第4章 天空新印象

1.让人类飞得更高、更快、更远

从莱特兄弟在美国基蒂霍克试飞“飞行者”1号到今天，已过去了100多年，在这100多年中，航空航天科学技术飞速发展，真是不可同日而语，让人感慨万千。

20世纪前期，飞机完成了从双翼机到张臂式单翼机、从木布结构到全金属结构、从敞开式座舱到密闭式座舱、从固定式起落架到收缩式起落架的转变，飞机的升限、速度提高了2～4倍。随着超声速空气动力学、结构力学和材料科学的发展，飞机突破了“声障”和“热障”，飞行速度达到两三倍声速，进入了超声速飞行时代。变后掠机翼和垂直起落技术的问世，为变后掠翼飞机和垂直起落飞机的发展创造了条件。从20世纪50年代起，喷气式客机逐渐代替了螺旋桨客机。20世纪70年代初出现了大型宽体高亚声速喷气式客机和货机，接着“协和”式客机又成为世界上第一种超声速客机。今天，飞机已成为人民生活中不可缺少的交通工具。

展望未来，航空技术发展的目标是让人类飞得更高、更快、更远。

所谓“更高”，是指飞出大气层。人类已实现乘坐以火箭为动力的航天飞机，去地球轨道或去地球大气层以外旅行。20年后，以吸气式发动机和火箭的组合系统为动力的空天飞机，将带领我们实现这种以往只有航天员才能进行的旅行。空天飞机有别于用火箭发射的宇宙飞船，也有别于用火箭发射、可多次使用的航天飞机。它可以像普通飞机那样，在机场起飞和降落，既能在大气层内飞行，也能在大气层之外航行。空天飞机可在一个小时内飞抵地球上的任何地点。空天飞机集强有力的先进推进系统、有效的热防护技术、特殊的结构和材料、高超声速的空气动力技术等于一身，是当代最新科技成就的集中体现。

与50年前相比，民航飞机的速度也有了大幅度的提高。在民用航空器方面，今后的发展将面向三个方向：一是大型亚声速运输机，估计到2035年航空运输主要靠亚声速客机。二是先进超声速客机。虽然“协和”超声速客机已退出历史的舞台，但并不能说明超声速客机的发展就没有前途了，随着航空技术的发展和人类对航空运输的需求不断增加，超声速运输飞机还将受到重视。三是偏转旋翼式垂直起降支线客机。为解决中心机场的拥挤问题，需要垂直起降飞机实施疏散客流，并进行市区对市区的运输。因此，需要利用可偏转旋翼的支线客机完成这一使命。目前呼之欲出的第二代超声速客机，将使从北京到巴黎的航程由11～12小时，缩短到5～6小时，飞到纽约只要7小时，旅客再也不需要在飞机上打瞌睡。现在，美国、欧洲和日本已提出了第二代超声速客机的方案并着手研制，这种超声速客机的速度为声速的2～2.5倍，载客量为250～300人，航程为11000～115000km，耗油量仅为“协和”号和“图-144”一类第一代超声速客机的一半。正在制造的新型客机将更大更舒适，可以让更多的人享受空中旅行的快捷。目前，运营最多的客机是美国的波音747和欧洲的空中客车A330、A340，最大载客量为400～500人。制造中的巨型客机载客量为600～800人。欧洲空中客车公司研制的A380巨型客机载客量可达550～600人，采用四台涡扇发动机，航程达14000km，最大起飞重量达500t，飞机高10m，分上下两层客舱，机内设有卧室、会议室，可达到5星级饭店的标准。国外还提出研制“飞翼”型客机的设想，机身和机翼融为一体，可载上千名乘客，坐在这种飞机里就像坐在大剧院里一样。科学家们构想中的不着陆飞行器颇令人神往，这种飞机在大气层外的地球轨道上飞行，而空天飞机将它作为停靠站，往来于地面和不着陆飞行器之间。这种集大气层飞行和宇航于一体的飞行方式将使人类无所不至。这就是所谓的“更远”。

在实现“更高、更快、更远”理想的同时，20世纪初曾风靡一时的飞艇，再度受到青睐。随着科学技术的发展，飞艇曾存在的致命缺点——安全问题和速度太慢的问题可望解决。全新的飞艇不会燃爆，新型发动机将赋予飞艇更高的速度，其操纵性和灵活性也会大大提高。尽管飞艇的飞行速度不及客机，但就满足人们对飞行的多种需求来说，仍不失为一种经济的选择。

现在全世界飞机总数为47万多架，其中民用飞机有36万多架，而从事工业、农业、林业、渔业和建筑业的作业飞行，以及医疗卫生、抢险救灾、气象探测、海洋监测、科学实验、教育训练、文化体育等通用航空的飞机，又占到民用飞机的90%，包括中国人在内的许多普通公民都可通过训练获得飞行执照，不少农民和居民也购买了超轻型飞机，大型企业购买公务飞机的消息也时有所闻。

