备受关注的海上雄鹰系列

中国航母和舰载机一直备受世人关注，其中关于舰载机采用单发还是双发的话题更是争议不断。这一话题涉及到的范围相当广泛，即便是相关领域的专家也很难系统地列出全部的技术细节，网络等媒体上的讨论更是热烈。有一种观点认为，采用单发设计的歼10战机会影响其上舰前途，而双发的歼31则一定会发展出舰载型。本文中，笔者对前一段时间有关舰载机单双发之争的技术细节和结论进行了分析、汇总，相信能让感兴趣的朋友更进一步地认识作战飞机设计过程中的战术技术与设计思想方面相互影响的一些特点。

对单双发争论的关键点评述

反对歼10上舰的观点认为，舰载机采用双发的优势在于一台发动机停车后，另一台可保证飞机安全返回航母降落。从历史上看，这一点的作用并不突出。

二战后上舰的喷气机，降落时的推重比通常低于0.6左右，此时，单发失效的双发机着舰时的复飞推重比会降低到0.3左右。当时，航母的降落甲板只有150多米长，再加上涡喷发动机加速慢，依靠单发着舰复飞的动力严重不足。因此，美国海军通常不支持双发喷气机进行单发着舰，一般会要求飞向陆地机场迫降。就是新型舰载机也会避免单发着舰，比如F-18系列除了最新型的F-18E/F之外，其他各型均无单发着舰能力。从美国海军的做法可以判断出，双发设计对着舰安全性至关重要的说法是没有根据的，用这种说法来否定歼10的上舰前途是站不住脚的。

双发的优势是两台发动机可互为备份，一台出故障时战机可依靠另一台继续飞行。但这并不意味着在任何条件下，双发都比单发可靠。

有统计结果表明，双发飞机故障率是单发的7倍，因发动机故障而导致的事故征候是单发飞机的4倍。双发机在飞行中如果有一台发动机发生故障，往往会波及另一台，造成两台发动机都停车。例如，一台发动机燃料系统起火或叶片断裂飞出，都会影响相邻的发动机。多发飞机更为严重，据统计四发的故障率也要比双发高出一倍。2008年，美国海军的一架F-18D从基地起飞后飞往“林肯”号航母时，右发动机停车，于是返航，在降落时左发动机也停车，飞行员跳伞，飞机坠毁。F-18使用的F404发动机可靠性极高，被公认为最可靠的发动机，双发停车的概率几乎是微乎其微，但还是会发生并导致了坠毁。

当然，发动机故障率高并不意味着就要摔飞机，备份动力可降低飞机的坠毁概率。资料表明双发严重事故概率要比单发飞机低四分之一到五分之一。由这一角度看，双发飞机比单发可靠。

从使用环境考虑，双发飞机不一定比单发更保险。作战部队和飞行员更关心的，是战场环境下的作战生存性。双发的备份作用增加了安全返航的可能性，但战时的实际情况将更加复杂。首先，双发机的低可靠性在战场环境下更容易导致故障率的增加。另外，作战中影响战机安全返航的可不仅仅只有发动机故障这一种因素。例如，因战伤导致的系统失灵、起火、飞行员伤亡，以及燃料耗尽，等等。由此产生的损失率远高于发动机失效。因此，双发的整体生存力并不能比单发的成倍增加，如把单发机的飞返率定为1.52d4403401ed8099ce8b9a4e1c76ecd2c58f36221bca7dbd4d6238f951500e290，则双发机单发失效的返回率预计为1.2左右。从双发的F-4和单发F-8两种舰载战斗机因发动机战损导致的坠毁数对比看，两者的战损安全性并没有显著的差别。美国海军在训练时通常是在靠近陆地机场的海面上进行，如果碰到飞机发生故障，则基本上是让其飞到陆地机场降落，这也削弱了双发的“返回优势”。实际上，在陆基战斗机上，双发的安全性优势更明显。统计数字表明，1988年到1992年期间，F-15双发战斗机的损失率明显低于单发的F-16。

