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资料图：心神样机采用双座设计

　　最近日本高调公开了其最新一代战斗机“心神”的照片和视频资料，其中不乏一些颇有价值的内容。虽然现在的心神距离真正的四代机仍然很遥远，但作为验证机，它所揭示的发展潜力仍然值得我们密切关注。

　　一。现有心神为验证/教练原型机，正式型号必将放大

　　尺寸和吨位一直是影响战斗机造价的关键因素之一。按照一般规律来说，战斗机越小，它的结构制造费用也越低；而更轻的重量可以让战斗机选用推力更小、价格更低的发动机，而且耗油率上的经济优势会在批量装备以后的使用中体现的极为明显。这也是第二、三代战斗机中都不乏空重控制在6~7吨内的轻型飞机的原因所在。

　　但是过小的尺寸吨位也会对飞机作战性能带来很大的负面影响：飞机没有足够的机身内部空间装载燃油和电子设备，挂载的武器重量和数量也被严重限制了。尤其是对于第四代战斗机来说，“轻型四代”这一概念实际上不可能存在，因为在工程技术上已经无法做到了。

资料图：无尾三角布局拥有最低的阻力和重量

　　无论是隐身性能的雷达反射特征控制要求，还是强化超声速飞行持续能力的低阻力要求，都迫使四代机必须采用弹仓内置武器设计。如果飞机没有足够大的尺寸和吨位，根本无法在机身内安排出足以容纳多枚空空导弹、精确制导炸弹的空间用于设计弹仓。

　　在我国对于新一代战斗机的探索研究过程中，某单位曾经对低成本型四代机的吨位尺寸控制做过较为深入的研究。方案迭代的结果显示，10吨空重已经是四代机的下限；这个数字是在飞机采用重量最小的无尾三角翼布局，放弃超机动能力和损失一部分短距起降能力后才得到的结果。

　　对于日本的战斗机研发来说，它的作战环境和假想目标是都非常明确，就是在东海、日本海上空与俄罗斯、中国的战斗机交战，并具备打击上海等中国东部沿海地区、俄罗斯远东边界地区的能力。这种背景要求日本新一代战斗机在执行对地攻击任务时具备至少要达到800公里以上的作战半径。

资料图：心神结构图

　　从心神来看，日本新一代战斗机采用了常规布局设计。由于多出一对平尾和飞机长度要更大等因素，其重量比无尾三角翼布局要高不少。即使是考虑日本领先我国的材料工艺优势，可以通过高比例的先进复合材料大幅度减轻结构重量；其空重至少也要接近12吨才能满足要求。但是根据现有信息，心神样机的起飞重量也不过8吨左右，空重甚至不到6吨，显然与此标准相差极大。笔者认为，心神样机尺寸特别大、明显属于双座设计的座舱盖，是解释这一矛盾的关键所在。

　　和单座飞机相比，双座飞机会在性能上出现很明显的损失；飞机不仅需要付出很大的重量代价来安装多出的弹射座椅、仪表台、更大面积的座舱盖等设备，还损失了相当可观的原本用于装载燃油的机内空间。事实上随着航电系统的高度综合化自动化，飞行员一人就足以驾驶飞机执行复杂的作战任务，这也是美国、中国、俄罗斯现有四代机均无双座设计的根本原因。

　　心神样机采用双座设计，吨位尺寸又特别小，这就只有一种解释：现阶段的心神既是承担气动外形/飞行控制系统试飞任务的验证机，同时也是日本新一代教练机的原型机。这实际上是一种很聪明的策略，进可攻退可守；无论将来政治局势对心神项目如何影响，日本都不会彻底荒废掉这一项目的投资和技术成果。

　　在顺利的情况下，心神样机试飞完成以后，会进一步投入全尺寸战斗机型的研制。事实上这就是照抄F-35战斗机的发展经验——最早的X-35验证机吨位和尺寸都比今天的F-35小很多，而且同样没有内置弹仓。如果我们仅以现在的样机来评断日本心神战斗机的未来水平，那么就和用X-35来评断F-35的作战性能没有两样了。即使是项目发展不顺，日本也会将现有的心神样机稍加修改——比如去除矢量推力结构以后，投入批量生产，作为新一代高级教练机使用。

　　二。心神气动布局较为合理，放大后潜力不容小视

资料图：F-22的棱型机翼和切入式平尾

　　日本在心神上采用常规布局设计和F-2战斗机有很直接的关系。F-2战斗机是三菱公司与洛克希德马丁公司合作研制的产品，实际上就是在美国提供F-16设计技术的支持下，日本半仿半研而成的F-16放大改进型号。在F-2的研制过程中，三菱公司掌握了常规布局三代机的关键设计技术，比如边条翼的涡流增升设计、电传控制技术，为今天的心神验证机奠定了基础。

