为F-22带来了无与伦比的机动性能和超声速巡航性能。F119的性能在传统涡扇发动机领域已经登峰造极，普惠在其基础上又研发出F135——F-35“闪电”战斗机的发动机，其最大推力超过18吨。F135的诞生使航空发动机在涡轮风扇结构领域几乎没有更多可以升级的空间，为了实现第六代战斗机“空天一体”的作战性能，发动机的研制必须另辟蹊径，才可能有所突破。变循环与超燃冲压发动机再次被摆在桌前。

与其他武器装备的发展脉络相同，变循环发动机这一概念也经历了漫长的试验和发展。所谓变循环，即通过改变发动机相关部件的几何形状、尺寸或位置来改变气体流路结构，调节发动机空气流量、增压比、涵道比等循环参数，以适应飞机的各个飞行阶段或状态。

2014年，美国通用电器公司（GE）公布了一组在俄亥俄州埃文代尔实验室进行的自适应变循环发动机（ACE）样机测试画面。与GE之前因可靠I生问题在F-22战斗机动力竞争中落败的F120相比，这款在F120基础上发展出的ACE重新开启了发动机的变循环之路，也为六代机所追求的发动机效率提供了可能。

相比以往产品，自适应变循环发动机外涵道更宽，涵道比变化程度超过1.0（非自适应变循环发动机仅为0.3～0.5），这使其耗油量进一步降低。ACE通过更加复杂的结构，实现了多个可调几何机构协同匹配各涵道流量的设计，避免因多余气流无法通过发动机而产生的溢流阻力，使发动机拥有了更强的环境适应性。2007年，美国开启多用途先进涡轮发动机计划（VAATE），正式启动ACE的研制工作，目前已经完成了理论验证，预计2017年开始整机验证试验。

采用新理论设计的ACE发动机在军用飞机领域有较大的应用前景。对轰炸机而言，更远的航程和更快的突防速度是永恒的追求，美军如果想发展比B-2更先进的轰炸机，以ACE为动力似乎是不二之选。

动力永远与油耗有关，随着全球化石能源的日渐消耗，即便是在对经济指标要求并不高的军事领域，人们还是希望未来的军用航空发动机能在提供强大动力的同时降低油耗。为此，美国空军研究实验室（AFRL）也将大量科研经费投向发动机推进技术领域。该实验室与GE公司合作，旨在为ACE发动机在不同巡航阶段提供不同的燃油供给，以求实现各阶段的最佳油耗。AFRL希望该项研究能为战机提升25%的燃油效率，这可使飞机航程扩大35%，从而减少战斗机对加油机的依赖。

外界曾有人预测，GE公司研发的ACE发动机未来可能会用于F-35发动机的升级。这样的预测不无道理，因为没有哪一款全新代级的战机在一开始就会使用全新理念设计的发动机，所有新设备都会逐一在成熟机型上一步步试用，这有助于降低风险和促进技术成熟，最终促成规模化的发动机转化方案。

与ACE技术不同，美国洛克希德·马丁公司在今年3月宣布，其处于预研阶段的6倍声速军机取得突破性进展，该公司首席执行官玛丽莲·休森称，“我们正在打造一种可控、低阻力的气动飞行器，它可在起飞时的亚声速阶段和后续的跨声速、超声速以及高超声速阶段稳定工作，最高速度可达6马赫。”

这种高超声速飞行器显然采用了冲压发动机技术。由于没有活动组件，冲压发动机与一般喷气发动机比较起来，重量较轻，结构也比较简单。但冲压发动机适合的工作环境是在2马赫或以上速度，最低启动速度也大约在此界线。随着速度逐渐增加，气体的冲压效应在3马赫时效率会大幅高过涡轮喷气发动机，而此时的涡轮喷气发动机受限于超温往往已经无法工作了。但冲压发动机在燃烧阶段，进气气流的速度仍然需要经过激波减速在声速以下，否则燃烧过程将无法维持。新一代的冲压发动机称为超声速燃烧冲压发动机，这种发动机的气流在燃烧阶段还是维持在声速以上的速度，在技术难度上更高，也是目前发动机公司重点研发的对象。

定向能武器的物理门槛

第六代战斗机的标配武器似乎应该与目前广泛使用的机载武器，如导弹、炸弹、电子战吊舱等有显著区分，激光类高能定向武器似乎是不二之选。美国曾于2004年在一架改装的波音747-400F飞机上测试过兆瓦级的氧碘化学激光武器系统，这套名为YAL-1机载激光系统的飞行平台主要用于测试拦截战术弹道导弹，并在之后的测试中成功击毁过多枚导弹。后因预算缩减与技术问题，项目被迫终止。

试验证明，采用机载激光定向能武器的确可以击伤、击毁一些设备，但是谈及将激光武器应用于第六代战斗机，以满足六代机在高超声速、高机动飞行时所需的打击能力，似乎还为时尚早。

首先，外界最常讨论的将机载激光武器用于弹道导弹拦截，如果此项功能成为六代机选配甚至标配，实数大材小用。因为使战斗机拥有拦截弹道导弹的能力，用以应对完全处于未知状态的弹道导弹打击，经济性实在太差，不如继续发展当前的三基反导系统与少量的大型机载激光系统。此外，当战争发展到需要使用弹道导弹相互打击的阶段时，战斗机存在的意义已经不大。因此是否为六代机标配具有反弹道导弹的定向能武器，还值得商榷。