还有人认为双发舰载机航程远、载弹量大、起飞推重比高。其实，对于采用滑跃起飞的航母来说，推重比大的作用才更为重要，而且这观点只适合于现役的重型舰载机。之所以能形成这样的说法，只能说是没有足够大推力的发动机，而不是因为双发多出一台“备份”的缘故。

为什么单发舰载机会超过双发？

在舰载机的发展历史中，单发舰载机型号数量超过双发，这显然与单发舰载机所具有的使用费用低、造价便宜、在气动设计上更简单更容易实现设计指标等优点有极大关系，而不是安全性等方面的因素。

从各国战斗机发展历史看，也是如此。苏联/俄罗斯战斗机从米格-9采用双发，到米格-15变成单发，其后的米格-19又变成双发，紧接米格-21又回到单发，一直到米格-23，再往后就是双发的天下。这一过程说明了苏联发动机研制总是赶不上战斗机的研制，迫不得巳用双发来解决推力不足的问题。相比之下，美国在研制战斗机时受发动机推力限制的情况就少得多，因此战机的单发设计明显多于双发。从F-84、F-86开始，到F-100、F-104、F-106一直是单发，直到双发F-4情况才有所变化。第三代战斗机出现后，除了双发的F-15外还有单发的F-16，后者的装备数量也与前者相当。美国海军的第一种舰载战斗机是双发的F-2H“女妖”，其后是双发的F-3D“空中骑士”，但很快就受到单发的F9E “黑豹”所排挤，再往后是单发的F-8。直到第三代舰载机F-14和F-18出现双发机才算是占据了甲板主力，但此时双发的出现主要是生产厂商提供不了更大的发动机。

单发机在总体设计上有不小的优势。发动机是飞机的重要部件，对飞机的影响是多方面的。采用单发设计时，机身截面积、气流浸润面积都较小，后机身几乎与发动机喷口同形，因此在气动外形上比双发有更多的优势。双发的发动机喷口与机身截面“不匹配”，导致后机身的阻力比单发机高出很多，而且为降低这种阻力采用的机尾整流锥体效果极不理想，因此现代双发机干脆听之任之了。苏-27采用了发动机大间距设计，并采用翼身融合设计，基本上算是避开了喷口与机身不同形的问题。但宽大的后机身又带来了迎角增大时诱导阻力剧增的问题。且大间距发动机的推力方向相对机身纵轴线也有一个向内夹角，这意味着要付出结构重量的代价，或消耗额外的发动机推力。

早期发动机推重比只有3左右，而现代发动机已经达到11以上。除了技术的进步外，发动机径向尺寸增加是重要原因。在同样迎风面积的情况下，单发径向尺寸只需双发的1.4倍就能达到同样的进气面积，而在实践中达到1.3就能产生相同的推力。由于压气机与机匣壁之间存在间隙，高压气体会从这个间隙倒流、燃料的推进效率也会因为这个间隙损失约6%。单发的间隙周长只是双发的七分之五左右，更大的叶片尺寸也为提高压气机效率提高创造了条件。因此，在推力相同的情况下，单发要比双发节省燃料。在压气机叶片重量上，也存在着尺寸效应问题：一台发动机压气机叶片相对于两台的叶片数量要少一半。以上几点因素结合在一起，就导致大尺寸发动机采用单发相对于双发具有耗油率低、结构重量小的特点。

单发战斗机还会因为机身结构更为紧凑节省掉不少结构重量。美国的通用动力公司在研制F-16时对单双发进行了仔细的对比，通过计算发现：单发可以实现8000千克的空战重量，而双发就要接近10000千克以上了；单发的造价也会便宜20%以上。

通常人们会认为，与单发战斗机相比，双发战斗机的推重比大、航程远。其实，这一结论只是相对的。比如，苏-33和米格-29的推重比都高于歼10，而F-16起飞重量要比同时期研制的F-18双发战斗机小，推重比却要高得多；同样地，F-16的航程性能也高于F-18。F-16的机内载油系数达30%以上，比F-15的25%都高，如果都不带副油箱，F-16的航程甚至比F-15还远。

