选型之争：回顾F-22赢得美军第五代战机计划

夏 宇

选型之争：回顾F-22赢得美军第五代战机计划

夏 宇

F-22猛禽战斗机，由美国洛克希德·马丁公司、波音公司和通用动力公司联合研制，是世界上第一型第五代战斗机。20世纪80年代，苏联研制的苏-27和米格-29开始具备作战能力，威胁到了拥有F-14雄猫、F-15鹰、F-16战隼、F/A-18大黄蜂等优秀战斗机的美国。为了应对来自苏联的空中威胁，美国空军于1983年正式启动了研制下一代具有空中优势的先进战术战斗机（ATF）计划。洛克希德·马丁公司领导的洛克希德/波音/通用动力联合小组正是其中的竞标者之一，设计的是1132型ATF方案，编号为YF-22A。竞争对手是诺斯罗普公司领导的诺斯罗普/麦道公司联合小组的N-14型设计方案，编号为YF-23A。在长达8年的时间里，YF-22A与YF-23A展开了激烈的角逐。1991年4月23日，美国空军部长唐纳德·赖斯宣布洛克希德联合小组的YF-22A方案获得ATF竞争的胜利，并决定采用普拉特·惠特尼公司研发的YF119-PW-100发动机作为F-22战斗机的推进系统。

从两家公司实力来看，两家公司都是美国军火界的巨头，洛克希德公司曾为美国空军研制出了P-38、F-80、SR-71、C-130、F-117和F-104等一系列优秀军用飞机，而诺斯罗普研制出了A-6、B-2、EA-6B、E-2C和F-14等军用飞机。从试飞结果来看，两种飞机虽各有千秋，但都基本符合美国空军提出的战术战斗机的要求。那么，为什么是YF-22A和F119组合竞标成功了呢？

招标模式

1986年10月31日，美国空军宣布洛克希德和诺斯罗普获得了制造原型机的资格，并分别与这两家公司签订了价值约6.91亿美元的研发合同。根据合同要求，两家公司将分别制造两架原型机，一架装备YF119发动机，另一架则装备YF120发动机，然后根据4架原型机的试飞结果，从中选出优胜者。

机体标准 1971年，在美国空军战术部队的“1985年战术空军研究（1969-1970）”（TAC-85）项目研究报告中，提出了新一代战机的概念原型，并称之为ATF。虽然还只是一个相当模糊的概念，但可以看作是美国向下一代战机迈进的第一步。1983年9月，美国空军提出了ATF的设计概念，立即就有7家公司投标，ATF系统计划办公室分别与它们签署了价值100万美元的合同。这7家公司是：洛克希德公司、波音飞机公司、通用动力公司、诺斯罗普公司、格鲁门宇航公司、麦克唐纳·道格拉斯公司以及罗克韦尔国际公司。美国空军要求，除了保持现有战斗机的加速性能等，新一代战机要具有低可探测性、高机动性、超声速巡航能力和超视距作战能力，同时要可靠性高，维修保养方便，成本低，还要能做到先敌发现、先敌发射、先敌摧毁。为此，ATF系统计划办公室制定了一套明确要求，包括动力推进系统、高压液压系统、高度集成电路、共享天线、座舱显示、人工智能、推力矢量操纵系统、短距起降、集成电子战系统、混合传感器和机载氧气发生系统等。

1986年，美国空军宣布洛克希德和诺斯罗普两家公司胜出，并建议落选的3家公司与获得资格的2家公司组建团队，参与设计，以分摊成本和损失，并共享利润。随后，洛克希德、波音公司和通用动力3家公司联合在一起，与诺斯罗普和麦道公司组成的联合小组竞争。

发动机标准 发动机被称作是战斗机的“心脏”，某种程度上会直接决定战斗机的整体作战性能。伊拉克战争期间，F-15鹰式战斗机大显身手，尤其是在打击飞毛腿导弹系统的过程中，表现抢眼。F-15采用的F110发动机设计相当先进，单台发动机静推力65.2千牛，推重比7.8，能左右互换安装，为F-15的超强性能奠定了坚实的基础。为了能满足第五代战机的要求，ATF系统计划办公室制定了详细的发动机性能指标：不加力状态下达到马赫数1.5～1.6；发动机推重比达到10左右，单台发动机推力达到13吨力以上；有充足的喘振裕度，能实现无限制操作；零件少，维修成本低；全寿命期成本比F110降低25%以上，耐久性比F110提高2倍；全面优化发动机的可操作性、耐久性、可靠性、维修性。1987年6月，美国空军对发动机提出了进一步的需求，要求发动机的加力推力在原基础上提高20%，达到15600千克力，中间推力达到10500千克力。

