黄涛 ¦ 日本先进战斗机技术研发取得一系列进展
本期，《空天防务观察》请中航工业经济技术研究院青年学者黄涛先生为我们解读日本X-2先进战斗机技术演示验证机及日本的先进战斗机技术研发安排。
2016年4月22日，日本X-2“心神”先进技术演示验证机在位于爱知县名古屋的三菱重工小牧南工厂完成首飞。该机于当地时间8点47分从名古屋机场起飞，飞行25分钟后降落在日本航空自卫队的岐阜基地。三菱重工称首飞“极度稳定，与我们的模拟训练精确吻合”。该验证机项目将对先进战斗机的隐身、飞控和航电关键技术进行演示验证，结合正在实施的其他十余个先进战斗机技术研发项目，日本已形成较为庞大、自成体系的先进战斗机技术发展计划，呈现系统性突破先进战斗机关键技术的发展态势，并已取得一系列进展。
首飞中的日本X-2“心神”先进战斗机技术演示验证机（日本防卫省图片）
一、X-2项目旨在演示验证先进战斗机隐身、飞控和航电关键技术
1．X-2项目的基本情况
日本从2000年后开始着手与先进战斗机相关的技术发展与演示验证工作。“先进技术演示验证机”-X（ATD-X）项目由日本防卫省技术研发本部（TRDI）第三研究室领导，迄今已耗资394亿日元。三菱重工作为主承包商负责机体制造和集成，富士重工负责机翼，川崎重工负责座舱，石川岛播磨重工负责发动机。2005年，日本在法国国防部武器装备总署的实验室，利用全尺寸隐身测试模型对ATD-X的雷达截面积指标、材料吸波性能以及红外隐身性能进行了测试，结果表明其隐身性能达到了预期目标，而且还有进一步改进提升的空间。此外，日本还实施了“高机动性飞行控制系统研制计划”，在2006年至2007年利用1比5比例的遥控缩比模型（机长约3米，翼展约2米，重约45千克），针对ATD-X的飞行品质特别是大迎角控制稳定性进行了飞行试验，为飞控软件的开发提供基础数据并进行了确认。
2005年，ATD-X模型在法国进行内场雷达截面积测试（日本防卫省图片）
在美国国会立法禁止出口F-22战斗机之后，日本决定独立发展隐身等先进战斗机技术。2007年8月，日本防卫省宣布加速ATD-X的发展，并从2008年开始增加技术和资金投入。2012年3月，ATD-X总装开铆，标志着该项目正式进入制造阶段。2014年5月8日，该机正式出厂。2016年1月28日，防卫省防卫装备厅首次对外全面展示了ATD-X验证机，并将该机编号为X-2。该机采用双发双垂尾、正常式气动布局，机长14.2米，翼展9.1米，机高4.5米，空重9.7吨。配装两台石川岛播磨重工在上世纪通过TRDI资助的“发动机研究项目”发展的XF5-1涡扇发动机（带有折流板式推力矢量装置）。该发动机单台最大加力推力约5千千克力，推重比约7.7。
2．X-2项目的主要演示验证内容
从尺寸重量数据来看，X-2大致相当于轻型战斗机，但该机并不会直接发展成为独立的战斗机型号。按照日本防卫省的安排，该机将主要用于对高机动隐身战斗机的隐身、飞控和航电关键技术进行演示验证，确定实际飞行条件下系统的可行性，对系统集成问题进行研究与演示验证，为日本未来战斗机的研制奠定技术基础。
综合来看，在首飞时，X-2要演示验证的隐身技术和飞控技术可能已基本就绪，航电系统尚未就绪，且将无法对武器系统关键技术进行演示。
——隐身方面，该机已采用倾斜的机身侧面和倾斜双垂尾、弯曲进气道、锯齿形口盖边缘等隐身设计，但除座舱盖之外全机尚未采用隐身涂层。另外，该机采用的复合材料结构可能具有吸波功能。
——飞控方面，该机已采用“综合飞行/推进控制”（IFPC）系统，并采用光纤传递飞控指令（光传操纵）和折流板式推力矢量控制装置（每台发动机喷口之外周围安装有3块折流板），这是该机技术特征的一大特点。但折流板式推力矢量装置因效率低、推力损失大，并未被实际服役的战斗机所采用，因此防卫省的目的应仅是演示验证推力矢量的作用和相关控制律。
日本防卫省演示的“心神”利用包含推力矢量技术的IFPC系统在格斗空战中抢先获得有利态势的动画流程（日本防卫省图片）
——航电方面，目前看X-2可能暂未搭载雷达、电子战等设备，但按计划，该机将对包括保形承载天线（智能蒙皮）、综合射频系统在内的先进航电技术进行演示验证。由于X-2没有内埋弹舱，而武器内埋是隐身作战飞机的典型特征，因此可以认为：该机不会对隐身战斗机武器系统的关键技术进行演示验证。
首飞成功后，日本计划在未来一年间进行50次左右的试飞，以获取该机在隐身、推力矢量、数据链及其他方面的数据，并将视技术需要延长试验周期。日本防卫大臣中谷元在该机首飞当天表示，X-2的试飞确保了日本今后研发战斗机所需的技术能力，“具有非常重要的意义”，而他对“（日本）飞机工业的全面技术革新和应用充满期待”。日本防卫省将结合X-2验证机的试飞结果等情况，在2018年决策是否以及如何发展本国的下一代战斗机。
二、日本还在全面发展先进战斗机的总体、动力和武器等关键技术
除了ATD-X/X-2项目之外，为推动本国的战斗机技术发展，日本近年来还已提出了第六代战斗机（六代机）型号发展规划，并在多个关键技术领域开展了技术研发工作，ATD-X/X-2项目只是其中最大的一个。
