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晨枫:未来战斗机“机将不机”?
最后更新: 2019-09-24 08:55:42
F-108三倍声速截击机模型
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
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。
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