中国航发落后美30年如何发展6代机 靠该技术弯道超车(4)

关键词:6代机,航发
2019-09-24 13:28:57    观察者网

F-35的软件开发集中体现了整体开发超大型一体化软件的问题:架构庞大、复杂、僵化,开发和调试耗时费力,测试和认证困难。理论上可行的小步快跑的软件升级在实际上牵一发动全身,交替跃进的平行研发导致大量的相容性问题,还因为分批升级而造成机队的软件版本不一致,带来很多运作上的困难。敏捷的软件开发环境能做到快速开发、快速测试、快速迭代,这是DARPA领导下研究多年的先进技术,将是软件开发的革命。

开放架构在前面已经提过了。对于研发和制造而言,要求达到更高程度的“即插即用”,在理论上应该像台式电脑一样,可以从众多厂家混合选择主板、显卡、内存、硬盘等,混搭来源组装而成的台式电脑依然具有可靠的性能。但这又不是台式电脑层次的总线插接式的开放架构,而是要求在硬件、软件上都高度开放,在架构上就具有高度可扩充性,而且要能与过时系统和未来系统达到功能相容。这不仅便于研发和制造时的选择,也便于维修时的替换。

开放架构还有利于打破原厂垄断。美国军方迫使洛克希德把F-35的下一代处理器和硬件架构转由L3哈里斯公司主导,洛克希德本身反而成为众多次级竞标者之一,就是这个用意。

高度数字化的设计与制造可能成为最关键的技术。高度互联、高度精细的数字模型使得所有部件从设计到制造都能精确对接。这在分立模型时代在理论上也能做到,但实际上总是由于各种原因而丢三落四。高度数字化也使得分布式制造便于实现,外包和自制达到同样的质量标准。高度精确的模型对测试也很有用,不仅可以精确预估气动、作战性能,连装弹、维修时是否便于接近和更换都能在虚拟现实的支持下精确评估。这使得还在纸面(当然是“数字纸面”)上的时候就可以相当精确地评估全寿命使用的情况。

波音T-7A得益于高度数字化设计,在三年内完成了设计制造工作

波音T-7A得益于高度数字化设计,在三年内完成了设计制造工作

波音在T-X(现定名T-7“红鹰”)教练机项目中已经成功地应用了高度数字化的设计与制造,只用3年时间就推出全新的设计,不仅性能上超过从现有设计翻新的对手,在成本上还大幅地降低,报价只有美国空军预期的一半。

与现状相比,“百系列2.0”是一个颠覆性的概念,但颠覆只是与现状不同,不等于成功。

“百系列”的时代是一个需求紧迫、财大气粗的时代。一方面冷战压力一阵紧似一阵,另一方面美国空军“不差钱”,不怕烧钱,只怕进步不够快。但“百系列”的路上也是尸体横陈,肝脑满地。F-100勉强超过音速,操控性和稳定性很糟糕,1/4都在各种失事中损失,仅美国空军就有324名飞行员丧生。在最糟糕的1958年,就有116架F-100坠毁,47名飞行员丧生。F-101是过渡性设计,产量只有807架,在动辄几千架的50年代,连并不成功的F-102都达到1000架,这很说明问题。F-102过于野心勃勃,全自动拦截系统(将飞机自动导向目标,自动控制导弹发射)过于复杂,而且没有意识到跨音速面积律问题,最后性能要求缩水,气动上重新设计,这才投产。但马上全面大改,直到F-102B(新发动机、可调进气口、“全规格”火控)才达到原始设计要求,但变化太多太大,最后直接改名为F-106,由于防空截击概念变化,只生产了350架。三倍音速的F-103还没有走下设计图版,就被取消了。F-104在技术上高度特化,机动性和操控性糟糕,成为臭名昭著的“寡妇制造者”。德国空军损失了30%的F-104,加拿大空军46%,美国空军好点,“只有”27%。F-105号称多用途战斗机,实际上是按照轻型核轰炸机设计的,在越南被轻巧的米格折腾得痛不欲生。背部进气的F-107、三倍音速的F-108、垂直起落的F-109都下马了,F-110倒是修成正果,以后改名为F-4“鬼怪”式。F-111的故事则不必重复了。