在运输机方面也有了很多创新。航空科学技术的进步促进了运输机以崭新的模式，朝着高效率、多功能、低成本的方向发展，出现了飞翼式、连翼型、短机身型、隐身型等运输机的创新设计。21世纪的运输机将在现有性能基础上，实现大载重、短距离起落、高可靠性、易维护、全天候飞行、可直抵偏僻机场，完成“面—点”和“点—面”的空运任务。

2.国外发展新一代战斗机的启示

现代战斗机技术发展迅速，更新换代很快，按照欧美的分法，现代战斗机分成四代。典型的第四代战斗机为美国的F-22，它将隐身、超声速巡航、高机动性和敏捷性进行了优化、折中和综合，使飞机的性能水平和作战效能有了突破性的提高。F-22采用了继F-117A和B-2后的新一代隐身技术，使它能兼顾隐身性和机动性、敏捷性。通过采用高性能的发动机和先进的气动设计，达到了不用发动机加力，就能超声速巡航的目标。但F-22的单价高达2亿美元，即使美国也难于大量购置和装备。为此，美国又研制了一种三军通用的轻型第四代战斗机F-35，单价约为F-22的1/2，把“可承受性”（Affordability）放在优先的地位，强调隐身、航程和短距起落性能，企图在技术先进性和经济可承受性之间达到良好的折中。俄罗斯、中国和欧洲等也有发展第四代战斗机的计划。

此外，由于高新技术的迅猛发展，无人机在现代战争中的作用日益凸显，虽然无人机不可能完全替代有人机，但在未来的战争中，战斗机将由有人机和无人机混合组成，而有人机将由下一代的新型机和上一代的改型机混合组成。从国外下一代战斗机的发展趋势中，我们可以得出十分有益的启示。

（1）作战需求是发展第四代战斗机的主要依据。

由于战斗机的研制需要一个周期，它研制成功后能否满足实战的要求，在很大程度上取决于由作战需求确定的战术技术指标是否合理。在战斗机发展的历程中，既有成功的经验，也有失败的教训。例如，朝鲜战争结束后，国外不少专家预测，在未来空战中取胜的关键是飞机的最大飞行速度，可以放松对机动性的要求；重视刚刚出现的空空导弹，忽视航炮的作用。根据上述作战思想，制订了第二代战斗机的战术技术指标。结果，根据这些指标设计出来的第二代战斗机，其作战效果却并不理想。虽然，第二代战斗机的飞行Ma数超过2，并挂装了第二代空空导弹，但在越南战争等局部战争中的表现并不好。受许多因素的制约，空战主要是在亚音速和目视的范围内进行的，机动性仍至关重要，航炮仍将发挥重要的作用。第二代战斗机的教训告诉我们，既要依靠先进技术来提高作战性能，但又不能不顾作战需求，片面地追求技术先进。

（2）要把经济可承受性放在十分重要的地位。

高强度、高消耗是现代高技术战争的一个特点。国外下一代战斗机的研制费用高达数百亿美元，单价高达2亿美元，甚至美国都不能大量配备。因此，经济可承受性，就成为发展第四代战斗机时必须考虑的一个重要因素。我们应尽可能避免“造得起”而“买不起”、“用不起”的情况。

（3）正确处理“研新”和“改现”的关系。

苏-27飞机是苏联在20世纪80年代中期研制成的一种综合性能很好的重型战斗机。它的飞行性能很好，机动性能更为突出。机载雷达的探测距离可达200km，红外/激光探测系统对提高飞机的全天候作战能力和抗干扰能力有重要作用。它可挂装各种空对空和空对地导弹，杀伤威力强。另外，它的起飞重量和尺寸都比较大，因而有较大的改型余地。如前所述，苏-27的改型飞机苏-35和苏-37在作战效能和技术水平方面比原型飞机都有很大提高。但第三代战斗机的改型，不可能代替第四代战斗机的研制。例如，苏-35的性能比苏-27确有很大的提高，但由于外形、进气道、尾部和外挂等方面受到原设计的限制，很难获得更好的隐身性能，其迎头雷达反射面积为3m²，而不是第四代战斗机要求的0.1～0.3m²。因此，我们必须把第四代战斗机的研制和第三代战斗机的改型作为一个体系，协调它们在未来空中对抗中的任务和作用。

（4）正确处理“有人”和“无人”的关系。

从现在的发展趋势来看，无人机可在明显低的费用下，提供性能好的武器系统。但正如美国《空军2025》报告中的《空中对抗：刀刃》最后指出的那样，“尽管技术能以幂次律增长，但仍然要求人在回路中和人在现场。机器能够按程序来学习，机器能够按程序对给定的情景做出反应，机器能够决策。然而，机器不能够用本质的感觉来编程，而本质的感觉过去是，将来仍然是我们如何战斗的一个组成因素。只要在人工智能研究的神圣殿堂里，仍保留一望而知的推理，那么，最好的计算机将继续是人的大脑。”由此可见，有人机和无人机在作战效能上，不是对立的，而是互补的。在技术上也有许多共同之处，关键是要进行统一规划。

（2014-02-09）

3.F-22：一个并不美丽的神话

F-22“猛禽”，是目前世界上唯一服役的第四代超声速战斗机。它所具备的“超声速巡航、超机动性、隐身、可维护性”，即所谓的4S性能，已成为了第四代超声速战斗机的划代标准。从一开始，美国空军就对F-22提出了“全面掌控21世纪的天空”、“在未来20年内没有对手”的目标，从而打造了一个“空战神话”。