其次，激光武器能否安装在战斗机上，以及能获得怎样的打击与防御能力，也是人们现在正在探讨的问题之一。激光武器具有反应时间短，可迅速变换打击对象，灵活处置多目标的优点，但其缺点也十分明显。受雨雪雾天气影响不能全天候作战，受大气能量吸收、大气扰动能、热晕效应、湍流以及光速抖动引起的能量衰减，激光武器即使使用自适应光学系统进行大气扰动补偿，效果也未能令人满意。这也是美国机载激光项目下马的重要原因。

第三，最为致命的功率一体积/重量问题，在能量储存设备难以微型化的问题解决之前，难以实现大规模应用，更不要提将其安装在“寸土寸金”的战斗机上。这方面，化学激光器效能最差，新的固体和液体激光器虽有很大提高，但体积重量依然无法满足战斗机装载。同时，激光储能器的补给也是一个摆在科研人员面前的大问题。目前，飞机上所有电能供给都来自飞机发动机，发动机通过附加机匣将涡轮的一小部分动力输出，用于机载电器与液压设备。以F-15E的功率为例，其电源功率约100千瓦，除去雷达、航电、火控、舵面控制、空调系统外，几乎没有太多能源可以供给激光器，而激光器一次至少需要100千瓦能量。

最后，即便定向能武器最终能够成为第六代战斗机的武器标配，其应用方式也是一个避不开的问题，因为人们可以改变储能方式，却不能改变大气物理特性，大气的干扰导致100千瓦级激光武器只能用于10干米以内的近距离空战。在推崇视距外结束战斗的当下，这样的杀伤距离与AIM-120C的120干米有效射程是量级上的区别，因此将激光武器安装在战机上，似乎只能利用其敏捷性的特点进行近距缠斗攻击与防御来袭导弹。

值得高兴的是，激光器小型化目前已经取得了一些进展，目前，美国通用原子公司研制的HELLADS激光系统已经将发射每千瓦光束所需的储能器重量降至重量5千克，体积3立方米。其150千瓦级激光武器系统的重量控制在2000磅（907千克）一下。通用原子能公司发言人表示，这是目前单位重量下高能激光功率的世界纪录，这使激光武器距离登机更近一步。在美国国防高级研究计划局的支持下，这些激光武器的性能还在不断提升，并有望在2020-2025年左右投入实用。

隐形性能的客观矛盾

所谓隐形，是指机身表面涂有可吸收雷达波的材料，从而降低可探测性达到雷达隐形的目的，通过特殊的外形设计同样可以降低雷达波的反射。此外，在飞机总体设计时，也需主动限制飞机本身所发出的电子信号、热能与噪音等。因技术门槛高，目前有能力制造隐形飞机的国家仅有美国、中国等极少数国家。

以号称隐形性能最强的F-22战斗机为例，其正面雷达反射截面积（RCS）仅有0.0001平方米，而同等距离一架民航客机的RCS高达100～1000平方米。但六代机的隐形能力要比O.0001平方米更胜一筹绝非易事。

为在当前基础上进一步提升隐形能力，气动布局首先需要颠覆性设计。F-22采用常规气动布局，是当时技术条件下，人们在隐形与机动性两者之间的妥协。中国歼20所使用的吸波材料效能与F-22的相比尚不知高下，但单从气动布局来看，采用鸭翼布局的歼20隐形性能绝对低于F-22。这种布局只是为了弥补发动机的不足而做出的让步。那么如果要在机体结构上降低RCS，必须减少机体表面鼓包，如机翼舵面作动筒整流罩，减少缝隙，如起落架舱、弹舱缝隙和维护舱口等，采用一体式、内埋式铆钉，减少突出天线、空速管与外挂物等，这些都是从细节上降低RCS。宏观上，取消垂尾，主翼与平尾一体化设计则可以更大程度降低侧向RCS，如采用飞翼布局的B-2轰炸机，或电影中更为科幻的蝶形、三角形飞行器，但这样的设计会牺牲机动性，这就需要性能更加强大、具有矢量推力的发动机做支持。其次，发动机喷口的热辐射也是影响战机隐形性能的重要原因之一。红外辐射强度与温度的四次方成正比，因此，如何将性能更强大发动机排出的热气流降温也是一个问题。目前普遍采用的方法有使用S形进气和排气道，可延长热气流在机体内冷却时间；增大发动机涵道比，利用更多冷空气降低热流温度；采用红外吸波材料等。但前两项会严重影响发动机设计指标，对战机机动性也有一定影响。第三，雷达关机与无线电静默。减少使用雷达的频率，被动接收后方预警机或大型预警雷达发来的战场环境信息，可减少暴露自身位置的概率，这需要联合网络作战系统提供详实的战场信息。最后，声学与光学隐形，这是一个老生常谈的问题，在可预见的未来，战斗机无法做到声学与光学隐形。

战斗机与所有工业产品一样，使用的技术都符合科技发展的必然规律。目前，雷达技术与网络信息化技术正处于高速发展期，尚不存在难以突破的技术瓶颈。仅有以上三点——发动机、定向能武器、隐形性能，可能是第六代战斗机研发过程中难度较大问题，其中发动机问题位列首位。另外，包括战斗机在内的所有飞行器，都不能只追求某一方面的性能最优化，必须综合整体，全面进步。正如上文所说，隐形。性和机动性难以兼得，通信亦会暴露飞机动向，发动机功率左右着定向能武器的能量供给。—款飞机若求优秀，必谈整体，只有在机动性、可探测性、攻击与御性、通信与协同作战能力等多方面性能根据需求取舍，方可成为天空的翘楚。

责任编辑：陈肖