搭载15吨级大推力发动机,日本揭秘F3隐形战机开

日期:2019-10-01编辑作者:中国军情

  据日媒消息,日本目前正在研发F-3新型隐形战机,该战机将搭载推力为15吨的新型强力发动机,验证机计划2015年夏天进行试飞。军事专家在接受央视采访时表示,日媒有些过于乐观,日本15吨级大推力大动机的研发进程不会那么快。此外日本或许是希望与美国六代战机的研发保持同步,并实现技术共享。

图片 1 资料图:日本研制的隐形战机验证机。

  日本《产经新闻》旗下SankeiBiz网站3月18日披露称,日本目前正在研发新型隐形战机。这款被称为“F-3”型的隐形战机,将搭载推力为15吨的新型强力发动机,试验机计划在2015年夏天进行试飞。

图片 2     图1:日本防卫省计划于2014年9月首次试飞正处于研发阶段中的ATD-X“心神”隐形战斗机试验机型,并计划在这款试验机的成果之上启动F-3战机的研发。F-3战机计划于2025年左右实现首飞。

  日媒报道称,2015年日本将重点研发F-3战机所搭载的大功率发动机的压缩机和燃烧机等核心部件,并计划在2018年完成这款大功率发动机的样机。该报道还称,F-3隐形战机将拥有“未来可凌驾于他国新型战机之上”的优越性能。

  据日媒消息,日本目前正在研发F-3新型隐形战机,该战机将搭载推力为15吨的新型强力发动机,验证机计划2015年夏天进行试飞。央视特约评论员尹卓认为,日本15吨级大推力大动机的研发进程不会那么快。

  该网站透露,F-3隐形战机搭载的大功率发动机HSE由日本IHI公司和防卫省技术研究本部共同开发,2015年将重点研发心脏部位的压缩机和燃烧机等核心部件,计划在2018年完成这款大功率发动机的样机。

图片 3     图2:日本防卫省提供的F-3发动机的概念图。作为下一代发动机,F-3发动机从2010年起开始研发,2015年将完成核心部位的研发,而试验发动机则预计在2017年之前会有后续试用计划。

  “日本媒体可能过于乐观了一点。”尹卓说,日本虽然有优秀的军工研发能力,在航空装备方面也累积了一些经验,但迄今为止,日本尚未独立完成过一款战机的研制,F-3今年就要试飞值得怀疑,“我也很怀疑日本能否独立完成15吨级大推力发动机的研发,估计会用很多美国技术。”

  尹卓说,日本虽然有优秀的军工研发能力,在航空装备方面也累积了一些经验,但迄今为止,日本尚未独立完成过一款战机的研制,F-3今年就要试飞值得怀疑。

  据称,15吨级大功率战机引擎目前全球只有美国普拉特·惠特尼(P&W)和通用电气(GE),英国罗尔斯·罗伊斯(RR)3家公司能够制造,日本独立研发战机引擎尚属首次。

  【环球网综合报道】据日本TOKYO EXPRESS网站9月3日报道,该网站特意转载“日本第六代战机能否研发成功”这篇发表于2012年11月12日的博客文章,并参考日本防卫省于2010年发布的《未来战机研发计划》与美国《航空周刊》于2012年刊登的“F-X项目”等文章,对日本第六代隐形战机F-3的研发计划进行了揭秘。

  据李莉介绍,在未来5-10年中,日本将有200架的老旧F-15战机将不堪使用,所以日本需要有一个长远计划来逐步替换F-15战机,以及更老的F-4和F-1战机。为此,日本一边采购40架美制F-35战机,一边研发F-3战机。

  在未来5-10年中,日本将有200架的老旧F-15战机将不堪使用,所以日本需要有一个长远计划来逐步替换F-15战机,以及更老的F-4和F-1战机。为此,日本一边采购40架美制F-35战机,一边研发F-3战机。

  迄今为止,曾经与美国一道开发过F-1(已退役)和F-2战机,其发动机均从美国进口。日本政府期望通过F-3隐形战机的研发,实现战机的整体国产化,为日本战机最终实现出口奠定坚实的基础。