事与愿违，F-22横空出世后，故障不断并屡次发生重大坠机事故。2012年11月16日，一架美国空军F-22又在佛罗里达州泰恩代尔空军基地附近坠毁，再次引起舆论一片哗然。实际上，早在2009年4月6日，美国国防部公布了2010财年国防预算案，决定在再产4架F-22后，就关闭其生产线。2011年12月13日，洛克希德·马丁公司生产的最后一架F-22下线滑出装配厂房。至此，总共交付了187架F-22，与原定的生产750架相差甚远，从而终结了F-22这个并不美丽的神话。

为什么F-22的神话会提前破灭？美国媒体有各种解读，有的认为F-22技术跨度大、先进技术密集，研制中出现波折以致服役初期问题不断是难以避免的。还有的甚至自欺欺人地提出F-22停产是由于它没有对手等。实际上，战斗机的研制，需要一个超过10年的周期，假若不能正确预测空战的未来走向，就会出现刚研制出来，就已明显落后于形势发展的现象。战斗机在发展历史上也有过误判形势的先例。朝鲜战争结束后美国专家曾预测，未来空战取胜的关键是飞机的最大飞行速度，可以放松对机动性的要求。结果，根据相关指标设计出来的第二代战斗机，在越南战争中的作战效果却很不理想。因此，既要依靠先进技术来提高作战性能，但又不能不顾作战需求的变化，盲目地追求技术先进。

F-22的设计思想，起源于20世纪80年代初的冷战思维，因此存在先天的缺陷，特别是世纪之交，一场新军事变革和信息化战争的出现，已经彻底改变了对有人战斗机的发展要求，从而导致了F-22的落伍。F-22在设计时的假想敌是苏联的米格-29、苏-27等三代机，把提升制空作战能力作为首要设计目标，而对多用途，尤其是对地/海攻击能力考虑不多。同时，为了追求最好的隐身性能，F-22强调在战时独立行动而不与普通飞机编队，因而没考虑与后者的协同作战能力。其实，随着反隐身技术的发展，这种设计思路也应重新检讨了。

21世纪初的战争是体系与体系的对抗。在最高层次上它是国家政治与经济实力的对抗，特别是经济实力的对抗。新型战斗机的造价十分昂贵，成本一代超过一代，估计四代机的成本，将是三代机的4～5倍。目前F-22出厂单价已接近2亿美元，包括研制费在内的单机成本则超过4亿美元。由于F-22的系统过于复杂，其维护保障的费用大大超出预期。F-22每飞行1小时所需要的地面维修保障时间超过30h，每小时的飞行成本超过4万美元，因此，F-22的全寿命费用大大超过三代机。难怪F-22上马时，有一位前美国国防部的高官曾说，若战斗机像这样发展下去，到2050年美国的整个国防经费，只能买一架战斗机了。特别是美国自金融危机以来，国防经费相形见绌，为了缩减国防经费，当然首先要拿F-22开刀了。无疑，经费的制约，将促使战斗机从“以性能为王”，转变为“以效费比为王”。

其次，在战争中交战双方的各类武器装备，将各组成一个体系。双方的空中对抗装备，也组成了下一个层次的体系。21世纪初空中对抗装备由各种有人和无人的战斗机、预警机、侦察机、加油机，以及地面、海上和空间用于空中对抗的武器装备（包括卫星、地对空导弹、地面雷达等）组成。在这种体系对抗中，战争的胜负并不取决于一种武器平台是否特别先进，而是取决于整个体系的综合能力，特别是体系之间的信息连通能力。为了能够实现先敌发现、先敌发射，达到初战制胜的目的，下一代战斗机要具有很强的多目标探测、跟踪和识别能力。为此，机载传感器要和整个武器装备体系的目标监视、跟踪和识别系统达到一体化，并要和飞机的航空电子系统和飞行控制系统达到一体化。

未来相当长时间内，战斗机群将由有人机和无人机混合组成，而有人机编队将由四代的新型机和三代的改型机混合组成，三代的改型机仍可能是主力之一。

（2012-12-13）

4.F-22首战叙利亚的目的何在？

美国东部时间2014年9月22日晚，美国空袭叙利亚境内的“伊斯兰国（ISIS）”武装，F-22战机首次参加实战。对美国空军来说，这是一个重要的里程碑。

美国空军参战飞机，包括了遥控无人机，F-15E、F-16、F/A-18和F-22战斗机，以及B-1轰炸机。五角大楼确认F-22轰炸了“伊斯兰国”的一处“指挥控制设施”，该设施位于叙利亚拉卡省内，攻击中使用了精确制导炸弹。

美军此次用F-22，出乎大家意料。从目前情况看，对付只有吉普车和装甲车，没有什么防空能力的ISIS，明显是“杀鸡用牛刀”。因此，国内外媒体对F-22首战叙利亚的目的进行了众多猜测。按照惯例，美国空军的新战机首战的目的，就是通过真实战场的检验，考验其作战效能，以便对其进一步完善与升级。为了确保首战告捷，新战机首战的地点，都选择为防空能力较弱的国家。这次F-22首战叙利亚，既对叙利亚和ISIS起到了打击和威慑作用，也考察了F-22在美国亚太地区构建的“海空一体战”作战体系中的作用。