舰载机发展呈现出双发趋势？

有观点认为，舰载机的发展呈双发增加趋势。其实，从战斗机的发展历程可以看出，设计师在设计时主要是根据发动机的性能来决定采用单发还是双发方案。随着作战飞机制造成本上升，人们开始重视提高飞机的生存性，双发战机在动力系统的安全性上具备一定的优势。但单发飞机依靠自身特点，仍然舰载机领域占有相当的位置。改善发动机可靠性、降低故障率，仍是提高舰载机安全性最为关键也最为根本的技术措施和途径。

从最近30年舰载机的发展看，在陆基战斗机基础上发展舰载战斗机将是主流。因此，陆基战斗机发动机的发展趋势也将影响舰载机。早期战斗机设计基本上以单发为主，后来的第三代战斗机则基本上是以双发为主，但具体情况也会因使用国家甚至设计单位而有所不同。

苏联的苏霍伊设计局自20世纪60年代开始一直以设计截击机为主，苏-15是当时该局设计的高速截击机，起飞重量高达15吨，采用的是双发；而稍后设计的苏-17则是单发。自双发的苏-24开始以双发主，一直到苏-27系列。米高扬-格列维奇设计局也紧跟苏-27设计了双发的米格-29。与之相对应，美国的第三代战斗机F-15、F-14、F-18都采用了双发，只有F-16是单发。通过两个战斗机生产大国的战斗机研制历史可以看出，如果真是有双发趋势，则这个趋势早就开始了。20世纪80年代后，世界航空大国开始研制新一代战斗机，美国的四代机仍然是F-22和F-35单双发并重，被称为“三代半”的“阵风”和“台风”倒是表现出双发倾向，但瑞典的“鹰狮”仍然保持了单发传统。

在发动机可靠性大幅度提高的今天，双发的生存力优势还不足以影响战斗机设计时的单双发选择。实际上，双发趋势的增加与发动机的发展情况密切相关。二战后的一段时间，是喷气式发动机技术高速发展的年代，推力的增长基本上能满足战斗机起飞重量增加的需要。随着技术的逐渐成熟，发动机推力增长开始受到技术瓶颈和物理原则的限制。研制新一代发动机需要巨额投入，技术风险也越来越大。冷战的结束也使得发动机的研制缺乏发展的动力，大推力发动机的研制速度进一步放慢。而新型战斗机技战术要求的提高也增加了起飞重量，再综合技术可行性和成本等因素，设计师在设计新机时只能更多采用双发方案。

军方和设计方的态度也对战机双发型号的发展产生影响。俄罗斯空军在1992年间曾提出一份支持双发作战飞机的报告。该报告是根据其前身苏联空军使用单双发经验得出的结论，其中就提到“双发生存力高”。俄罗斯空军当时就计划把所有的单发战斗机用双发机取代。其实，俄罗斯空军以苏联时期的经验得出结论的做法很不妥。苏联时期的战机发动机几乎都是按照二战形成的思维设计的，工作寿命只有二三百小时，故障率非常高。而当时苏联空军又列装了大量的米格-21、米格-23、苏-9等单发战斗机，因发动机停车造成的坠毁率相当高。因此，苏联在研制米格-23及苏-17后继机时就确定了以双发为主。毫无疑问，在发动机可靠性已经有很大提高的今天，再用这种因为发动机不可靠而得出的结论来指导战机研发是极不合适的。

从上面的分析可以看出，战斗机的单双发问题技术上的因素远多于战术上的需要，而战斗机的发展趋势更多的是表现在战术需要上。如果说隐身是战斗机的发展趋势，则单双发要谈趋势其战术意义就相差甚远，根本不在一个层次上。再加上时间跨度，要想在这个问题上找出什么趋势实在是意义不大或很难确定的事情。对于不具备条件的国家来说，决定采用那种方案甚至不会成为决定性的因素。

