ATD-X试验机

简介

ATD-X试验机其实就是F-3战斗机

F-3是日本引进美国技术製造的单发隐身的战斗机。在日美双方最终确定的F-3设计方案中，基本保持了YF-23的气动外形，如大根梢比梯形主机翼、集平尾和垂尾功能于一身的V 型尾翼（分别向左右倾料45°）、S型进气道、槽沟形尾喷管等。由于F-3是YF-23的日本缩小版，所以在一些细部上有较大区别。边条较大、翼身融合程度更好；机身下两侧进气道与机身紧密贴合；V型尾翼形状为梯形等。整体来说，F-3比YF-23的结构更紧凑、隐身效果更好。与F-35相比，F-3的隐身优势就更明显。

介绍

F-3是日本研发的双发隐身的战斗机， “心神”先进技术验证机起飞重量约为8吨，所装备的两台日本国产XF5-1涡轮风扇发动机总推力能够达到10吨，飞机起飞推重比为1.25。採用了新型灵巧蒙皮的“心神”还将进一步降低重量。除了灵巧蒙皮之外，“心神”还将要验证实现IFPC能力的矢量喷口.多功能主动相控阵雷达以及类似于F一35的综合光电搜寻瞄準系统。如果一切顺利的话，全状态“心神”验证机将于2014年进行首飞。

日本防卫厅技术研究部于2006年11月9日展出的先进技术验证机日前被正式命名为“心神”，并正式进行了公开。同时航空自卫队也表示，航空自卫队已经注意到了未来空战环境需要新一代战斗机具备所谓的“F3”能力。即“首先发现(First Look)”、“首先攻击(First Shoot)”和“首先摧毁(First Kill)”，而新的“心神”先进技术验证机正是瞄準这一目标而进行设计的。

日本防卫厅技术研究本部认为。下一代战斗机首先必须具备的自然是隐身性。而高机动性也是取得空战胜利的必备条件。然而这两项性能对于飞机外形的要求是矛盾的，简单说隐身性要求飞机外形更趋于棱角——将雷达回波尽可能集中在有限的方向，而高机动性则要求飞机外形更趋于圆滑——避免空气从机身表面分离。而“心神”的开发正是为了研究如何调和这两个性能带来的设计上的矛盾，同时让新一代战斗机同时兼备这两个赢得空战的必备性能。

虽然这两项性能在设计上互相牵製纠缠，但是“心神”验证机的这两个部分设计是分别由两个部门进行的。其中高机动性的研究工作由日本防卫厅技术研究本部第3技术开发室完成，该项研究在2000年就已经开始，按计画将于2008年末结束；而隐 身性方面的研究则由“心神”项目的主要契约单位——三菱重工承担。

三菱重工为了实现飞机的低可探测性能，因此在外形设计上参考了唯一投入服役的标準五代机F-22，採用了并列双发双垂尾正常布局。

根据上一代隐身理论，飞机的主要轮廓线和机身开口接缝线应该相互平行，以尽可能将雷达回波集中在有限的方向上，使得敌方只能在特定方向探测到自己。F-22正是在这一理论成熟的时候诞生的“心神”也参考了这些，採用了带附面隔层道的carret进气口。鑒于F一35的鼓包式进气口早已经进行过试验，而“心神”仍旧在进气口内侧设计有附面层隔道。很显然是为超声速飞行性能考虑的。其他诸如梯形主翼.外倾式梯形双垂尾等均与F一22如出一辙。这个外形也令很多人在看到“心神”第一眼后会认为这不过是继“猛禽斯基”后的“倭猛禽”罢了。平尾的轮廓倒还算有意思，前缘与主翼前缘相垂直，而折线形后缘外侧与前缘平行，内侧则与主翼后缘平行。不但保证了足够的气动效率，提高了隐身性，同时还扩大了机背通讯天线及其他天线的工作範围。不过这一设计也不是“心神”首创。

“心神”在气动外形上与F一22的最大区别主要在于类似F-16的气动侧板，这一将主翼和平尾有机结合成一体的气动侧板有效提高了飞机的控製效率，同时后端与平尾相接，使得控製效率进一步提高。这种结合了F一16和F-35各自特点的气动侧板虽然在很多国家的方案中并不鲜见，但是将其付诸于实施的还只有“心神”。F-22还有一个设计亮点，就是在进气口端上部外侧各有一个三角形的突起，这个突起上表面与机身连成一体，下表面则于进气口有一个折角。这个设计非常巧妙，极好地保证了飞机的隐身性以及进气口的要求，同时起到了边条/前翼的作用，能够在大迎角状态产生涡流提高主翼升力。而“心神”并没有採用这一设计，而是直接在进气口外侧伸展出边条，然后与气动侧板相接。这种结构简洁，而且与F一22的设计相比，“心神”的设计保证了飞机机身对面积律的要求，结合其进气口採用附面层隔道设计，说明“心神”非常强调跨声速/超声速特徵。