对于美国空军在叙利亚究竟要检验F-22的什么性能，媒体有不同的解读。国内媒体强调的是F-22的“防御性制空”、“进攻性制空巡逻”、“进攻性防空压制”和“进攻性地面定点攻击”四项作战能力。美国媒体则根据美国国防部的观点，重点指出F-22是一种情报、监视和侦察平台，强调这种战机具有独一无二的信息优势。美国媒体指出：F-22的电子设备已经进行了升级，还安装了一套新的传感器，可用于收集情报，已经成了一个顶级的ISR平台，同时它仍是一个强大的打击平台。这两个性能结合在一起，使它能够更好地理解战况，同时还能为其他飞机提供正在执行的任务信息。

据美国《防务头条》2014年10月22日报道，美国空军作战司令部司令Mike Hostage，就F-22首战中新一代机与老一代机的配合作战等问题，接受了采访。他说：“今天我们使用的任何飞机平台，都是一体化联合使用的。即使这次精心策划的空袭也是如此。除了近距空中支援外，我们不会运用执行单一任务的作战飞机。人们认为F-22不能与其他飞机平台联合作战是非常可笑的。无疑，从平台层面，F-22无法使用其他战机相互通信的方式来与其他飞机通信。但是，从战术、技术和程序（TTP）上来说，一开始F-22就与其他装备联合作战。”“F-22不太可能单独作战。在一体化联合空袭力量中，F-22与其他装备一样承担了空中打击任务，但F-22在发动空袭前，还承担了其他任务。F-22态势感知能力和保护机队的能力，是其任务的重要内容。我看不出还有比这个更联合的了。我曾获授命，着手实现老一代与新一代之间沟通的能力。老一代将利用新一代的一些能力，如新一代提供的态势感知能力。该能力将需要充分授权的作战云，但它届时将根本改变新一代和老一代的作战能力。如果没有实现这种通信能力，老一代的能力和其之前没有不同。”

这里谈及的“作战云”，是美军近两年新提出的作战概念。目前，美军对它还没有统一的表达。作战云的概念有点类似于“云计算”，“云计算”是在一个由高度分散、自我进化的平台构成的网络（如互联网）中，达到共享信息的目的。然而，作战云不是整合多台服务器的计算能力，而是通过利用指挥与控制情报、监视与侦察网络，快速交换来自各个领域传感器和射手获得的任何来源的数据，以整合各个作战系统的作战力量，从而增强它们的效能，且获得规模效益。

实际上，美国空军提出的新一代战斗机的战术技术性能要求，通常称为4S标准，即Super Maneuverability，Super Sonic Cruise，Stealth，Superior Avionics for Battle Awareness and Effectiveness。翻译成中文就是“超机动性”、“超声速巡航”、“隐身能力”和“具有战役感知和效能的超级航空电子系统”。关于最后一项，国内有一些文章用“高可维护性”、“超视距打击”等来代替。按照F-22的制造商洛马公司的官方文档，它可解释为“高信息优势”，并认为它是4S中最重要的标准。以此对照国内媒体的报道，都偏重于基于工业时代的前三项标准，这表明我们仍须赶上世界信息时代飞速发展的步伐。

（2014-12-13）

5.歼-15 PK苏-33

2012年11月25日，我国的歼-15舰载机，顺利地在中国第一艘航空母舰“辽宁舰”上，进行了起降飞行训练，标志着我国自主研发的舰载机获得了巨大成功，表明我国在航母技术的发展上取得了重大突破。

歼-15装有两台大功率发动机，采用了全新增升装置、起落装置和拦阻钩等系统，实现了机翼折叠，使飞机在保持优良作战使用性能的条件下，满足着舰的特殊要求。歼-15具有作战半径大、机动性能好、载弹量多等特点，具有全海域、全空域打击能力，被誉为凶猛强悍的“空中飞鲨”。

国外有媒体，主要是俄罗斯的媒体，根据歼-15的外形和俄罗斯的苏-33舰载机较相似，提出了歼-15抄袭苏-33的说法。对此，2012年11月29日，国防部新闻发言人耿雁生指出：“世界军事发展的规律是客观的，很多武器装备的原理是相同的，一些指挥和保障的方法也是相近的。因此，仅仅通过简单对比，就认定中国‘山寨’了外国的航母技术，这种说法如果不是有意攻击，至少是不专业的。”

美国的《航空周刊》早就发表文章说：“歼-15类似于俄罗斯苏-33舰载机，基于沈飞对苏霍伊苏-27战机进行本土改造而来的歼-11B研发，具有前置鸭翼、折叠翼、制动钩和加强的起落架。像苏-33一样，歼-15将从滑跃式跑道而非用弹射器起飞。但它和苏-33仍有一些不同，它具有更复杂的后缘襟翼和先进的中国电子设备。”这篇文章又说：“关于该战机在性能方面的争论异常激烈。俄新社宣称，歼-15不如苏-33；但中国官员表示，苏-33的电子设备落后，所以歼-15装配了本国产的传感器、显示器和武器系统。”