中国战斗机舰载型的单双发话题

战斗机采用双发不仅是为了安全，也不仅是为了获得较大的推重比，与战术性能也无直接关系，而双发的造价高昂和技术复杂却是肯定的。因此，在20世纪，各国空海军大都是以单发战斗机为主。由于历史的原因，中国空军一直是双发战机的使用大户。在空军组建初期，购进的第一批喷气战斗机就是双发的米格-9；之后在相当长的一段时期，海空军主力战机一直是双发的歼6和强5；再以后又是以歼8和苏-27这两种双发战斗机做为作战中坚；直到歼10服役后，中国空军又曾一度被戏称拥有“世界上最大功率的单发战斗机”。因此，非常有必要谈谈中国战斗机的单双发问题。

在很长一段时间内，中国海空军只能依靠自己的力量发展航空武器装备，还曾经出现“歼6打天下”的观点。中国科研人员对这种老式的双发飞机做了大量的改进，并在此基础上研制了强5强击机。这两种双发飞机的装备量达到了惊人的5000架之多。正是由于当时发动机的可靠性相当低，双发对提高故障飞机的成功返航率有非常重要的意义。中国空军深刻地意识到了这一点，但也对双发的高故障率和高维修成本感受很深。在发展改进歼6的同时，中国空军在仿制米格-21的基础上研制了战斗机歼7，并由此进一步发展出了双发的歼8。考虑到这两种战斗机装备的数量也较多，可以说中国空军和航空界对单双发飞机的优劣体会并不次于美国和苏联/俄罗斯这两个航空大国。

进入20世纪80年代后，中国的航空科技人员既研制了双发的“飞豹”，也开始研制单发的歼10，并吸收了俄罗斯双发苏-27的生产技术及经验，在研发单双发战斗机方面取得了宝贵的经验，并初步实现了这几种飞机的发动机国产化工作。

因为长时间使用双发战斗机，中国空海军飞行员对双发提高战斗机生存率的作用深有体会。在使用歼6和强5的年代，由于发动机可靠性低，空中停车占总事故数的比例较高。在大量的发动机空中停车事故中，依靠一台发动机返航是经常发生的事情。也许就是双发的备份作用，中国空军在那个时代不但万事率处于世界较低水平，就是严重事故率也要低于其他国家。中国飞行员在驾驶歼6进行训练和空战时，经常出现依靠单台发动机降落机场的事例。最为典型的，是1965年歼6击落F-104战斗机的战例。由于开火距离太近，敌机爆炸碎片击中了歼6，造成右发停车，左发也受损，转速下降，该机仍靠受损左发安全返航。

从发展初期开始，中国航空科技基本上师承苏联的设计指导思想，同样也有着苏联发动机可靠性低、工作寿命短的弊端。再加上歼6、强5的年代双发机列装数量大，作战飞机的装备完好率始终处于相当低的水平。国外有机构估计，那时的中国空军如果投入一场中等规模的战争，作战一周后这些战机就会有三分之二上不了天。国外专家的估计有夸大的嫌疑，但双发的因素确实是影响当时中国战机完好率的一个重要原因。

20世纪80年代后，国产发动机的技术水平和可靠性有了较大幅度的提高。比如，北航教授高歌提出的“沙丘驻涡稳定理论”，不但较大幅度地提高了燃烧效率，而且还显著改善了发动机加力点火成功率。以前，歼6、歼7开加力时经常出现点火失败的现象，严重时还导致空中停车。装上采用该理论的装置后，加力点火成功率几乎达到100%，极大地改善了这两种战机的发动机可靠性。

在中国战斗机的研制历史中，单发的歼10战机绝对值得大书特书。与当时其他国家的设计师不同，中国设计师在没有合适推力发动机的情况下，不是简单地采用双发来满足设计需要，而是结合发动机技术现状和未来发展，采用了适当调整优化新机技战术指标的设计指导思想，充分发挥了单发的技术优势。

未来舰载机发展的单双发影响

在单双发的分析过程中，单双发对弹舱布置的影响也经常被谈到。从F-22和F-35的内置弹舱设计来看，前者可以在机身下设置内置弹舱，同时又在机身两侧再各设置一个内置弹舱，而后者就只能是在机身下设置两个弹舱。

