AA82276761 2014-12-1 01:26
T-50的未来之路
一款戰機從設計之初的消息頻傳，到研製階段的不斷變體，再到試飛階段的風險頻發、高潮迭起，直至正式服役的姍姍來遲，總會給人一系列的故事。然而，對於俄羅斯五代機T-50而言，儘管可預見的列裝日期直至現在依然比較模糊無法確定，但它背後的故事已經足夠豐富，人們甚至已經很難為其技術的不斷變化理出一個清晰的邏輯脈絡了。與命運多舛的T-10（蘇-27）相比，俄羅斯五代機的研發可謂撲朔迷離，其終結版T-50從整體看儘管沒有超出人們的想像，但與俄羅斯人五代機最初的設計已經相去甚遠。
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對於俄羅斯五代機T-50而言，儘管可預見的列裝日期直至現在依然無法確定，但它背後的故事已經足夠豐富，人們甚至已經很難為其技術的不斷變化理出一個清晰的邏輯脈絡了
不斷變體的五代機計劃
俄羅斯軍機五代機計劃，是前蘇聯航空大國博弈的最後一個夢魘。起始於上世紀40年代末的美蘇軍機技術追逐，在三代機的競爭中終於決出了高下。當俄羅斯人依然沉迷於速度與高度之爭時，美國人靈感突發，在60年代提出了三代機的全新技術理念。隨著上世紀70年代初期F-15、F-16的相繼問世，蘇聯人第一次被美國人遠遠地甩在了後面，儘管蘇聯人在70年代末實現了兩款“拉明”（西方代號，米格-29與蘇-27的原型機，最終的定型版與原型機改動巨大）疑似三代機的首飛，但隨著80年代初美國第一代隱形戰機F-117的首飛，美蘇兩國的航空技術差距被拉得越來越大，等到美國人於80年代中期提出四代機方案的時候，蘇聯人已經有些不寒而慄，從而開始了最後的瘋狂——技術全面開花式的無序競爭，這邊1.44、1.42玩得正酣，那邊蘇-35、37、47不斷升級，直至上世紀90年代初蘇聯解體，這種無序競爭依然沒有看到結果。
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米格I-44驗證機曾是呼聲很高俄羅斯五代機競爭者，現在看來非隱形化的設計是一個巨大失誤
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米格1.42是生產型
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還規劃了米格4.12單髮型
其實，在整個俄羅斯五代機探索的前期，當美國人堅定地走著隱形化、信息化和多功能化之路時，俄羅斯人依然執著於機動性的追逐，所不同的是米高揚公司更執著於速度與機動性，而蘇霍伊則公司對新的氣動外形情有獨鍾。俄羅斯人這種漫無目的的技術探索，耗散了其嚴重不足的國防投入，導致各種型號的研發走走停停，但他們也不是沒有任何收穫，對機動性的不斷追求，令他們在矢量推力與氣動外形設計方面獲得了意外的收穫，這份收穫終於在2013年發酵，蘇-35與T-50在巴黎和莫斯科的兩次航展上大放異彩，為俄羅斯航空贏得了自信與顏面。
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蘇霍伊則一直鍾情於三翼面和前掠翼佈局的研究，當然還有矢量噴管。俄羅斯人在隱身研究方面被美國遠遠拋在後面
其實，回顧20世紀最後10年的俄羅斯軍機研發歷程，與其說是在進行五代機型號的技術整合，還不如說是在對新技術進行探索性研究，俄羅斯獨特的研發體制，使得他們沒有機會像美國的NASA一樣，投入大量資金為未來20年的技術進行探索性研究，他們只能利用各種型號的原型機改型，不斷加入新的技術元素，這種技術軌跡可以從蘇-27系列飛機的不斷改型中看出來。儘管這10年的盲目探索沒能在T-50的最終版中有太多體現，但我們依然可以從這些探索性型號中，看出俄羅斯人的技術糾結。而這10年也恰恰是米高揚和蘇霍伊此消彼長的10年，米高揚公司最終為他們的理念性錯誤付出了代價，而蘇霍伊則在一次次漸次遞進的小幅技術攀升中找到了感覺。