1．日本防卫省已规划了牵引性的六代机型号发展规划
早在2010年8月，日本防卫省就曾发布《未来战斗机研究与发展趋势展望》（下称《展望》）文件，论述了日本六代机的研制需求，系统提出了日本六代机的关键能力需求和主要技术特征，分析了日本在研制六代机方面所具备的技术基础和拥有的科技优势，初步给出了研发路线图。文件中提出了日本六代机应具有的四大能力：①反隐身能力；②强大的态势感知能力和高的智能；③使用光速武器的能力；④外部传感器数据综合与融合能力。文件尤其推崇“信息灵通”、“智能化”和“瞬间杀伤”，并据此将所设想的日本六代机定义为“i3战斗机”。未来的“i3战斗机”将具有可机群协同交战、配装新一代大功率雷达、采用光传飞控系统、配装新一代大推力轻质小尺寸发动机等七项关键技术特征。防卫省还认为，日本在功率半导体、光传飞控系统、高温材料、复合材料、超材料等技术领域具有世界领先水平，可为六代机研发提供基础。该文件提出从2010年陆续启动关键技术的开发计划，2021年启动并于2030年前完成型号研制。该规划有力地牵引了日本先进战斗机技术发展安排，使这一领域成为当前日本国防科技研发方面整体规模最庞大、安排最具系统性的领域。
2010年8月发布的《展望》文件中提出的日本未来战斗机技术和型号发展规划（日本防卫省图片）
2．日本已实施十余个未来战斗机关键技术研发项目
在《展望》的牵引下，截至目前，TRDI已针对隐身/反隐身、机体结构、进气道流动特性、内埋武器舱、发动机及其部件、网络化协同交战中的火控、反隐身空空导弹以及其他先进战斗机关键技术，一共布局、实施了至少15个研发项目，并已取得若干突破。
日本防卫省技术研究本部在2015年1月发布的预算要求概要文件中，针对未来战斗机技术发展又安排了2个新的研发项目（日本防卫省技术研究本部图片）
以飞机总体布局、动力技术和超声速武器舱这三项关键技术研发为例（它们都不太可能由X-2进行演示验证）说明：
——总体布局研究方面，已先后完成了代号23DMU至26DMU的多个概念性数字样机方案。这些方案不断针对隐身和其他性能要求进行平衡优化，其尺寸呈不断增加的趋势。最新的26DMU方案继续强调了续航能力，同时根据下一代远距空空导弹采用冲压发动机的需求对主弹舱容量进行了优化。
上图右边为日本下一代战斗机左侧主武器舱打开的数字样机设计图，可见有3枚带有冲压发动机进气口的空空导弹。该机的主弹舱一共可容纳6枚大型空空导弹（日本防卫省技术研究本部图片）
——动力技术方面，已开展多个下一代战斗机小涵道比涡扇发动机技术研究项目，高压压气机、燃烧室等核心机关键部件试验已取得良好结果，即将制造核心机并从2017财年（按日本的财年划分为2017年4月1日至2018年3月31日，类推）开始演示验证；低压压气机和低压涡轮部件也即将开始测试，还计划制造一台推力达15吨的发动机整机，在2018财年开始演示验证。
日本防卫省技术研究本部在2014年国防科技大会上展示的日本本国发动机技术演进图片，以涡轮前温度的提升为主要标志。可见，日本期望下一代战斗机发动机通过先进高温材料和先进冷却设计，使涡轮前温度达到1800℃（日本防卫省技术研究本部图片）
——超声速武器舱方面，2010年启动研发项目，2013年开始试验研究，已综合运用计算流体力学、风洞试验等手段对11种不同的武器舱内部形状进行了研究，特别是在风洞中进行了马赫数1.4条件下的空空导弹投放测试，已掌握武器开舱发射时的超声速流动的速度与角度的组合关系。后续将开展武器投放机构的设计工作。
三、结束语
先进战斗机技术发展已成为当前日本国防科技发展的重点聚焦领域。日本已对先进战斗机的关键技术研发做出了颇具系统性的安排，启动了较多的研发项目，并已取得了一系列进展，X-2的首飞成功，标志着这其中最大的一个研发项目进展也达到了新的里程碑。尽管目前来看，X-2的作用仅限于对先进战斗机的部分关键技术进行演示验证，基本不会涉及日本未来战斗机的总体布局、动力技术和武器系统技术，但它仍将为日本先进战斗机的发展提供部分基础，特别是将使日本首次具备独立的先进战斗机技术系统集成演示验证能力，因此对于日本先进战斗机的技术发展仍有重要意义。
今后，日本很可能继续按照《展望》的规划全面推进先进战斗机关键技术研发工作。值得注意的是，当前日本将是否以及如何发展下一代战斗机的决策点由《展望》中的2021年提前到2018年，其节点似乎在刻意向美军六代机发展计划靠近。事实上，《展望》中也明确提及，即使日本决定引进六代机，开展关键技术研发工作也有利于降低寿命周期成本；X-2首飞前，英国路透社也曾报道日本正在与美国洛马公司、波音公司接触，商谈合作发展战斗机的事宜。因此，日本很有可能打算争取尽早参与到美军可能即将开展的六代机发展项目之中，并试图携本国系统化的技术突破，在其中谋取有利的位势。
（中航工业经济技术研究院 黄涛）
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