技术派｜东瀛“猛禽”，日本隐身战机研发进入快车道

据日本媒体日前报道，美国已提议向日本披露F-35战斗机包括发动机控制和火力控制软件代码在内的部分最高机密细节，以应对在日本“未来战斗机”项目中同英国的竞争。

美英“垂涎”日本巨额“未来战斗机”项目

2010年8月，日本防卫省发布了题为《未来战斗机研究与发展趋势展望》的文件，系统性论述了日本未来战斗机的研制需求、关键能力需求、主要技术特征、技术基础。防卫省在文件中提出从2010年启动关键技术的开发工作，2021年启动并于2030年前完成型号研制。

2016年6月，日本防卫省正式对外发布F-2战斗机后继机信息征询书，就独立或与外国合作伙伴共同研发新型战斗机、对现有机型进行升级改造或直接进口现货战斗机等三种途径向国内外厂商寻求相关信息。

日本隐身战机概念方案模型 

尽管截至目前日本政府仍未做出倾向性表态，为争夺这一市场，美、欧航空工业巨头们纷纷提出各自的建议。美国的洛克希德•马丁公司提出向日本提供“第五代改进型”，包含了两种方案：利用F-35的航电系统对F-22进行升级，或在F-22机身上安装尺寸更大的新机翼和日本生产的动力装置；波音公司则提出为日本提供F-15X这一重大改进型号；欧洲战斗机公司提出由BAE系统公司提供“台风”战斗机。

考虑到自2017年以来日本和英国一直在研究联合开发战斗机的可能性，同英国联合研制“暴风”战斗机似乎是更具有现实性也更富竞争力的方案。自2018年7月英国在范保罗航展上公布“暴风”战斗机研制计划以来，已有多份报道称日本当局正在调查是否加入该计划。而英国政府已表明希望与日本共同开发，并建议为此类项目提供高级别的机密信息。

显然，美国对日本F-2后继机的发展产生了浓厚兴趣并提出向日本进行技术转移，原因是英国这个“竞争对手”刺激的，毕竟这可是一桩关系到2万亿日元（约合180亿美元）的大买卖。

隐身战机关键技术连续取得突破

2000年后，为支撑下一代战斗机的发展，日本已经系统性布局20余项战斗机关键技术研发项目，全面覆盖了总体、气动、结构、动力、机电、航电、武器等技术领域。自2018年底，日本通过研讨会、电视媒体等渠道连续披露“未来战斗机”的关键技术突破情况。

进入新世纪后，日本对隐身战机展开大量的探索 

已完成战斗机隐身进气道概念设计并通过实验验证

在2018年度的防卫技术研讨会上，日本防卫省装备厅对外展示了测试用隐身进气道风洞模型。根据参与该计划的日本防卫厅官员说法，风洞试验证明了设计工作，与预测的表现“足够吻合”。从进气道入口及其蛇形管道的特征可以判断该模型是基于2013年提出的25DMU概念方案而开展设计的，可满足“未来战斗机”的要求并于本世纪30年代投入使用。

金属的风洞模型由进气道入口和管道以及包括边界层隔板的前机身两部分组成，连接在一起进行测试。接受测试的进气道需要与石川岛播磨重工（IHI）的XF9-1发动机相匹配，因此设计的空气质量流量较大。该进气道设计最大马赫数2，设计目标是在大的速度范围内实现低压力损失和低畸变。与其他隐身设计一样，进气道通过扭曲以屏蔽发动机叶片对敌方雷达的高反射特性。在展出的试验模型上，进气道首先向上、向内扭曲大约40度，然后在发动机前拉直。但进气道扭转的具体角度并未透露。

正在进行复合材料全尺寸中机身段强度测试

为了减轻下一代战斗机机体重量，日本实施了“机体结构轻量化技术”项目，研究新的机体结构。三菱重工（MHI）在2017财年完成“一体化、无紧固件结构技术”制备的中机身试验件的制造工作。

该试验样段宽8.6米、长5.2米。接受测试的全尺寸中机身段由复合材料模块制成，模块首先通过黏合剂将复合材料框和梁相互连接，再利用胶水将复合材料蒙皮粘合在已完成的部件上。样段的部件分别在热压罐中制造完成然后在压力下黏结在一起完成装配。但中机身试验样件在机腹仍使用了金属材料，以吸收来自起落架的复杂载荷，这是复合材料无法完成的任务。

胶接技术制造的中机身试验样段已经接受了限制载荷的考验，这是飞行中可能出现的最大值。但还未进行比限制载荷大50%的极限载荷条件测试。到目前为止，尚未发现黏合剂和临近材料连接处的材料破坏迹象。后续该项制造技术还需要接受疲劳试验的测试。