在上世紀80年代中期蘇聯人提出下一代戰機計劃時，米高揚公司依然是行業老大。米格1.42作為俄羅斯人的下一代戰機，沒有過多的抄襲F-22，但從氣動外形上看也並沒有什麼新意。米高揚公司放棄了米格-29和蘇-27的氣動外形特點，儘管其技術研發過程一直處於高調亮相的狀態，但由於經費的嚴重不足，驗證機首飛之後幾乎處於停滯狀態，可以說這種技術上脫胎換骨式的產品生不逢時。與米高揚公司的自負與莽撞相比，蘇霍伊公司顯得現實得多，他們立足於在蘇-27系列飛機上的技術微調，試圖通過對技術成熟型號的優化改型，獲得性能上的不斷升級，從蘇-30、32的功能上的拓展（由空空型向空地形和海軍型轉化），再到蘇-35、37、47氣動外形上的不斷創新，蘇式飛機風生水起，不僅型號如旋轉馬車般的不斷變幻，其優越的性能也在一次次航展上得以展示。
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蘇霍伊戰鬥機的機動性展示在航展中一次次地震撼了觀眾，圖為弗羅洛夫法輪機動
1992年，隨著四代驗證機YF-22的首飛，美國人對下一代戰機的技術打磨基本定調，4S也漸漸成為下一代戰機核心理念從而得到人們的普遍認同。此時俄羅斯人不得不停止五代機毫無方向性的技術探索，開始固化下一代戰機的基本定位和戰技指標。為了繼承其的技術優勢、縮短研製週期，他們將下一代戰機定位為突出機動性、注重隱形性、強調繼承性，至此，充滿迷霧的俄羅斯五代機計劃終於初露端倪，而蘇霍伊公司則借助於蘇-27系列飛機所帶來的商業上的成功，憑藉巨大的經濟實力和技術優勢，理所當然地獲得了這份大蛋糕。
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YF-22所定義的4S標準使各國不得不跟隨，不跟就要挨打
從已經透露的各種信息看，T-50計劃大致啟動與21世紀初。對蘇霍伊公司而言，從技術的角度看T-50的設計難度並不大，蘇-27系列飛機的多款改型，為他們的氣動外形設計積累了豐富的經驗，而在飛控技術與發動機矢量推力技術的研發中，俄羅斯人的技術一點都不輸於美國人，即使是在相對滯後的航電技術方面，俄羅斯人也有了長足的進步，他們有理由相信，T-50的首飛只會比美國隱形戰機的首飛至多晚10年。因此，2005年從俄羅斯就傳出了T-50即將首飛的消息，然而，T-50的首飛並沒有如期而至，從07年到08年又拖到09年，最終連09年底的結點也沒有保住，導致T-50首飛姍姍來遲的原因不是他們在關鍵技術上遇到了障礙，而是另一個老大難技術問題——發動機。
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T-50首飛前流傳的概念圖
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首飛中的T-50
五代機心臟病何時治愈
就像俄羅斯三代機一樣，從五代機研製和試飛中，聽到最多負面消息的就是發動機。由於沒有美國和西方諸國在發動機研發方面技術合作機制，俄羅斯人在發動機技術探索中一直獨自前行，儘管憑藉其強大的情報系統，俄羅斯人總能從西方先進發動機上找到技術靈感，但航空發動機是一項細活，唯有在技術細節的不斷打磨，才能打造性能、壽命、可靠性和使用性優越的產品。俄羅斯人在發動機技術方面差的恰恰是細節上的精雕細刻，其推力尚能與美歐發動機接軌，但其使用維護性、可靠性方面則相去甚遠，而使用壽命更是存在數量級上的差距。
隨著蘇-27系列戰機在技術上的成功，俄製三代發動機AL-31F在技術上也日臻成熟，14噸級左右的推力對於三代機而言或許可以稱得上動力強勁，但對五代機而言，要實現超音速巡航與超機動性，這個量級的推力顯然是遠遠不夠的，俄羅斯人必須為他的下一代戰機設計一款更大推力的發動機。為米格1.42而研製的AL-41系列發動機啟動並不晚，但發動機的研發週期大致需要20年，上世紀80年代末啟動的AL-41發動機計劃，由於技術與經費問題，前期的技術探索步履蹣跚，隨著米格1.42計劃的下馬，該計劃更加境遇不堪，等到21世紀初五代機項目確立之時，AL-41計劃已經成了T-50計劃最大的拖累。等到T-50首飛之時，該發動機依然無法堪用，只能使用過度型產品AL-31的改進型，而本已成熟的矢量推力技術，也沒能在2010年的首飛中使用。