“百系列”并非成功的故事,最成功的F-110/F-4恰好是性能均衡的多面手,尽管这最初是作为单用途的舰载截击机设计的。F-15、F-16也是一样,从专注的设计开始,但靠一专多能而取得成功。F-4是将成熟技术再包装而成的,而不是建立在若干全新的绝对前沿的关键技术的基础上。F-15、F-16也是从技术上的绝对前沿“后退一步”,达到优秀而不失平衡的性能,才能适应多变的任务环境。

即使不看各军兵种的特殊要求,各种技术要求的堆积反映的是历史经验的累积和对未来战场的预计,这些共同要求决定了新战斗机的基本成本就低不了。比如说,头盔显示、数据链、自卫电子战能力、导弹预警和反导压制都已经成为共同要求。F-35的研发成本肯定高于三军分别研发,但三军分别研发加起来绝对大大超过单一的F-35研发成本。

敏捷软件开发环境、开放架构和数字化设计与制造是重要的,波音T-7“红鹰”的经验很重要,但未必能直接套到下一代战斗机的研发。教练机毕竟基本技术简单得多,技术要求明确而且长期不变,也没有什么前沿技术的要求。何况波音的定价考虑到教练机的批量。据报道,美国空军的订单只反映了波音心目中20%的市场,其余80%来自国际市场。另外,波音预期美国空军的订单只反映10%的营收,可能波音的全寿命预期比美国空军T-X计划覆盖期更长。这些都与“百系列2.0”的小步快跑想定不同。

“百系列2.0”的可行性还受到美国空军作战使用的影响。在“百系列”的时代,F-100用于海外部署的战术空军,F-101用于北美防空;F-102和F-106接替F-101,依然用于北美防空,F-104和-105则用于战术空军,前者空战,后者对地。在这样的模式下,而且兵力充足,分兵把守,任务明确,混合装备,分别使用,问题不大。但现在,由于全员精兵、全球作战的要求,美国空军很重视机队的一致性,这样便于全球部署和机动增援,也便于人员训练和调动。要是手头的飞机只有一部分能用于当前的任务,其余飞机再多,也不解决问题。高度复杂甚至碎片化的机队构成对作战指挥也是很大的困扰,要熟练掌握不同飞机的能力,在作战组织中扬长避短,并实现有效的指挥、协调和保障,殊非易事。在后勤上也是极大的头痛。这是美国空军长期以来抵制“低成本攻击机”和处心积虑要退役A-10的重要原因,因为这些飞机对反恐很有用,但对其他战争设定用途有限。

在理论上,高度优化的作战飞机对执行针对性任务效费比最高,但这实际上要求“养”几支不同的空军,每支只能针对特定任务,整体而言效费比并不高。200架对三大任务都75%有效的作战飞机比300架100%有效但每次只能出动100架要更有效,而机队成本更低。由于人员、训练和支援成本很高,多任务战斗机与“低成本”单任务战斗机的成本差别常常被全寿命成本里的其他因素所掩盖。如果主要作战飞机的批量从上千架降低到上百架,种类从几种上升到十几甚至几十种,人员、训练和支援成本更是要大大增加。美国空军现在不是不差钱的时代,对拔尖与偏废并存的快速迭代未必负担得起。

历史上,在战斗机研发上最接近小步快跑的是苏联。在“百系列”期间,苏联一气推出米格19、21、23、25,雅克-25、28、图-28,苏-7、9、11、15。这么多的型号在技术上锻炼了队伍,在战术上满足了需求,但缺乏升级空间和使用寿命反过来迫使快速迭代,造成了大量的重复投资,最终成为压在苏联经济这个本来就病弱的骆驼背上的又一块磨盘。相比之下,美国战斗机的初始投资大,但升级空间大,使用寿命长,全寿命来说反而更有利。当然,这是对经济水平和物价结构等效化后的比较,直接比较美苏战斗机的单价和直接使用费用没有意义。

苏联在美国发展“百系列”期间,推出了数量更多的飞机

苏联在美国发展“百系列”期间,推出了数量更多的飞机

对于厂商来说,小步快跑也是有问题的模式。军工公司的存在不是为了爱国,而是为了利润。除非有长期可靠的盈利前景,军工公司退出军工是必然的。美国具有战斗机研发和制造能力的飞机公司从60年代初的8个(麦克唐纳、洛克希德、通用动力、格鲁曼、诺斯洛普、北美、费尔柴尔德、沃特)降低到现在的2.5个(洛克希德、波音,诺斯洛普算半个),就是这个原因。把馅饼摊薄一点,大家都能分一份,自然是吸引力,但这一份必须足够大,否则民用市场的吸引力更大。台式电脑之所以百花齐放,是因为巨大的市场,哪怕能吃下一小块,就能养活一大片。

