心神[日本先進技術驗證機ATD-X內部代號]

心神[日本先進技術驗證機ATD-X內部代號]

日本的新一代的純國產戰鬥機,防衛廳技術研究部於2006年11月9日展出的先進技術驗證機日前被正式命名為“心神”,並正式進行了公開。計畫於2014年進行首飛,具有低可探測性外形和IFPC技術。

基本信息

漢語詞語

基本信息

[state of mind] 心情;精神狀態
心神不定
心神,人的心的中心、人意識的中心、人思維的中心,代表一個活的思想。這是中國式出發點,現代化的對心神的解釋。

詳細解釋

1. 心思精力。語出《莊子·在宥》:“解心釋神,莫然無魂。” 北周 庾信《代人乞致仕表》:“心神已弊,晷刻增悲。” 唐 姚合《武功縣居》詩:“簿書銷眼力,杯酒耗心神。” 清 孫枝蔚《客句容五歌》之四:“俸金特寄雖無幾,能無憂懼勞心神。”
2. 心情;精神狀態。
三國志·蜀志·關羽傳》:“初, 曹公壯 羽 為人,而察其心神無久留之意。” 北魏 酈道元《水經注·泗水》:“昔 泰山吳伯武 少孤,與弟 文章 相失二十餘年,遇於縣市, 文章欲歐 伯武 ,心神悲慟,因相尋問,乃兄弟也。” 唐 韓愈《為韋相公讓官表》:“承命震駭,心神靡寧,顧已慙靦,手足失措。” 清 納蘭性德《上座主徐健庵先生書》:“牓發之日,隨諸生後端拜堂下,仰瞻風采,心神肅然。”

同名外國戰鬥機

展出

心神
防衛廳技術研究部於2006年11月9日展出的先進技術驗證機日前被正式命名為“心神”,並正式進行了公開。此次公開吸引了大量的媒體,同時航空自衛隊也表示,航空自衛隊已經注意到了未來空戰環境需要新一代戰鬥機具備所謂的“F3”能力。即“首先發現(First Look)”、“首先攻擊(First Shoot)”和“首先摧毀(First Kill)”,而新的“心神”先進技術驗證機正是瞄準這一目標而進行設計的。

高機動性和隱身性

日本防衛廳技術研究本部認為。下一代戰鬥機首先必須具備的自然是隱身性。而高機動性也是取得空戰勝利的必備條件。然而這兩項性能對於飛機外形的要求是矛盾的,簡單說隱身性要求飛機外形更趨於稜角——將雷達回波儘可能集中在有限的方向,而高機動性則要求飛機外形更趨於圓滑——避免空氣從機身表面分離。而“心神”的開發正是為了研究如何調和這兩個性能帶來的設計上的矛盾,同時讓新一代戰鬥機同時兼備這兩個贏得空戰的必備性能。
雖然這兩項性能在設計上互相牽制糾纏,但是“心神”驗證機的這兩個部分設計是分別由兩個部門進行的。其中高機動性的研究工作由日本防衛廳技術研究本部第3技術開發室完成,該項研究在2000年就已經開始,按計畫將於2008年末結束;而隱身性方面的研究則由“心神”項目的主要契約單位——三菱重工承擔。三菱重工為了實現飛機的低可探測性能,因此在外形設計上參考了目前唯一投入服役的標準四代機F-22,採用了並列雙發雙垂尾正常布局。
根據上一代隱身理論,飛機的主要輪廓線和機身開口接縫線應該相互平行,以儘可能將雷達回波集中在有限的方向上,使得敵方只能在特定方向探測到自己。F-22正是在這一理論成熟的時候誕生的“心神”也參考了這些,採用了帶附面隔層道的carret進氣口。鑒於F一35的鼓包式進氣口早已經進行過試驗,而“心神”仍舊在進氣口內側設計有附面層隔道。很顯然是為超聲速飛行性能考慮的。其他諸如梯形主翼.外傾式梯形雙垂尾等均與F一22如出一轍。這個外形也令很多人在看到“心神”第一眼後會認為這不過是繼“猛禽斯基”後的“倭猛禽”罷了。平尾的輪廓倒還算有意思,前緣與主翼前緣相垂直,而折線形後緣外側與前緣平行,內側則與主翼後緣平行。不但保證了足夠的氣動效率,提高了隱身性,同時還擴大了機背通訊天線及其他天線的工作範圍。不過這一設計也不是“心神”首創。“心神”在氣動外形上與F一22的最大區別主要在於類似F一1 6的氣動側板,這一將主翼和平尾有機結合成一體的氣動側板有效提高了飛機的控制效率,同時後端與平尾相接,使得控制效率進一步提高。這種結合了F一16和F-35各自特點的氣動側板雖然在很多國家的方案中並不鮮見,但是將其付諸於實施的還只有“心神”。 F一22還有一個設計亮點,就是在進氣口端上部外側各有一個三角形的突起,這個突起上表面與機身連成一體,下表面則於進氣口有一個折角。這個設計非常巧妙,極好地保證了飛機的隱身性以及進氣口的要求,同時起到了邊條/前翼的作用,能夠在大迎角狀態產生渦流提高主翼升力。而“心神”並沒有採用這一設計,而是直接在進氣口外側伸展出邊條,然後與氣動側板相接。這種結構簡潔,而且與F一22的設計相比,“心神”的設計保證了飛機機身對面積律的要求,結合其進氣口採用附面層隔道設計,說明“心神”非常強調跨聲速/超聲速特性。“心神”的設計有一點必須特別注意,就是在主翼前緣襟翼內側有一個非常有意思的“閉合鋸齒”設計。肉眼平視非常難以注意到這個結構,該設計也算巧妙而有意思。這一設計類似於米格~23主翼前緣的鋸齒結構,起到類似於翼刀的作用,用於控制失速氣流的擴展,能夠提高飛機的可控迎角範圍。很多飛機都採用了這一設計,但是此設計的最大缺點就是其獨特的凹口會大幅增加飛機迎風面的雷達反射面積,這對於現代戰鬥機來說是非常致命的。而“心神”為了獲得更高的機動性、更大的可控迎角範圍,因此毅然採用了鋸齒設計,而與常規鋸齒不同的是,“心神”的鋸齒前端向內收攏與機身相接,整體形成了一個閉合的鋸齒結構,擋住了前向雷達波直接進入鋸齒內,這一設計目前還是只見於“心神”,不過這一設計是否真的能提高隱身性,以及氣動效率具體如何,還有待進一步試驗。