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T-50現使用的117發動機名義型號是AL-41F1，但卻是AL-31的改進型
2008年，在T-50戰機即將首飛之際，由於各項技術都已基本定位，俄羅斯人對T-50的首裝充滿信心，從設計局到俄羅斯政府員，對外發布的都是2013年首裝的消息，這樣的自信實屬罕見，這既體現了俄羅斯人追趕美國五代機的決心，也表明了其在相關技術方面的長足進步。但AL-41發動機在最後時刻顯然出了問題，直到2011年的莫斯科航展上，儘管T-50以雙機高調亮相，但發生的地面事故，還是將AL-41的問題暴露無疑，而T -50的首裝也由2013推遲到了2015年。
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而真正的AL-41F則是全新的可變旁通比設計，被稱為“YF-120斯基”
不過，今年的莫斯科航展上，T-50的驚艷表演似乎透露出了某種信息，種種跡象表明俄羅斯人似乎在發動機技術上取得了實質性的突破，借助於優越的矢量推力技術，T- 50的表演可謂驚世駭俗，其超機動性不僅超越了三代機升級版蘇-35，一些經典的超機動動作，甚至連F-22也難以完成，T-50成為世界最頂尖的超機動戰機。
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T-50在2013年莫斯科航展上進行了精彩的表演
如何解讀T-50的技術特點
俄羅斯五代機的最大技術亮點在於矢量推力技術。一項發動機控制技術對於現代戰機的重要性到底有多大，許多人對此其實並不太了解，以直接力為關鍵控制技術的五代機超機動性能，真正了解的人也並不多，因此，當T-50在今年的莫斯科航展上秀機動的時候，依然有人用布加喬夫機動這樣的名詞也就不足為奇了。
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T-50的矢量噴管是飛控系統的一部分，主動提供俯仰力矩
要真正了解T-50超強的機動性能，還必須從超機動的基本原理說起。與三代機的高機動不同，所謂超機動指的是現代戰機在大迎角小速度範圍內，借助於矢量推力等直接力的控制，在空氣動力微乎其微的情況下，通過直接改變飛機縱軸的指向來實現大角速度的機動。而三代機的機動其實是藉助於速度所形成的空氣動力，通過向心力改變飛機軌跡，從而實現飛機狀態的變化。在五代機的超機動過程中，軌蹟的變化可以很小，甚至幾乎靜止在原地，但機頭指向的變化卻瞬時完成，這與三代機的超臨界機動從原理上已經完全不同。像蘇-27等三代機所完成的眼鏡蛇機動、鐘形機動、尾衝機動，其機頭的向上運動依然是空氣動力在起作用，而其向下機動則是在安定力矩的作用下完成的，其中飛行員操控的貢獻其實很小，因此超臨界機動嚴格意義上講並不是操控型機動，而是一種自發的可預期的機動，這與超機動完全是由主動控製完成的原理截然不同。
矢量推力技術的出現還要追溯到上世紀80年代美國的技術驗證機X-31，該試驗機以噴流舵面的形式實現了推力的矢量控制，在該機的試飛中，美國人驗證了任意狀態下穩定的可能性，和低速大迎角條件下的主動控制機動的有效性。儘管X-31的矢量推力技術依然是初級的，但其驗證的技術卻揭示了現代戰機超機動的基本原理：穩定與主動控制。所謂穩定，是指非借助於飛機的安定性，而是利用控制舵面和發動機矢量推力，實現飛機在任意狀態下的角速度穩定，而所謂主動控制，是指不借助於空氣動力，完全靠直接力實現飛機指向的控制。
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X-31開放式的噴流舵面設計
就像當年一些人對三代機高機動性實戰意義的質疑一樣，今天依然有人對五代機的超機動的戰術意義表示懷疑。其實，超機動對於中等速度以上速度區間的機動性貢獻並不明顯，其意義在於，當飛機進入小速度區間時，也就是飛機的操控性能嚴重衰減的時候，超機動確保了飛機的靈活性與安全性。而近距空戰打成大迎角小速度的可能性是存在的，一旦失去了速度優勢，如果沒有超機動能力，飛機幾乎就成了一個靶子，此時超機動性能優劣與否是決定性的。而對於超視距攻擊而言，超機動所提供的優越的機頭指向能力，對導彈鎖定和攻擊包線的擴展意義重大，在發現即擊毀的現代空戰中，誰能首先鎖定目標就意味著空戰的勝利，從這個意義上講超機動不僅不是花拳繡腿，而是必殺秘籍，而俄羅斯人在超機動領域的技術優勢，從某種意義上講彌補了其五代機隱身技術上的不足。