苏-33舰载机是基于苏-27战斗机发展的舰载改进型飞机。20世纪80年代早期，苏-27的早期原型机T-10开始进行滑跃起飞试验，并改进出T-10K验证机，以此为基础研制了苏-33。该机于1987年首飞，1989年11月首次在“第比利斯”（后来的“库兹涅佐夫”号）航母上进行着舰试验，1993年正式服役。据海外媒体报道，20世纪90年代，中国就从乌克兰买回了T-10K。但是苏-33的技术已经老旧，直接仿制带来的效益太差，所以沈阳飞机设计所对此进行了彻底改造，也可以说是一项新的设计。

首先，歼-15的航电系统比苏-33先进一代。苏-33采用的是老式ARINC429单向低速数据总线的分立式航电系统。歼-15采用的是双向数据总线的联合式航电系统。苏-33火控系统采用的TS-100计算机运算速度只有17万次/秒，而歼-15的火控计算机运算速度估计已经超过每秒数百万次。苏-33采用的雷达也比歼-15落后得多。苏-33落后的航电系统，导致了苏-33只能单纯作为截击机使用，缺少对地精确打击能力。其次，歼-15改进了材料和生产工艺，从而提高了机体强度和减轻了重量。最后，歼-15装备了国产的WS-10“太行”涡轮风扇发动机，其推力也大于苏-33采用的发动机。由此可见，歼-15的性能要胜过苏-33，可以和美国F-18、法国的“阵风”等世界一流舰载机相媲美。

由于时间紧迫，歼-15在气动外形上虽有改进，但基本上参考了苏-33的外形。这可能使某些俄罗斯人感到不舒服，但确实是一种实用而有效的做法。实际上，不同的国家有不同的技术专长，为此必须扬长避短。正如最近我国歼-10首席试飞员徐勇凌所说：“俄罗斯相对而言在气动和飞控领域比较先进。美国当然是全方位的先进。西欧在飞控技术领域应该说也是没有问题的，在航电领域也可以说是跟美国并驾齐驱，但是在气动力方面，因为需要大量的试验，需要大量的财力支撑，因此可以看到英、法、德、意这些国家在三代半飞机的研发过程中，气动布局方面相对而言比较保守，突破比较少。”

其实，就气动的水平来说，我国的风洞试验能力可能比欧洲还要强，但在气动设计方面，可能也较保守。随着我国综合国力的提升，为了加速发展我国航空航天事业，在解决发动机这个软肋的同时，克服气动研究单位只是“风洞吹风公司”而缺少创意和储备的局限，也必将提到日程上来。

（2012-12-02）

6.美军为何研发远程打击轰炸机？

2015年1月28日公布的美国2016财年国防预算申请中，有12亿美元将用于发展“远程打击轰炸机（LRS-B）”，这意味着LRS-B项目将进入实质性研发阶段。据美国空军网站2014年3月11日报道，美国空军将在2015-2019财年，为LRS-B项目申请114亿美元的预算。

LRS-B的最初起源是2037年轰炸机项目。根据美国空军1999年公布的“轰炸机路线图”，下一代轰炸机的研制工作将于2019年开始，服役时间定在2037年。而在“美国2006年四年防务评估报告”中，将下一代远程打击系统的服役期限，提前了约20年，改称“2018年轰炸机”，也就是现在的LRS-B轰炸机。根据2007年5月美空军公布的要求，2018年轰炸机将具备以下特征：能装载6.4～12.8t的武器，具备亚声速飞行能力，作战半径不小于3200km，具有全方位隐身能力。据最新报道，LRS-B能够携带常规武器及核武器，可以选择有人或无人驾驶。

美军研制LRS-B的重要理由，是现役的B-2过于昂贵，单价超过20亿美元，因此，要求LRS-B价格不能超过5.5亿美元。LRS-B可能只有B-2的一半大小，并主要采用“现有技术”建造，以节省研发费用。美空军预计将采购175架该轰炸机，其中120架组成10个作战中队，55架用于备用和训练，计划总投资400亿～500亿美元（从美军飞机研制历史来看，投资将会大大超支）。从当前进度分析，LRS-B最快将在2024年前后完成首飞，2025—2030年服役。目前，曾研制B-2轰炸机和X-47B无人机的诺斯罗普·格鲁曼公司，正与波音和洛马公司组成的联合团队，争夺该项目的合同。

由于LRS-B刚开始进行初步方案设计，其气动外形尚未确定，但根据LRS-B的大航程、全隐身和亚声速飞行能力的要求，采用类似X-47B的飞翼外形的可能性很大。X-47B的大尺寸机身中部装有后掠角较小的机翼，从而能获得更高的巡航升阻比，有利于提高航程，这对轰炸机非常有利。其机身长度较大，有利于实现飞机纵向平衡，从而可以采用前缘增升措施，这与B-2外形相比，可以缩短飞机起降距离。但由于X-47B机翼前缘存在不连续折线，会形成较多的雷达反射波密集区，因此隐身性能较差，尚待进一步改进。