大推力发动机开始全面测试

自2010年起，日本防卫省先后实施了“下一代发动机主要构成部件研究”项目、“战斗机用发动机部件研究”项目、“战斗机用发动机系统相关研究”项目、“推力偏转喷管相关研究”项目。XF9-1发动机是日本为下一代战斗机研制的小涵道比涡扇发动机。

XF9-1发动机  

2017年6月，石川岛播磨重工（IHI）向防卫省装备厅交付了包括压气机、燃烧室和高压涡轮装置构成的XF9-1发动机核心机。

据2018年11月21美国《航空周刊》报道， XF9-1发动机已经达到了要求的11000千克力（24000磅力）最大推力和15000千克力的加力推力。这一里程碑的实现表明，日本已经生产出第一台大推力战斗机发动机验证机。

尽管来自地面测试的传感器数据仍在分析中，但并未发现严重的异常情况。涡轮风扇在经过通常的改善性能的调整过程之前已经实现了其设计输出。因此XF9-1发动机很可能能够实现更高的推力。日本防卫省装备厅早前也暗示它希望可以达到更大的推力，例如规定“至少15000千克力”的加力推力。

后续，在日本2019财政年度XF9-1发动机验证机计划搬到北海道北部的千岁县接受仍在地面上进行的高度特性测试。这主要是为了确认发动机可以在飞行中重新启动，但也会获得有关高空性能的一些细节。在千岁县进行高度测试后，计划要求将发动机返回IHI进行动态测试，以了解发动机在像使用中那样的油门快速运动条件下的运行情况。对发动机空中性能的全面测试需要将其安装在飞机上，具体的平台仍在考虑当中，川崎重工C-2运输机可成为备选方案。

根据对2017年XF9-1发动机官方1:1图片测量结果，该发动机直径为98厘米，长度为4.8米。

双轴对转的XF9-1发动机在涡轮机械布局上与洛克希德•马丁公司的F-22上使用的普•惠公司F119发动机相同，具有三级风扇、六级高压压气机以及单级高压和低压涡轮。XF9-1发动机设计的涡轮进口温度超过1800℃（3270℉），质量流量和旁通比尚未公开。根据先前的材料，至少在一个涡轮的罩环上应用了陶瓷基质复合材料（一种能够比金属应对更高温度的材料）。碳硅纤维增强了陶瓷。静子和转子叶片由镍基单晶超合金制成。其上安装有转子叶片的涡轮盘由日本本国开发的镍钴超合金TMW-24制成。

武器内埋是提高隐身性的要求之一，因此日本从2010年后实施了“武器内装化空气动力技术研究”、“武器投放隐身化研究”项目

内埋弹舱技术获得进展

武器内埋是提高隐身性的要求之一，因此日本从2010年后实施了“武器内装化空气动力技术研究”、“武器投放隐身化研究”项目。目前，日本工程师已完成可在超声速条件下投放悬挂物的武器舱设计，并通过测试验证了武器舱的空气动力学和机械性能。

风洞测试首先确认了用于武器舱的测试设备适合于该用途，并评估了与腔体形状相关的空气动力学。后续的工作使用了一个带舱门（处于打开位置）和常规形状的火箭冲压发动机导弹的模型，这些导弹被收起以确认它们能够正确分离。目前设计的武器舱能够在超声速飞行速度下发射（武器）。此前有报道称日本防卫省已经进行了可能发射空对空导弹的马赫数1.4情况下的测试。

目前，日本工程师已经验证了他们设计的液压机构的运行情况。为此建造和测试一个全尺寸的武器舱。武器舱的外部尺寸为：长6.2米、宽2米、深1.5米。腔体要更小一点。武器舱设计用于携带与欧洲导弹集团的“流星”一样大小的六枚导弹，其中一种带有先进的日本研制的导引头。两个小型的侧弹舱每个可携带一枚近距导弹。

日本“未来战斗机”武器舱的一个关键设计目标是以很高但未公开的速度完成开舱门、武器弹射、发射架收回和关舱门四个步骤。

防卫省装备厅拒绝透露舱门开闭周期，但表示机械性能可能达到极限。在2001年美国“联合攻击战斗机”项目的竞争阶段，波音公司表示其设计的舱门和弹射顺序需要1-3秒。至于舱门开闭运动之间的弹射过程，F-22上气动的LAU-142/A发射装置可将AIM-120中距空空导弹以高达40g过载加速到9米/秒的分离速度；科巴姆公司称其导弹弹射发射器释放载荷并收回的时间不会超过0.3秒。

结语

尽管未来发展路径仍有待确定，但连续取得的技术突破表明日本离实现“未来战斗机”2025年原型机首飞、2028年开始批量生产、30年代初投入使用的梦想也许并不遥远。

（作者系中国航空工业发展研究中心研究人员）