俄羅斯人在矢量推力技術的探索中，沒有因襲美國人的技術模式，他們獨闢蹊徑採用了噴口轉向技術。這種技術的優勢是不言而喻的，由於噴口轉向矢量推力的方向性、控制力度和準確性，其矢量推力的效能比噴流舵面要高出很多，但噴口轉向技術也有其複雜性，由於發動機矢量推力的控制效能太強，在與飛控系統的交聯上，從軟件設計的角度難度很大，其突出問題是穩定控制的難度，由發動機噴口轉向所形成的操控力矩太大，很難通過舵面加以平衡，而由於控制失當而產生的角速度發散將是致命的，其產生的力矩和慣性耦合足以使一架飛機解體。俄羅斯人通過在蘇-30、35、37和米格-29OVT等型號上的技術探索，已經積累了非常成熟的矢量推力技術，該技術在新版蘇-35和T-50上的成功運用，所形成的機動性優勢令人震驚。可以說世界上還沒有第二個國家，能夠像俄羅斯人一樣如此熟練地掌握矢量推力與飛發一體化控制技術。
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117發動機的關節式矢量噴管是比較成熟的設計，但重量較大
俄羅斯五代機T-50除了矢量推力技術上的特色外，其氣動外形設計方面也保持了蘇霍伊公司的傳統優勢。與F-22戰機隱形優先的理念不同，T-50所體現的是氣動性能優先的設計理念，其從外形上看儘管為了體現隱形性，但基本設計依然延續了蘇-27系列飛機的傳統，其機身更薄，其翼載荷更小，其速度特性、機動特性一定會優於F-22。從隱形的角度看T-50在外形設計上似乎存在明顯的缺憾，而一旦AL-41發動機的性能和可靠性達到設計指標，其超音速巡航能力應該不在話下。因此綜合分析，從技術上看T-50與F-22各有千秋，各自體現了兩國的技術優勢。
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T-50沿用了蘇-27的許多設計特點，穩妥有餘而創新不足，所以隱身外形為人詬病
T-50何時全面服役
我認為，如果解決了AL-41發動機的技術問題，T-50服役的時間週期不是問題，儘管它的首飛才過去3年，但由於T-50在氣動外形和飛控系統方面採用了大量的成熟技術，所要解決的是技術融合方面的問題，總的工程試飛週期5年完成是有可能的，也就是說，根據俄羅斯官方在2015年實現首裝承諾，T-50可以按預期實現首裝。
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第五架原型機T-50-5服役後，俄羅斯人正在加快PAK-FA的試飛進度
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翹首企盼T-50的還有印度
我認為T-50未來最大的變數不是首裝會拖延多久，而是這款飛機總的採購量到底有多少。如果T-50也想美國的F-22那樣只有200~300架的採購規模，其成本將是俄羅斯難以承受的，儘管從92年以來俄羅斯軍機的換代窗口一直凍結，隨著老舊蘇-27與米格-29的淘汰，T-50的採購規模應該不小，問題是俄羅斯不可能在未來全面裝備隱形飛機，由於沒有像F-35這樣的高低搭配性戰機，如果俄羅斯全面更換T-50形成未來的單機型大面積列裝的局面，那將是災難性的，因此，像蘇-35這樣的四代半戰機也必將與T-50共同作戰，而四代半戰機的性能在三代機的基礎上有了質的飛躍，其作戰效能與五代機相比到底孰優孰劣還沒有經過實戰的檢驗。另外從俄羅斯的國力來看大面積裝備T-50是難以承受的，如果沒有外貿出口，T50要形成超過500架以上的生產數量是比較困難的。我們可以看到，隨著中國大陸五代機的迅速發展，大陸、美、俄三國競爭外來軍機出口市場的格局以經初見端倪，T-50能否憑藉其技術優勢和適當的成本優勢獲得外貿上的成功，現在還難以預料。總之，T-50未來的命運還充滿變數，而隨著無人機、臨近空間飛行器的飛速發展，五代機的軍事運用空間到底有多大還是一個未知數。