美军提前研发LRS-B的用意何在？当然与中国有关。诺斯罗谱·格鲁曼公司在其“2018年轰炸机”研究报告中称，加速发展新轰炸机的主要原因是中国反介入/区域拒止能力正在增强，使得美国空军在未来西太平洋地区的冲突中，可能无法使用位于第一岛链的基地，攻击机只能从关岛和澳大利亚出发；但部署新型轰炸机后，可减少美国空军50%的对地攻击飞机和60%的空中加油机的数量需求。另外，中国正在发展的可以攻击美国航母的弹道式导弹如DF-21D等，以及正在发展的航母舰队，已成为美国在西太平洋实施空海一体战的最大障碍。LRS-B轰炸机可携带4～12枚反舰导弹，可对中国海军舰队包括航母在内实施攻击。同时，LRS-B具有深入敌方国土纵深区域，猎杀导弹发射车的能力。目前美军B-2轰炸机的数量较少，美军预计要部署120架LRS-B之后，才能胜任这种任务。

美国国内对美军研发LRS-B提出了许多质疑：它对国家安全至关重要还是毁灭预算的庞然废物？美国空军中将查尔斯·戴维斯日前承认，把研发和生产成本计算在内，LRS-B的单价将从5.5亿美元上升至8.1亿美元。LRS-B轰炸机与B-2轰炸机存在很多相似之处，那美国现在要花费巨资，研制一款速度更慢且成本仍高的轰炸机，有何价值？日本《外交学者》杂志网站2014年3月13日刊登了题为《美国空军的新轰炸机用处何在？》的文章，作者为美国肯塔基大学帕特森外交和国际商业学院助理教授罗伯特·法利。文章称，潜射巡航导弹和隐形无人机，已成为LRS-B轰炸机执行对争议地区进行远程打击任务的潜在竞争对手。从全球来看，这种大型专用轰炸机是濒临消亡的机型。事实上，自最后一架B-2轰炸机从1997年开始服役以来，没有一个国家研制了任何大型轰炸机。几乎在每支空军中，多用途战斗轰炸机都取代了大型轰炸机。

对于美军研发LRS-B的真正用意何在，它是否会引发一轮新的军备竞赛，它是否能成功研制出来，我们将会继续关注。

（2014-04-09）

7.马航MH370的技术反思

马航MH370航班失联已接近一个月了，它究竟去哪了？各方为此动用了大量先进手段，从直接分析飞机发出的各种信号，到卫星和雷达的天罗地网，再到各国出动了多架飞机、舰艇甚至包括核潜艇，但迄今为止仍无头绪。2009年法航447航班失事，两年后才找到黑匣子，三年后才完成调查报告，总共花了3500万欧元。估计这次马航MH370的调查，可能会花费更多时间和更多资金。这样严峻的事实正在引起民航业、卫星业从业人员的反思：在信息技术突飞猛进的今天，能否对民航飞机进行实时跟踪？

MH370航班是一架波音777-200飞机，机上装有3部甚高频（VHF）电台、2部高频（HF）电台、1部卫星通信系统（SATCOM）和能向地面发出信号的应答器。应答器须与地面空管的二次雷达配合使用。飞行员主要用VHF电台与地面通话，但其作用距离比较近，最远只有300km～400km，所以在远距离越洋飞行时，飞行员只能使用语音质量较差的HF电台。一般情况下，飞行员会将一部VHF电台设定用于机上ACARS（飞机通信寻址与报告系统）与地面站的数据通信。而在VHF电台超出其与地面站通信距离或因故障失效时，ACARS可以自动通过SATCOM，向通信卫星如国际海事卫星（Inmarsat）上传数据，卫星再将数据传回地面站。由于这是付费服务，马航为了节省费用并未购买，但失联航班上的卫星电话仍在失联后向通信卫星发出了“握手信号”（又称ping信号）。英国航空事故调查部（AAIB）根据这些信号，确定失联飞机往南飞向了印度洋。

飞机上装有见证飞行事故的黑匣子。它主要由飞行数据记录仪（FDR）和座舱语音记录器（CVR）组成。目前黑匣子都采用固体记录设备，可在深于4000m的海底工作30天。黑匣子外部装有发射超声波的信标。实际使用证明，打捞黑匣子十分费时费力。

在法航447航班失事后，业界就呼吁对所有航班，至少对国际航班进行实时卫星跟踪。在军用飞机广泛采用“卫星数据链”的今天，这顶技术完全可以实现。但是由于要增加费用，许多航空公司并不积极，也有一些飞行员认为这项措施不利于保护飞行员的隐私而表示反对。

