六代机一直是中美五代机批量生产后的热门话题,中美两方也都有各种各样的“六代机设计”。
其中中国比较知名的,是2022年珠海航展上展出的六代机模型,这款六大机看上去相较于中美五代机更加科幻。
战机的鸭翼这款六代机最特别的地方在于其无平尾、垂尾、鸭翼的“三无”设计。
其中平尾和垂尾是现代战机必备的两处设计,而鸭翼是否设计很大程度上看设计国家的需求。中国的歼-20有鸭翼设计,美国的F-22和F-35没有鸭翼设计。
说起鸭翼设计,很多人认为这是歼-20动力不足的无奈之举,同时很多人认为歼-20的鸭翼设计破坏了它的隐身性,所以美国的两款隐身战机不屑于使用鸭翼设计。这其实是很经典的谬误了,美国并非不想使用鸭翼设计,真实的原因是美国没有那个能力。
在隐身性上,战机隐身的原理是尽可能缩小自己的展开表面积,机头多两个“铁片”自然是增加了展开表面积。但只要机体全身设计得好,鸭翼给隐身带来的负面影响是可以弥补甚至是消除的。而有了鸭翼设计的好处可就太多了,提升了其机动性,甚至是一定程度上降低了其耗油量。
美国方面其实也尝试过给五代机设计鸭翼,像美国早期的F-35方案上就尝试过。
此外美国的F-15早期版本也有鸭翼,F-15放弃鸭翼总不是因为隐身性方面的考虑吧?美国放弃鸭翼设计最根本的原因,就是美国搞不定鸭翼的电传飞控。
简单来说,就是装个鸭翼很简单,但装上去机动性提升的同时飞机的稳定性也迅速降低了。要提升飞机的稳定性,就得加强对其的控制,也就是电传飞控技术。
但美国搞不定这种电传飞控技术,更不要提歼-20这类可以“变形”的鸭翼设计使得飞机控制更难,这进一步提升了相关飞控的研发门槛。
所以美国没给五代机设计鸭翼,完全就是技术方面跨不过那道门槛的问题,事实上从上世纪到现在,美国在设计战机时,就一直没停止过提出鸭翼设计方案。但美国一直没用,一直提出方案但一直没用,其背后有什么原因不难猜测。
六代机三无设计至于六代机搞无平尾、垂尾、鸭翼的三无设计,核心目的在于增加隐身性。
虽然五代机机体设计好能削减鸭翼带来的对隐身性的影响,但在机体设计得好的同时再取消鸭翼,那飞机的隐身性无疑会更强。同时再取消飞机的平尾和垂尾,更进一步的提升了战机的隐身性。
但这种设计是一种很极端的设计,因为飞机上的平尾和垂尾就像箭矢的尾羽一样,没了这玩意儿,飞机虽然还能飞和转弯,但在转弯过程中会极端不稳定。目前在军事化的人造“飞行物”中,保证飞行物飞行轨迹稳定的方法通常有两种。
一种是让飞行物旋转,代表性“飞行物”就是子弹的弹头。子弹弹头旋转后带动了周边气流,气流裹挟着它,再加上它能旋转意味着形体均匀受力稳定,所以旋转防止了弹头乱飘。
另一种就是给飞行物装飞翼,代表性飞行物是尾翼稳定的炮弹、巡航导弹以及飞机。
从下图战机身上产生的涡流我们不难看出,气流在机翼边辐条、机翼翼尖都因为机翼的存在方向较为可控,涡流均匀得流向了飞机后方。
此外平尾和垂尾处的气流也因为二者的存在较为稳定,只是未能产生涡流。总之因为机翼、平尾和垂尾的存在,飞机能飞得相当平稳。
现在六代机要取消平尾和垂尾了,仅靠机翼来控制飞机飞行的稳定度,对于飞机飞控的要求更高。
现在六代机飞控的门槛已经到了中国都感觉棘手的地步,其它国家更不用提了。
六代机的其它问题除了飞控的问题,六代机的设计还需要面临很多问题。
其一是数据链的问题。现代说起六代机,大众普遍认为其可以控制大量隐身无人机作为自己的僚机。
六代机要控制大量无人机,就需要很强很稳定的数据链系统。该数据链要做到不易被切断、不易被干扰、传输快且稳定,并且能传输比现有数据链更多的信息,这就需要背后的国家有更强的通讯技术。
其二是发动机的问题。飞机转弯靠的是横向“滚动”,一般大飞机是靠着平尾和垂尾上的尾舵完成这样的机动。但现在取消了平尾和垂尾,也就意味着飞机上的尾舵设计没了。没有尾舵,那就只能靠出力方向的改变来完成转弯。
那么压力就来到了发动机身上,现代五代机已经开始重视发动机的矢量(发动机喷口朝不同方向旋转的能力),所以未来六代机大概率还是要延续这样的道路,继续搞矢量发动机。
不同的是,六代机要想有超机动,需要发动机的矢量特征更明显,能更快的完成发动机喷口的旋转,这对于材料和结构的强度具有空前的挑战。
并且六代机如果要在五代机的基础上,进一步提升航程的话,还需要设计出变循环发动机。
这种发动机是一种能通过改变其内部核心机的武力结构,从而改变其涵道比的发动机。这东西的结构复杂度、对材料强度和耐热性的需求等方方面面都有很高的挑战,所以就目前来说,中美研发六代机的进度最多到了一半的地步。