通常的观点认为，单发在弹舱数量上不如双发。其实单发最大的优势，在于空间利用充分。对照F-22，可以发现F-35的弹舱空间并不比前者小多少。另外，还要考虑F-35全系列受到垂直起降型的限制，进气道的设计不能充分考虑设置弹舱的需要。因此，以弹舱数量少来说明双发对单发的优势还不够充分。其实，F-22两台发动机的间距并不大，安装位置也靠上，而弹舱宽度基本与两台发动机“宽度”一样。出于隐身需要，该机进气道采用向上翻起的S形，为下方设置弹舱创造了条件，这才是该机能采用腹部弹舱的关键。

有观点认为双发有两个热源，辐射强度要大于单发；但也有人认为双发更有利于红外隐身设计。像发动机位于机身两侧的苏-25，当敌方红外探测设备在侧面时，由于另一台发动机喷口被机身挡住，辐射强度应略低于同样推力的单台发动机。但如果从下后方进行探测时，则该机的红外辐射要比单发机高出不少。对于F-18和F-15这类战斗机来说，一侧喷管处的红外辐射面积也会把另一侧喷管的水平侧向辐射信号给屏蔽掉不少。而单发的发动机在推力相同的情况下，喷管的直径要大一些，因此红外辐射的侧面积就要大一些。目前，从隐身飞机的设计需要来看，提高水平方向上的红外隐身更有战术意义，因此双发的侧红外特征低的优点经常被提起。不过这个优势也不明显，因为新型战机已经出现了双垂尾气动设计的趋势。利用这种有利的气动布局，基本上能够摆脱单发机在两侧水平方向红外隐身方面的弱势。

在主要战术技术性相当的情况下，单发战斗机体积较小，“天生”隐身性能就要高一些。在某种程度上，可以说单发的战斗机在隐身方面有着先天优势。但如果是专门设计的隐身战斗机，因为在同样推力情况下单发机的径向尺寸较大，这将导致战斗机的机身“厚度”要比双发的大一些，不利于侧面水平方向上的隐身设计。发动机径向尺寸大也意味着进气道的径向尺寸较大。比如采用腹部进气的歼10，大直径的单一进气道虽然提高了进气效率，但在改进气道的隐身性能方面将会面临比较大的困难。假设歼10改进型要采用有利于隐身的S形进气道，则会因为径向尺寸太大而导致进气道长度过长，很难达到设计目的。对于采用两侧进气的单发战斗机来说，进气道分开可获得较小的进气道尺寸，在隐身设计上比双发机有优势。

在单双发的讨论中，支持单发一方举了F-35型舰载机的例子。对此支持双发的一方很不以为然。该机战术方面的设计思想独特，从某种意义上讲，是一种讲究经济性的作战飞机；在技术方面的设计思想又有偏重特殊需要（垂直起降）的特点。总体而言F-35是剑走偏锋，不计其余。而在美国军方确立其装备方向时，更多考虑用其弥补F-22的战力空白，也只有财大气粗的美国人有条件搞。在网络等媒体的讨论中，大多数支持单发的观点也认为F-35算不上过硬的例证。实际上，由于科技水平的不断提高，未来垂直起降舰载机可能会成为一种不可忽视的甲板力量。何况F-35C的生产数量也不少，虽不能取代F-18E/F“超级大黄蜂”，但挤占后者的甲板数量是肯定的。

要探讨未来战斗机的单双发问题，不能不充分考虑科技的进步对这一问题的影响；未来舰载机的发展更不能忽视无人机的作用。无人机取代有人机的一个重要诱因就是简单便宜，而且在起飞重量上也要相对低于有人机，在发动机的选择上有更大的空间。此时，单发先天上的优势很可能让无人舰载机更多采用单发方案。无人舰载机的出现，肯定会打破目前舰载机好不容易才出现的“双发趋势”。