国际航空运输协会（International Air Transport Association，IATA）总干事汤彦麟（Tony Tyler）承认，公众现在普遍不相信无法定位失联航班，航空业需要做出回应。他说：“在我们的一举一动似乎都可以追踪的当今世界，人们很难想象一架飞机竟然会消失，而飞行数据和驾驶舱语音记录器这么难回收。”由于实时追踪的成本可能高达每架飞机数十万美元，而这还只是安装机载设备的费用，因此，他呼吁着手制订针对商用飞机位置信号传送（无论它们飞到哪里）的全球通用标准。在作者看来，作为这个计划的第一步，可以先解决紧急情况下黑匣子数据的实时传输问题。这将有助于解开各种谜团，及时提高安全性能，并使搜救行动更有针对性。与此同时，可将互联网引进所有飞机客舱，让所有乘客在飞机巡航状态下，可以通过互联网发出信息。这次事故中，假若有乘客通过互联网发出一些信息，我们就不至于“大海捞针”。

从长远来看，应积极发展基于卫星的空中管理系统，以代替目前基于地面雷达的系统。这项旨在改善空中交通管理的新技术，可能会使追踪变得更加容易，因为该技术能实现全球覆盖，包括没有雷达覆盖的偏远海域，以及大大提高空中管制的效率。总部位于美国弗吉尼亚州的Aireon LLC公司，是著名的铱星通信公司与4个国家空中交通管制服务提供商的合资公司。这家公司计划2015年发射能应用“广播式自动相关监视（ADS-B）”技术的72颗卫星中的首颗。输送给卫星的数据将包括详细的GPS数据、飞行高度及飞行速度。预计该系统将在2017年投入运行。

最后，MH370航班失联，也给航天界提供了深刻教训，降低成本（包括发射成本、卫星成本和运行成本）已刻不容缓。

（2014-04-03）

8.超声速客机何日重现？

曾投入实用的超声速客机，已远离人们长达12年之久，却常有念旧之人缅怀那些造型优雅的飞机穿梭天际的美好时代。

作者曾在《现代民航》1990年第4期上发表了《迎接21世纪初的超声速客机》一文。该文认为，市场调查表明，21世纪初远程航空运输量，特别是太平洋地区的航空运输量将持续急剧增加，技术的发展使得有可能较大幅度提高超声速客机的性能，并解决相应的环境问题。该文分析了超声速客机对环境的影响，包括发动机的排出物对高空臭氧层的影响、机场噪声和音爆。

25年过去了，现实并不像预测的那样乐观。从1976年1月21日开始投入商业运行的“协和”号超声速客机，最大飞行Ma数可达2.04，巡航高度为18000m，在24年内并未发生任何事故，获得了全球最安全客机的名声。2000年7月25日，“协和”号于巴黎戴高乐机场附近发生空难，113人罹难。事故之后，“协和”飞机虽重获适航证书，但超声速客机的诸多问题渐渐浮出水面。音爆带来的掣肘与高昂的营运费用合在一起，几乎直接断送了这种飞机的生命。2003年10月24日，“协和”飞机执行了最后一次航班后全部退役，从此天空中再也不见超声速客机的身影。

历史上第一架超声速客机，是由苏联设计制造的“图-144”。只可惜它先后发生了3次飞行事故，其中一次是著名的1973年巴黎航展中半空爆炸分解，给图-144的命运渲染上了悲剧色彩，最终其于1985年被封存入库。

25年过去了，航空发动机有了很大进步，其能效提升了将近30%，因此相对的燃烧消耗量也大大下降，从而减轻了对臭氧层的影响。就像汽车制造业一样，航空业也着眼于发展混合动力发动机，未来客机也可能采用电力推进。2014年NASA对一种新设计的排气喷管进行了地面试验，结果证明这种喷管能大大降低噪声，达到了未来机场噪声法规的要求。

当前，NASA正在为解决“音爆”问题而努力。当飞机在空中做超声速飞行时，飞机头部会像水中前进的快艇一样撞开空气，而在飞机尾部空气又会闭合，从而形成两道激波。空气通过激波，其压强、密度和温度会突然升高，而空气流动速度立即下降。当激波波及任何物体时，均会让其感受到这种强烈的变化。对人耳来说，耳膜遭遇空气压强骤变，人就会听到雷鸣般的巨响。这种响声被称为“音爆”（Sonic Boom）。对地面建筑物来说，极端条件下，音爆达到60后，其产生的冲击足以震颤地面居民的窗玻璃。目前，业界使用“感知分贝水平”（PLdB）来衡量音爆的大小。以“协和”飞机为例，它的“感知分贝水平”达到了105。研究人员普遍认为，75是陆地上空超声速飞行的可接受值，NASA更希望将该水平降到70甚至更低。由于音爆与飞行器重量成正比，小型公务机或许可以轻松实现，但大型载人客机则要困难得多。

解决“音爆”问题主要依靠设计产生较弱“音爆”的外形。几年前，美国洛马公司与波音公司，都曾向NASA提交了未来新型超声速飞机的方案。洛马公司的“超声速绿色飞机”方案，其关键创新之处在于采用了倒V字形尾翼，在其上面布置发动机，并在发动机上方再安置抛物线状尾翼。波音公司发布的方案，也使用了V字形的双尾翼，发动机也安置在尾翼上部，而“协和”飞机与几乎所有的普通客机一样，发动机位于机翼下方。洛马和波音公司的方案，在风洞试验中的分贝水平降到了79，但NASA坚持“70-”的高标准，因此仍需要加快技术攻关的进程。NASA自己也正在研究试验超声速客机的气动外形，它具有更加细长的机首、更加平滑的机身，以及有利于降低音爆的三角翼等。在风洞试验的基础上，NASA已经在加州的阿姆斯特朗飞行研究中心试飞了小型样机。NASA表示，“更安静的超声速飞机”，将逐步解除不允许在陆地上空进行超声速飞行的行业禁令。由此可见，新型超声速飞机的概念设计虽日臻完善，但它们离“上天”还有些时日，预计可在2030-2035年投入运行。