不过“心神”的设计有一点必须特别注意，就是在主翼前缘襟翼内侧有一个非常有意思的“闭合锯齿”设计。肉眼平视非常难以注意到这个结构，该设计也算巧妙而有意思。这一设计类似于米格～23主翼前缘的锯齿结构，起到类似于翼刀的作用，用于控製失速气流的扩展，能够提高飞机的可控迎角範围。很多飞机都採用了这一设计，但是此设计的最大缺点就是其独特的凹口会大幅增加飞机迎风面的雷达反射面积，这对于现代战斗机来说是非常致命的。而“心神”为了获得更高的机动性、更大的可控迎角範围，因此毅然採用了锯齿设计，而与常规锯齿不同的是，“心神”的锯齿前端向内收拢与机身相接，整体形成了一个闭合的锯齿结构，挡住了前向雷达波直接进入锯齿内，这一设计目前还是只见于“心神”，不过这一设计是否真的能提高隐身性，以及气动效率具体如何，还有待进一步试验。

F-3“心神”方案模型

三菱重工除了要进行低可探测性机体形状设计的研究外，还要进行IFPC技术的开发。IFPC是指综合飞行/推进控製(Integrated FIight Pro—pulsion Contr01)技术，主要用于在飞机通过气动操纵面无法控製飞机姿态的失速範围内，通过对推力的控製来操纵飞机的控製技术。不仅如此，为了使整个系统性能最优和稳定性最好，就必须对各个部分综合控製，即一体化控製。对于进气道、 发动机及喷管的综合控製称为航空推进系统综合控製，简称cs；对于飞机与推进系统综合控製称为飞行/推进系统综合控製，简称IFPC。通过IFPC的实现，飞控、推进等系统也将演进成为一种一体化的、智慧型的、综合了各种飞机控製能力并与指挥、控製、感测、导航、攻击等系统高度综合的飞机。同时，在整个飞行包线内最大限度地满足飞行任务的要求，以满足推力

管理，提高燃油效率和飞机的机动性，有效地处理飞机与推进系统之间耦合影响及减轻驾驶员负担等项要求，从而使系统达到整体性能最佳化。作为IFPC的一个重要组成环节，“心神”採用了推力矢量喷管。而该喷管区别于苏一37的圆截面三维推力矢量喷管和F-22的矩形截面低可探测二维矢量喷管，而是类似于美德合作的X一31所具有的三片折流板矢量操纵方式，比较特别的是“心神”的矢量折流板带有锯齿，有可能是为了降低雷达探测性而设计的。

毫无疑问，X一31项目是目前有人战斗机最强机动性的代表，这一项目诞生于1986年6月，美国和当时的联邦德国政府签订了一份关于联合进行“增强战斗机机动性”(EFM)计画研究的谅解备忘录，该计画由美国国防部高级研究计画局牵头，联邦德国国防部的技术计画部门以技术合作的方式参与该计画，为该计画的发展研究机就是X一31“增强战斗机机动性”验证机，该

机主要用来研究提高近距空战格斗能力的方法。而X一31最具特点的就是折流板矢量喷口，3块碳一碳导流叶片绕发动机圆周对称配置，每枚导流叶片的受高温区都包敷着碳化硅面层，且均由单独的作动装置驱动。通过偏转导流叶片来提供俯仰和偏航所需的控製力。最大偏转角度为35度，折流板矢量喷管不像二维和三维推力矢量喷管那样包覆住喷流，因而在大多数情况下最大只能将气流方向改变15度，而在某些低能量状态以及发动机尾喷口面积较小的情况下气流改变还达不到15度。而且折流板推力矢量控製方式的缺点是相当明显的，首先它的导流叶片在同时偏转一定角度以上可能发生相互碰撞，因而必须在控製软体中做适当的设定，这会导致该机推力矢量的控製律和与飞行控製系统的结合相当复杂；其次是导流叶片本身的使用能力问题，X-31的折流板内偏5度仅仅10秒后就必须外转10度冷却15秒才能再次使用.最后是折流瓣式偏折喷口的固有缺点——推力损失问题，X一31A在导流叶片的偏转角度超过10度时推力开始明显损失，偏转至25度时推力将损失700千克力左右。