通过美国F-35计划的实施可以看出：更为合理的战术技术要求是未来战斗机的设计方向，飞行速度、最大航程、效费比都是不容忽视的设计要求，单发相对于双发具有结构重量轻、发动机燃油效率高、飞行阻力小等优点，再加上无人战机尺寸重量都要比有人战机小，可以有更多推力合适的发动机供选择。因此，无人机更容易表现出明显的单发趋势。还需要指出的是，F-35已经有了无人型改进计划，而F-18E/F“超级大黄蜂”尚未有相关的报道。

关于单双发的创新观点

单双发之争是技术之争，不是战术之争，最为关键的地方是飞行员安全问题。美国海军规定，双发飞机在单发失效情况下尽量飞往陆地机场降落。这是否意味着双发舰载机的意义就不大了吗？也不尽然。

在茫茫大海上，单发飞机停车飞行员只能尽快跳伞。如果出事地点远离航母编队或基地，实施救援是件费时费力、令人头痛的事情，在战时则会因敌情使救援工作更加困难，甚至会得不偿失。双发飞机就有可能让飞行员返回编队/基地附近跳伞，条件允许时还可在陆地机场迫降。随着时间的推移，飞行员的救援问题会更加突出，而战斗机的制造成本是越来越高，双发飞机返回率高的经济意义就相当的突出，甚至会确定双发的主导地位。

双发舰载机不允许单发着舰只是人为规定，这是为了降低风险而做出的规定。万一坠毁造成阻拦装置毁损，就会让航母失去回收舰载机的能力，但并不意味着就不能降落。早期舰载机推重比低，单发降落时推力不足，因此有单发不能降落的规定；而现在舰载机推重比高，单发推力也比较大，因此F-18E/F已经容许单发着舰。比如，歼15发动机推力大，在抛掉所有的弹药、机内燃料仅保留极限值时，即便单发降落也有足够的推重比，完全可以把单发着舰时在甲板上坠毁的风险降到最低。

在航空史上，曾有战机在失去一侧大半机翼的情况下安全降落：以色列一架 F-15D右侧机翼几乎连根撞掉，但在机上飞控系统的帮助下，飞行员仍然操纵着受损严重的战斗机安全着陆。统计数字表明，二战中因操纵面失效而坠毁的飞机几乎占了大半。随着技术的发展，将来这类“历史上注定要坠毁”的作战飞机大部分将可以顺利返回。也许以后会出现这样的情景：战机已经是弹孔累累，某些操纵面不知去向，座舱中的飞行员也已阵亡，但有抗坠毁技术支撑的飞机仍然依靠人工智能操控飞回了基地。在这样的情况下，动力的可靠性就成为提高返回率的瓶颈，此时双发机的吸引力就会放大许多。

歼31在外形及尺寸上接近F-35，因此人们会很自然地将这两种飞机进行对比。有一点值得强调：根据单发机相对于双发机的设计优势，歼31在综合性能方面不如F-35。单发的特点将使后者拥有航程远及载弹量大的战术性能优势，在诸如效费比及全寿命费用等综合性能上也是如此，除非前者在具体的设计及材料上拥有更多的技术优势。从设计的角度看，双发的歼31只能是合适的设计思想取舍、通过牺牲某些局部的性能来达到能与F-35相抗衡的目的。例如，在最大航程、隐身或低速起降方面做出了让步，以保证整体技术指标。

在未来，爆震发动机一旦取得实质性进步，这种革命性的发动机有可能让单双发之争寿终正寝。这种发动机采用的是爆震单元结构，单元组件之间相互独立且单个单元组件推力不大，必须用数十个甚至上百个单元组件才能提供足够的推力。发动机一旦起动起来，就几乎不存在完全停车的可能，充其量是某几个推力单元出故障，导致推力稍有下降。爆震发动机截面形状也不一定是圆形，而是可以通过排列爆震单元组件形成方形、倒梯形或长方形，可以使发动机喷口与飞机尾部有一个最好的匹配，彻底消除“瓶底阻力”。到了这种动力时代，再用双发或单发来说明战斗机的设计特点肯定是不合时宜的，也就不再存在单双发的争论了。

编辑：石坚