好消息是小型超声速公务机可望更早上天。美国Aerion航空技术公司正在与欧洲空中客车集团合作，研发超声速公务机AS2，目标是从伦敦到纽约的飞行时间缩短为3小时。这架可载12名乘客的快速穿梭于全球大城市之间的飞机，造价将高达1亿多美元，预计于2019年开始试飞，2021年投入运行。

9.现代工业皇冠上的明珠

中国的航空工业经过60年的发展，取得了举世瞩目的巨大成就。然而，与世界航空强国相比，航空发动机仍是我们的“软肋”，也让国人为之纠结。

在珠海航展上，中航工业展出了国产大涵道比涡扇发动机的金属同比例模型。这款“长江1000A”发动机，将用于中国造的大飞机C919。全球150座级飞机的发动机只有两类：CFM56系列和V2500系列。前者由美国通用电气与法国斯奈克玛公司的合资公司CFM国际公司生产，后者由以美国普惠公司、英国罗尔斯·罗伊斯公司为主，德、意、日企业等参与合作组建的IAE公司生产。中国的航空发动机何时才能打破它们的垄断呢？

2012年10月29日，路透社在香港发表了题目为《由于无法复制，中国努力制造自己的飞机发动机》的文章。该文指出：“中国既设计了核导弹，又将航天员送上了太空，但仍有一项重要技术没有掌握。尽管进行了几十年的研发工作，中国迄今仍然未能建造出一台可靠的、高性能的飞机发动机。”文章最后说：“一些专家说，即使进行密集研发，并且有可能获得技术转让，外国发动机仍将继续统治中国的天空。据说，这一状况至少在未来10～15年内不会改变。”

喷气式飞机发动机从前端吸入的空气经过压气机和燃烧室后，变为高温、高速的燃气，再从喷管向后喷射出去，产生向前的推力。所以，航空发动机的特点是高温、高压、高转速、高负荷。燃气温度越高，发动机推力越大；通过的空气流量越大，发动机推力也越大。

20世纪80年代中期，中国决意发展新一代大推力涡扇发动机，即涡扇10系列的“太行”发动机。这款发动机在2006年定型时，曾让人们兴奋不已，但“太行”的技术水平，仅相当于俄罗斯20年前投产的航空发动机AL-31F。军用发动机要求适合军机灵活、快速、高机动性的特点，而民用发动机则强调高可靠性、长寿命、低噪声和经济性，因此它对发动机性能的要求就更高。国际上民用发动机的涵道比要达到10以上，即通过外涵道不参加燃烧的空气是内涵道的10倍。这就需要大涵道比的风扇叶片。军用发动机风扇叶片长度一般只有300mm～400mm，而民用发动机叶片长度在1m以上，A380飞机的发动机叶片更长达3m，这就对叶片材料和加工都提出了巨大的挑战。2012年11月14日在珠海召开的“飞机关键制造技术高层论坛”上，有发动机专家表示，目前我国的材料和工艺技术还不能满足航空发动机研制的需求，这是中国当前大飞机发动机制造遇到的两大难题。

实际上，我国航空发动机的发展还面临其他方面的挑战。虽然我国航空发动机在理论上早就有许多建树，如吴仲华院士在20世纪50年代提出的“叶轮机械三元流动通用理论”，曾得到了国际公认；但由于航空发动机的研制涉及气体动力学、工程热物理、机械、电子、自动控制等许多学科，其内部的气动、热力和结构材料特性十分复杂，因而目前仍不能从理论上给予详尽而准确的描述，所以研制航空发动机，主要依靠试验。国外研制一台发动机，要进行整机地面试验超过10000h，飞行试验则需5000h以上。因此，可以毫不夸张地说：“航空发动机是试出来的。”我国的地面试验能力，目前还明显不足，如目前我国还没有一座推进风洞。更重要的是我国缺乏掌握复杂试验技术和能对设计进行调整的人才。美国一些著名大学航空系的实验室，都有若干非常敬业的高级技工，他们的工资和受尊敬的程度也都不低于教授。2011年7月29日，《中国青年报》发表了空军工程大学程礼的文章《中国航空发动机弱在哪儿》，文中指出：“我国历来重学术而轻技术，加上我国当前教育体制、模式的限制，使得航空发动机行业严重缺乏对机械产品悟性深刻的设计师和技术工人。”

由此可见，发展中国的航空发动机，不能就技术论技术，还要考虑文化因素。我国必须克服“万般皆下品，唯有读书高”、“学而优则仕”的“官本位”思想和重“道”轻“器”、重理论轻实践、重解释轻技术等倾向，勇于创新，勇于实践，才能摘下这颗现代工业皇冠上的明珠。

（2012-11-27）