  1.前言

  虽然日本参与了F-2战机的研发,但核心部件的生产能力储备尚不足,拓展至F-3战机,发动机仍然是一个很大的瓶颈。“从符合规律的研发进程来看,日本15吨级大推力发动机的研发进程不会那么快。研发一款发动机到其技术成熟、实现首飞,至少需要十年左右的时间。”李莉如是说。

 

  日本防卫副相左藤章在接受SankeiBiz网站采访时,对F-3的服役表示期待,称“二战”前,日本的飞机制造技术领先世界,战机是一个国家航空综合技术的象征。2015年是“二战”结束70周年,应该成为日本飞机产业的转折之年。左藤章还表示,战机制造涉及1100多家零部件厂商,经济效益也十分明显。日防卫省计划未来部署100架F-3隐形战机。

  美国空军计划在2030年之前开发出性能超越现役F-22“猛禽”和F-35的下一代战机。与此同时,日本也将在同期开发出类似的第六代战机,并推进服役计划。

  李莉还指出,日本或许是希望和美国第六代战斗机的研发保持同步,并与美国技术共享,或与美国形成共同出资联合研发的模式。目前日本提出的基本研发指标都超越了美国,而美国也放手让日本去做,说明美国也期待日本能探出一条路。日本拥有几项美国尚不具备的领先技术,如新型雷达材料等,若双方能够实现技术共享,将对双方都有利。

  SankeiBiz网站还称,对于F-3隐形战机,日本将其定位为将拥有“未来可凌驾于他国新型战机之上”的优越性能,F-3的成功研发对于日本飞机产业而言很可能成为“历史的转折”。(记者 王欢)

  日本下代战机研制计划碰巧将在同期实现。据此,有分析称,这两项计划未来有合二为一的可能。日本计划于2014年首飞“心神”战斗机,于2016年开始F-3的实质性研发,然后于2025年左右首飞F-3,最后从2027年左右开始批量生产及服役。日本计划在F-3战机上应用自主研发的隐形技术,并装备新型国产发动机。

  2.日本ATD-X“心神”隐形战斗机

  XF5-1,该发动机长为3米、直径为0.6米、重量为0.64吨。未开加力时的推力为3.5吨,开加力时的推力约为5吨。ATD-X将装备2台该型发动机。

  ATD-X“心神”战机的研发由日本防卫省技术研究总部指挥推进。该战机于2012年3月28日开始制造,计划于2014年9月完工并实现首飞。耗费400亿日元(约合人民币23.4亿元)试造的双发 “心神”战机,其机身表面的吸波材料和机身的形状具备高隐身性能,其发动机排气管上安装的3个推力矢量螺旋桨将助飞机产生高机动性。另外,和矢量桨同时工作的综合飞行推进控制系统将使飞机的机动性更上一层楼。

  “心神”战机重13吨、全长14米、翼展9米,机型相对较小。该机将装备2台石川岛播磨重工研制的试验发动机,其推力在不开加力的情况下为5吨。据悉,该机超高度飞行时速可达2.5马赫(1马赫即1倍音速)。但该机没有装备有源相控阵雷达、先进电子设备以及武器,属于纯先进技术试验机。

  石川岛播磨重工将基于XF5-1的技术,加快开发推力为15吨级的新型试验发动机。“心神”战机2012年开始在三菱重工的飞岛工厂进行组装,2014年9月将完成组装及试飞。另外,三菱重工还将以试验机为基础研究开发新型战机F-3。

  3.第六代战机F-3的研发方案

  “心神”战机获得相应验证成果后,F-3将进入实质研发阶段。而成果得以反映的时间则在2017年左右。F-3的原型机则计划在2025年左右首飞,在2027年实现真正意义上的批量生产,在21世纪30年代中叶之前替代现役机型F-2。此外,在21世纪30年代后期F-3还将替代届时退役的F-15J战斗机。在老旧的F-15J退役之前,日本政府为避免其继续老化在对其进行现代化升级同时,继续让其担任日本防空任务。