台式电脑市场的另一个特点是性能要求多样化,但功能要求相对一致。大部分都是办公用的,有时打打游戏,画画图,但基本配置该有的都有,日常使用对性能也没有太严格的要求,多一点不多,少一点不少,坏了很恼人,换一台也没有太大的压力,所以给原厂之外的第三厂家留出很大的竞争空间。

军品不一样,市场只有这么点,功能要求千差万别,性能要求很高,可靠性要求尤其严苛。但这又不是买方和卖方都有选择自由的通常意义的市场经济,准入条件高,而用户只有军方一家,军方不要都没法另找出路,外销更是受到政府的严格管制。所以除非利润丰厚,或者数量很大,有可靠市场,很难出现前赴后继的第三厂家的情况。

美国历史上有国很多“把竞争引入军工”的呼吁,有过很多把商业经营成功经验引入军购的努力,以为市场竞争自然可以控制失控的“成本死亡螺旋”,大多因为想当然而最终不了了之。从60年代的罗伯特·麦克纳马拉的规模经济,到70年代的皮埃尔·斯普雷的竞争选型,到90年代的保罗·卡明斯基的“商务革命”,到21世纪的艾希顿·卡特的Better Buying Power(不大好翻译,直译为更好的购买力,重点在利用军购的购买力引导军品研发和更加短小精干的研发和军购过程),美国军购改革是常年不变的主题,在无数次虎头蛇尾后,或许到了回归起点的时候?当年麦克纳马拉在军购中强求规模经济,正是因为看到“百系列”的低效和浪费。

在概念层面,“百系列2.0”强调的是破除繁文缛节的短平快,现有的从技术要求制定到产品测试认证的过程确实大大延长了军的研发和品投用的时间,提高了成本,但这些过程是几十年军品开发和使用的经验积累,有糟粕,但不乏精华。绕过这些过程未必在短平快中实现有效性。比如说,在反恐战争高峰期间,美军官兵饱受反美武装的大威力土炸弹之苦,国防部长盖茨下令开绿灯,几个防地雷车的项目齐头并进,先到先得。很快,几种设计呈交军方,各有优缺点,不等测试完成,纷纷抢先投产,抢先投用。但反恐高峰过去后,美国陆军痛苦地发现,投入几十亿美元巨资购置的大量防地雷车不仅标准不一,性能不一,而且对于反恐以外的战场用处有限,厚重的装甲使得机动性很不堪,重心太高在崎岖的地形使用不便,但增强的防护在大国对抗中根本不顶用,还不如牺牲一点防护但大大增强机动性。全过程从立项到测试都充满缺陷,唯一优点是时间快。由于种种原因,现在这些防地雷车连移交伊拉克、阿富汗军队都不成,移交给美国国内警察最后也放弃了,大多只能废弃。

另一方面,“凡机皆战”或许在另一个方向重新塑造第六代战斗机的要求。太平洋空军空战与信息战主管斯科特·普鲁斯少将著文指出,正在研发的B-21轰炸机将具有空战能力。这当然不是格斗能力,而是具有发射空空导弹的能力,包括用于狙杀的中程空空导弹和用于自卫的近程空空导弹。轰炸机在传统上只有自卫空战能力,甚至都谈不上空战,只是把追逐的战斗机驱离。但空战从战斗机之间的追逐变为导弹与战斗机之间追逐后,导弹从什么平台发射就无关紧要了。具有高度隐身(包括雷达和红外)的下一代轰炸机不仅避开探测和锁定,还具有强大的电磁和定向能攻击能力,其性能和功率足够压制地面系统,对导弹上的弹载系统就更有杀伤力了。这使得深入敌后的轰炸机有条件成为猎杀重要空中目标的发射平台,并在受到追击的时候有足够的自卫能力。

这也是与战略轰炸机战役化相结合的,轰炸机的主要任务不再是“炸弹卡车”,单独作为独立的战略打击力量使用,而是自带强大打击能力和空战能力,但主要作为体系中的C4ISR平台使用,与从地面到空中甚至低轨道和信息空间融为一体的体系中其他成员协同作战。同样,第六代战斗机也不必包打空战的天下,也是体系的一员。

对于美国空军来说,歼-20是最可能动摇其“空中统治”的对手,因此他们的焦虑都是从这个事实来的

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