不过尽管推力矢量控製方式有种种缺点，但是“心神”仍IEl决定採用这一矢量控製技术，一方面是

F-3所採用的技术示意图结构简单，不用面临开发额外的且日本从未接触过的结构复杂的俄式三维矢量喷口，同时也不像F-22的二维矢量喷口那样不能对偏航方向作控製；另一方面，折流板技术是美国的现成技术，即使是双发动机同时採用折流板也在F/A一18 HARV上进行过验证，而X-31所验证的技术本来就是用于移植的，因此在结构设计以及控製软体上，日本都可以直接从其盟友美国身上获取。毕竟日本要试验研究的是控製技术而不是结构製造技术。对于日本来说，製造一个机器并不困难，不必因此浪费时间而导致“心神”计画的拖后。

除此之外，三菱重工还要同时展开“灵巧蒙皮(Smart Skin)”的试製。灵巧蒙皮主要是指用于机身製造的一种重量轻且强度高的新型复合材料。这种全新材料的试验工作计画将于2011年完成。

F-3“心神”结构图

在已经投入部队服役或正在进行试验的新一代战斗机中，多为类似于苏--35/37一般强调高机动性，或如F一22一样侧重隐身性的飞机。而日本则希望自己新一代的纯国产战斗机能够借助低可探测性外形和IFPC成为领先于世界的新一代万能战斗机。

研发曝光

F-3战机F-3将是借镜F-22和F-35技术研发的下一代日本国产战斗机

如果美国空军的计画成为现实，那麽到2030年前后的某个时候，一种比洛克希德—马丁公司的F-22“猛禽”和F-35更加先进的战斗机将加入美军。如果日本的计画成为现实，那麽几乎在同一个时候，一种同样先进的战斗机将在太平洋彼岸投入现役。

这有可能是同一种战斗机。把21世纪30年代日本对战斗机的要求与美国呼之欲出的后F-35战斗机计画结合在一起，似乎极具工业意义。日本计画在五年内开始研发国产战斗机，其目标是在2027年前后开始生产代号为F-3的战斗机。防卫省希望通过投入隐形技术研究和自行建造大功率战斗机引擎，来为生产自己的战斗机打下基础。

根据本刊记者所看到的官方档案，石川岛播磨重工业公司将开发一款具有15吨推力的技术验证引擎。三菱重工已经开始建造一款代号为ATD-X“心神”的缩小版技术验证机身———防卫省希望这一缩小版机身可以在2014年4月1日开始的财政年度内接受试验。三菱重工还极有可能承担建造F-3试验机的任务，日本官员希望它可以携带一名飞行员。

根据防卫省的计画，全尺寸试验机的研製将在2016年或2017年开始，而第一架样机将于2024-2025年度上天。批量生产将从2027年开始，随后到21世纪30年代前半期，这款战斗机将开始取代三菱重工的F-2攻击战斗机。到21世纪30年代的后半期，它将开始取代波音的F-15J战斗机。这些F-15战斗机比较老旧，不过在经过适当的升级之后，它们很可能继续充当日本空中自卫队的主要机型。[1]编辑本段实战性能

所谓“隐形战斗机”，是指雷达一般探测不到的战斗机。隐形战斗机行蹤诡秘，机身通过结构或者涂料技术，使战机能轻而易举地从雷达眼皮底下逃之夭夭。早在第二次世界大战中，美国便开始使用隐形技术来减少飞机被敌方雷达发现的可能。

隐形战斗机在现代战争中发挥着重要的作用。例如，在1991年的海湾战争中，美军派出了42架F－117A隐形战斗机，出动1300余架次，投弹约2000吨，在仅佔2%架次的战斗中却攻击了40%的重要战略目标，自身没有受到任何损失。随着材料技术和更新的技术的出现，隐形战斗机的隐形能力会越来越强，在未来战争中的作用也会日益凸现。

整体评价

ATD-X的研发被国际社会认为是针对中国的，尤其是在中国的歼-20和歼-31隐形战机首飞之后。

近几十年间，日本航空自卫队的装备一直比中国的好。特别是在上世纪80年代，日本就开始装备F-15战斗机和响尾蛇-9L空空飞弹，进一步拉大了与中国空中力量的差距。但自本世纪初起，中国空军开始大量装备第四代战机，这些飞机使用了较为先进的航电设备，中日双方空中力量对比逐步出现了一些变化。在2013年的ATD-X组装仪式上，三菱重工发言人表示，该机将在今后10年逐步取代其生产的F-2和F-15战斗机，作为从美国订购的F-35战斗机的补充。

除了谋求在装备性能上逐渐摆脱劣势外，日本研製第五代战机的另一个因素是提防美国。按照传统，日本原本可以向美国求购类似性能的战斗机。从F-4到F-15，日本主力战机均是美国人设计的， 日本也确认了购买F-35的计画。但日本显然并不想“在一棵树上吊死”。一旦美国尝试拿F-35要挟日本，日本也可用ATD-X作为反製手段。