  虽然没有具体的换装方案,但是大体可以肯定,届时42架从美国进口F-35战机和约200架新生产的F-3将陆续替代日本航空自卫队现役战机F-2、F-15J以及改进版F-4EJ。与此同时,美国海军和空军则欲在2030年到2035年装备新型F-X战机。

  4.3i战斗机研发的构想

  日本政府为抗衡中俄正在开发的第六代战机,欲在F-3战机上应用多种新技术,在性能方面打造绝对优势。也就是说,日本想和实战中的劣势以及隐形带来的威胁进行抗衡。日本将集聚着新技术3个关键的战机称为“3i”,而“3i”则分别指这三个关键所对应的英文单词的首字母。它们分别指“信息化(informed)”、“智能化(intelligent)”和“快速反应能力(instantaneous)”。日本防卫省将从这三个方面加快对相关关键技术的具体研究。如下便是其具体研究的关键技术。

  3i战机将装备“新数据链路”综合火控系统,该系统将帮助战机在有人机和无人机群中识别敌我,实现对敌机的有效打击。

  另外,3i战机还将装备采用光纤的光传操纵系统。和导线相比,光纤在抗强电子干扰上更胜一筹。日本海上自卫队此前在川崎P-1海上巡逻机上装备了光传系统,在世界上首次成功实现了该系统的实用化。

  在机身构造上,3i将使用能够吸收大量电磁波的碳化硅纤维材料。而在座舱盖上,3i还将使用具备高电磁隐蔽性能的磁屏蔽材料,同一磁屏蔽材料还应用于等离子电视机。另外,在机头雷达空余位置,3i还将使用能够弯曲反射电磁波方向的超材料(指具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料 )。这些基本材料,日本或在3i研发的最终阶段完成开发。

  现在世界各国使用的主流雷达均为采用砷化镓半导体材料的有源相控阵雷达。而F-3装备的雷达才将采用输出功率提高3倍、能够大力延伸探测半径的第三代半导体材料氮化镓来代替砷化镓。

  2012年下水的“秋月级”导弹驱逐舰上装备的FCS-3A射击管制雷达上使用了氮化镓半导体材料,为世界最早。另外,F-2战机上已经开始装备用于翻新的F/APG-2雷达,该雷达采用的也是氮化镓材料。此外,老式99式空空导弹AAM-4的改良版AAM-4B空空导弹上也装备了使用氮化镓材料的有源相控阵雷达。日本在世界上率先实现氮化镓雷达的应用,而包括美国在内的其他国家在相关领域仍处于研发阶段。

  日本防卫省计划综合从高输出功率氮化镓雷达、红外线传感器以及电子支援系统上可得到的数据,开发出能够探测和应对隐形战机的机用智能RF传感器,并将其作为综合火控系统的主装备搭载于F-3战机。

  另外,关于按照飞机外形排列雷达收发信号元件的下一代传感器系统,智能机皮构造研究已经完成。如果智能机皮能被成功开发出来的话,战机把握本机周围的全况将变得更加容易,其应对威胁的能力也将大步提高。

  一部分观察家认为,美国未来可能也将提出“3i”技术,而这些技术将为美军F-X的研发做出贡献。

  5.全新发动机

  按计划,由石川岛播磨重工研制的F-3发动机将比美国F/A-18E/F超级大黄蜂装备的2台GE F414发动机的推力大50%。F/A-18E/F空重14吨,最大起飞重量为30吨,F414发动机在开加力的时候推力可达10吨。据此可以判断F-3采用的发动机在推力上具有更大的富余。

  图2黄色部分表示的高压区所在的6段压缩机、1段涡轮机和白色部分表示的低压区所在的3段风扇、1段涡轮机构成了该发动机的2轴。高压区和低压区旋转方向相逆,于是就省去了低压涡轮机的叶轮。为了提高涡轮机入口的温度,涡轮机和旋翼遮板上将使用耐热性极高的陶瓷基复合材料。