IFPC技術

三菱重工除了要進行低可探測性機體形狀設計的研究外,還要進行IFPC技術的開發。IFPC是指綜合飛行/推進控制(Integrated FIight Pro—pulsion Contr01)技術,主要用於在飛機通過氣動操縱面無法控制飛機姿態的失速範圍內,通過對推力的控制來操縱飛機的控制技術。不僅如此,為了使整個系統性能最優和穩定性最好,就必須對各個部分綜合控制,即一體化控制。對於進氣道、 發動機及噴管的綜合控制稱為航空推進系統綜合控制,簡稱cs;對於飛機與推進系統綜合控制稱為飛行/推進系統綜合控制,簡稱IFPC。通過IFPC的實現,飛控、推進等系統也將演進成為一種一體化的、智慧型的、綜合了各種飛機控制能力並與指揮、控制、感測、導航、攻擊等系統高度綜合的飛機。同時,在整個飛行包線內最大限度地滿足飛行任務的要求,以滿足推力管理,提高燃油效率和飛機的機動性,有效地處理飛機與推進系統之間耦合影響及減輕駕駛員負擔等項要求,從而使系統達到整體性能最佳化。作為IFPC的一個重要組成環節,“心神”採用了推力矢量噴管。而該噴管區別於蘇一37的圓截面三維推力矢量噴管和F-22的矩形截面低可探測二維矢量噴管,而是類似於美德合作的X一31所具有的三片折流板矢量操縱方式,比較特別的是“心神”的矢量折流板帶有鋸齒,有可能是為了降低雷達探測性而設計的。

美德合作的X一31

毫無疑問,X一31項目是目前有人戰鬥機最強機動性的代表,這一項目誕生於1986年6月,美國和當時的聯邦德國政府簽訂了一份關於聯合進行“增強戰鬥機機動性”(EFM)計畫研究的諒解備忘錄,該計畫由美國國防部高級研究計畫局牽頭,聯邦德國國防部的技術計畫部門以技術合作的方式參與該計畫,為該計畫的發展研究機就是X一31“增強戰鬥機機動性”驗證機,該機主要用來研究提高近距空戰格鬥能力的方法。而X一31最具特點的就是折流板矢量噴口,3塊碳一碳導流葉片繞發動機圓周對稱配置,每枚導流葉片的受高溫區都包敷著碳化矽面層,且均由單獨的作動裝置驅動。通過偏轉導流葉片來提供俯仰和偏航所需的控制力。最大偏轉角度為35度,折流板矢量噴管不像二維和三維推力矢量噴管那樣包覆住噴流,因而在大多數情況下最大只能將氣流方向改變15度,而在某些低能量狀態以及發動機尾噴口面積較小的情況下氣流改變還達不到15度。而且折流板推力矢量控制方式的缺點是相當明顯的,首先它的導流葉片在同時偏轉一定角度以上可能發生相互碰撞,因而必須在控制軟體中做適當的設定,這會導致該機推力矢量的控制律和與飛行控制系統的結合相當複雜;其次是導流葉片本身的使用能力問題,X-31的折流板內偏5度僅僅10秒後就必須外轉10度冷卻15秒才能再次使用.最後是折流瓣式偏折噴口的固有缺點——推力損失問題,X一31A在導流葉片的偏轉角度超過10度時推力開始明顯損失,偏轉至25度時推力將損失700千克力左右。