　　心神飞机在气动布局的总体设计上比较像F-22，但是在机翼与尾翼的核心设计上却截然不同。F-22采用棱型平面机翼设计，机翼的后缘带有很大的前掠角度；这不仅使机翼获得了更好的强度和刚度特性，而且机翼与机身的连接长度大大增加了，机翼受力能够更多更均匀的分担给机身。在机翼大幅加长以后，为了避免平尾向后超过喷管太多，引起重量的大幅度增加，F-22的设计人员将机翼的襟翼内侧切除了一个缺口，使平尾的前端正好切入进来。

　　切入式平尾设计使F-22不仅避免了严重超重的窘境，而且外形的紧凑在侧向隐身和整体阻力减低上也带来了非常优越的性能改善。但这一设计也存在严重的弊端：经过前机身和机翼的气流对平尾的干扰特别严重，这使F-22在俯仰控制时的非线性问题特别严重，并引起了一连串的问题——包括坠机。后来F-22电传飞控软件经历过反复多次更新，与此关系极大。

　　资料图：本文成稿较早，当时日方视频上进气道被模糊处理；新图片已确认并非采用DSI进气道，仍然是加莱特进气道

　　俄罗斯T-50在机翼、平尾的设计上很大程度参照了F-22，其优缺点都大体类似。所不同处，由于在气动研究和飞行控制领域上差距较大，俄罗斯人需要额外在进气道前沿设置可动边条对飞机的涡流升力进行主动控制，这才能有效削弱飞机俯仰控制的非线性问题，保证飞行安全。

　　心神选择梯形机翼，缩短了机翼根部的长度；这样可以在飞机长度不增加的情况下，保证平尾与机翼之间不直接干涉。虽然这种设计是典型的三代机水平，而且对于机翼的结构特性和整机寿命没有什么贡献，但是大幅度减小了飞行控制上的风险，应该说是一种比较务实的做法。

　　此外在进气道设计上，日本此次公布的视频中采用了模糊处理。以前心神全尺寸模型上采用的是加莱特进气道已经公开过，并无保密必要，因此本次样机采用了DSI无附面层隔道设计的可能性很大。不过在进气道下沿与机身相接的部分上，存在着一个奇怪的转折，这看上去又更像是带有传统附面层隔道的进气道设计的特征。

资料图：心神和现役隐身战斗机间的大小对比

　　DSI进气道现在已经得到了广泛使用，除了重量优势特别明显外，在隐身上也优于F-22和F-18E/F的加莱特进气道；虽然进气道上下边沿与机身侧面的夹角会形成反射特征点，但这与加莱特那种附面层隔道形成的深腔效应反射相比简直不值一提。不过日本现阶段对DSI进气道的优化能力到底如何，目前只能存疑。

　　在气动布局的其它方面，心神做的较好；整体流线相当的简洁、流畅自然。不仅在机身各平面的过渡上找不到处理不良的地方，不像歼-31的尾撑在机翼下方形成带有强反射特征的直角棱边凸起；而且在后机身的面积分布和收缩过渡上处理的也不错，不像歼-31不仅后机身面积过大，还需要设置尾椎来减弱尾喷管之间的干扰阻力。

　　从整体上来评价的话，心神现阶段的气动布局设计是比较合理的；虽无惊才绝艳的亮点，却胜在没有什么错误。如果心神在放大以后还能保持这种水平的话，它将具备较大的性能潜力；只要设计方优化到位，在RCS、阻力、升力性能上都能做出不错的表现。

　　三。心神飞控系统的硬件和设计手段先进

　　从日本公布的采访视频来看，心神的项目论证过程中始终将超机动能力放在一个很重要的位置，这无疑会对其飞行控制系统提出很高的要求。

资料图：以心神为基础的未来日本隐身战斗机

　　对于飞行控制系统的动力部分来说，飞机的大部分活动部件，比如水平尾翼、襟副翼、方向舵这些都需要液压系统来进行驱动；液压系统的功率越大，舵面偏转的速度也就越快，飞机反应便越敏捷，越适合超机动飞行。比如F-22的液压系统总功率达到560KW，是F-15的两倍；而根据我国2008-2009年航空科学技术学科发展报告中公开的研究进展和性能指标进行推测，歼-20的液压系统总功率应该在600千瓦左右。

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