  根据日本防卫省此前公布的新发动机概要,F-3战机发动机整个构造同F-22“猛禽”战机装备的发动机类似,F-22发动机F119-PW-100 在不开加力时的推力可达15.8吨。F-3发动机风扇的进气口部位将安装具备减少电磁波反射功能的叶轮。

  从外表看,不难发现该发动机机体十分光滑。在同级发动机中,F/A-18E/F超级大黄蜂战机使用的2台F414发动机其前部直径为0.89米,“台风”战机使用的2台EJ200发动机其前部半径则为0.74米。估计F-3发动机的前部直径与这些发动机大致相等或比这些小。

  在不使用加力的情况下,发动机前部面积小和旁通比低(指涡扇发动机外进气道与内进气道空气流量的比值)等优点可让战机实现超音速巡航。

  为提高性能,日本防卫省正在持续研究耐热温度在1600℃以上的高压涡轮机。三菱重工此前在其地面上设置的燃气轮机上已经到达这一工作温度标准。

  在高性能涡轮机的研究中,单晶体涡轮机叶片、陶瓷基涡轮喷嘴、先进燃缸等关键部分的试制工作正在推进。陶瓷基的原料为碳化硅,而日本制造商则在碳化硅领域独执牛耳。日本可对美国的“ADVENT新发动机计划”以及AETD涡轮机耐热材料进行碳化硅的垄断性供给。

  关于F-2发动机,有美国专家表示,“如果未来日本F-3开发计划和美国新战机研发计划合流的话,由于美国已经在致力于研发AETD发动机,届时石川岛播磨重工可能没必要再开发F-3的发动机。但是也不能排除日本拒绝签订合流协议、为保护自主创新能力继续研发相关发动机的可能。日本能否在该项技术上帮助美国将视情况而定。”

  6.结语

  根据日本防卫省公布的《未来战机研发计划》,视机身大小情况,F-3的研发至少要耗费292.9亿到468.6亿元人民币。美国《航空周刊》杂志此前透露称,日本拟研发F-3隐形战机后,中俄等多方关联国家及地区陈述了各种意见。当时日本国内的意见则大致可以总结如下:

  (1)欲实现战机的自主研发

  (2)与美国共同研发F-2是迫于美国的压力

  (3)如果不停止近年来日本防卫预算减少的趋势,研发新战机是空谈、(环球军事注:日本防卫预算近年来呈现增加趋势。)

  (4)核心技术难题过多,不能让美国负责研发发动机

  1988年11月,美日决定共同研发F-2战机,双方研发分担比例为美国40%、日本60%。双方决定在复合碳纤维主机翼和J/APG-1相控阵雷达上采用当时的最新技术。由于在发动机方面没有自主技术,日本采用了通用公司推力为13.1吨的F110-GE-129发动机并引进了其生产线。也就是说当时日本战机发动机依赖美国技术的问题非常突出,所以日本不得已才和美国共同研发。

  而这次F-3战机的研发,日本人吃一堑长一智,在关键技术上日本计划大多采用美国没有的技术。日本计划在发动机上使用没有先例的高耐热陶瓷基复合材料。相关新机轴研发工作正热火朝天地展开。如此一来,在该项目与美国F-X项目的合并谈判上,日本能够掌握主动权。

  另外,由于日本近来解禁集体自卫权的举动,F-3战机的研发不再像F-2战机那样受制于有限的研发费用。由此看来,F-3研发之路可能面临的阻力很小。战机方面自不必说,日本现在也正在加快大型舰只的研发。2015年,日本海上自卫队的22DDH型直升机大型的航空母舰要正式的服役。这艘军舰被命名为“出云”号。而这个“出云”号曾经竟是日本侵华战争之时,日本海军中国方面舰队旗舰所使用过的侵略舰的名称。1945年日本投降前夕,这艘军舰被美军击沉。日本现在再度启用“出云”号这个侵略舰的名称,这一切又说明什么呢?一个曾以武力侵略亚洲各国并给各国带来过深度灾难的国家,没有反省反思,反而继续扩军备战、穷兵黩武,应该引起亚洲各国的强烈警惕。

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