推力矢量控制

不過儘管推力矢量控制方式有種種缺點,但是“心神”仍IEl決定採用這一矢量控制技術,一方面是結構簡單,不用面臨開發額外的且日本從未接觸過的結構複雜的俄式三維矢量噴口,同時也不像F-22的二維矢量噴口那樣不能對偏航方向作控制;另一方面,折流板技術是美國的現成技術,即使是雙發動機同時採用折流板也在F/A一18 HARV上進行過驗證,而X-31所驗證的技術本來就是用於移植的,因此在結構設計以及控制軟體上,日本都可以直接從其盟友美國身上獲取。畢竟日本要試驗研究的是控制技術而不是結構製造技術。對於日本來說,製造一個機器並不困難,不必因此浪費時間而導致“心神”計畫的拖後。

日本的新一代的純國產戰鬥機

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除此之外,三菱重工還要同時展開“靈巧蒙皮(Smart Skin)”的試製。靈巧蒙皮主要是指用於機身製造的一種重量輕且強度高的新型複合材料。這種全新材料的試驗工作計畫將於2011年完成。“心神”先進技術驗證機起飛重量約為8噸,所裝備的兩台日本國產XF5-1渦輪風扇發動機總推力能夠達到10噸,飛機起飛推重比為1.25。採用了新型靈巧蒙皮的“心神”還將進一步降低重量。除了靈巧蒙皮之外,“心神”還將要驗證實現IFPC能力的矢量噴口.多功能主動相控陣雷達以及類似於F一35的綜合光電搜尋瞄準系統。如果一切順利的話,全狀態“心神”驗證機將於2014年進行首飛。在目前已經投入部隊服役或正在進行試驗的新一代戰鬥機中,多為類似於蘇--35/37一般強調高機動性,或如F一22一樣側重隱身性的飛機。而日本則希望自己新一代的純國產戰鬥機能夠藉助低可探測性外形和IFPC成為領先於世界的新一代萬能戰鬥機

最新動向

據美聯社2011年3月8日報導,日本高級防務官員稱,日本自己研發的隱身戰鬥機原型機將於2014年首飛,這將使日本加入美國、中國和俄羅斯的行列,成為擁有自己研發和製造隱身戰機能力的國家。
日本防衛省防空系統研發部門主任吉岡秀正中將在接受美聯社採訪時表示,日本自2009年以來已經在隱身戰機研發計畫上投入約4.73億美元。美國國會2009年通過一項法案,禁止出口隱身戰機。吉岡說,日本在無法購得美國最先進的F-22“猛禽”戰鬥機的情況下開始自行研製隱身戰機。
然而,他強調,這款名為“心神”的原型機試飛成功並不意味著日本將立即開始製造隱身戰機。他說,研發原型機的目的是測試尖端技術。如果試飛成功,政府將在2016年決定今後的計畫。
報導稱,亞太地區爭奪戰機優勢的激烈競爭對日本造成了很大壓力。美日之間的安保同盟並不足以說服美國國會同意跟自己的盟友日本分享F-22的尖端技術,曾多次否決了向日本出 售F22的意向。
報導稱,同時,中國和俄國則在研發隱身戰機技術方面取得長足進展。中國今年1月在美國防長蓋茨訪華期間出人意料地進行殲-20隱身戰機試飛,讓世界吃了一驚。中國的殲-20(J-20)在很多方面與美國的F-22相似,這使美國和日本的軍事戰略問題專家頗為緊張,因為他們發現中國在這方面的技術更新速度比外界預期的更快。
心神想像圖心神想像圖
俄國的新隱身戰機T-50也於2010年飛上天。人們普遍認為,俄國和印度聯合研製的T-50不但充實了俄國的空中實力,也發出了強大的信號,表明俄國希望出口更多尖端戰機技術。
報導認為,日本空軍的軍備老化很快,國內也有日益強大的呼聲要求提高戰鬥機研發和生產能力,以免過度依賴外國。

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