1983年9月，美国空军分别与通用电气和普拉特·惠特尼两家公司签署了一份为期50个月的合同，并各提供了2亿美元，用以设计制造先进的动力推进系统。1983年12月，两家发动机制造商正式加入ATF计划，普·惠公司以PW5000（XF119）型发动机，通用电气以GE37（XF120）型发动机展开竞争。1990年12月，PW5000型ATF发动机编号为YF119-PW-100，GE37型ATF发动机正式编号为YF120-GE-100。

激烈的飞行竞争

YF-22A与YF-23A之间的的竞争，并不是通过空中决斗的方式，更多的是通过计算机模拟，比较两种飞机的性能数据。

俄罗斯的苏-27战斗机

ATF试飞 诺斯罗普公司研发的YF-23A于1990年7月率先亮相，在爱德华兹空军基地进行了低速滑行试验。8月底，进行了首次试验飞行。11月14日，第一架YF-23A飞至12800米高空时速度达到马赫数1.43，在后来的飞行中更是达到了马赫数1.6。到1991年2月底，YF-23A共进行了50次试验飞行，在第4次试飞中，YF-23A进行了空中加油试验。但直至试验飞行结束，YF-23A也没有进行导弹发射和大攻角机动飞行。

YF-23A试飞的两个月后，9月29日，YF-22A开始试飞。洛克希德公司安排了史上最为紧凑的试验飞行，两架YF-22A原型机在60天的时间内进行了74次试飞，结果比YF-23A结束试飞整整提前了两个月。11月3日，YF-22A在试飞中速度超过马赫数2，率先达到超声速巡航速度要求。12月，YF-22A成功发射了两枚空空导弹。为了突出YF-22A的优越性，洛克希德公司更是安排了10个架次的攻角机动飞行，包括45度压坡度飞行、360度翻转、垂直爬升和垂直俯冲。这种攻角试验飞行充分显示了YF-22A良好的机动性能。通用动力公司试飞员乔恩·比勒斯说：“我让这架飞机作何种动作，它就完成什么动作，并且从来不会违背我的意愿”。

推进系统的比较 普·惠公司设计的YF119采用常规设计，强调应用现有成熟技术。YF119涵道比为0.2～0.3，属于双转子涡轮风扇发动机，与F120发动机相比，F119结构更加简单，耐久性提高了两倍，零件减少了40%，寿命延长了50%，发动机总增压比提高了40%，无加力状态下的推力提高了61%，开加力状态下的推力增加了47%。为了减轻重量，提高推重比，F119在设计上不断创新，包括二维矢量喷管、空心风扇叶片、阻燃钛合金、不同材料焊接的涡轮转子、非金属不冷却的热端部件、复合材料风扇进口机匣等。值得注意的是，YF119零件虽比现有战机发动机零件少，却更耐用，在无加力超声速巡航状态下能运行更长时间。

YF120于1983年开始研制，设计上要比YF119要激进一些，其涵道比为0～0.25，推力达156千牛。F120发动机的特点在于采用了可变循环技术，可以实现多种热力循环，能在涡喷和涡扇等模式下相互切换，即使在超声速巡航速度下，也表现出了很高的燃油使用效率。YF120还有一个特别之处，就是采用双转子、无叶片、对转的涡轮。YF120在美国空军阿诺德工程发展中心进行测试时，创造了37小时的试验时间记录和875000个破纪录的试验数据。

YF-22A与YF119组合成功竞标

洛克希德和诺斯罗普两个联合小组创造出了两种性能卓越，都有可能正式成为美国第五代战机的原型机。发动机方面，经过一番验证试验，YF119发动机成功入选新一代战机推进系统。美国空军指出，YF120变循环发动机尽管油耗较低，但是机体较重、结构较复杂，从而导致发动机的维护成本高。而且，YF120发动机技术还不够成熟，存在较大的技术风险。

根据已公开的资料，YF-23A原型机在许多方面都比胜出的YF-22A要好一些，YF-22A仅在低速可操纵性超过了YF-23A。那么，美国空军为什么会选择YF-22A呢？

一是洛克希德公司对未来空战作出了合理预估。YF-22A计划的主管普罗顿说：“要想在2l世纪保持空中优势，飞机必须保证既能有效地进行超视距作战，同时又可以有效地进行近距离的空中格斗。”空战中，作战双方都希望己方能在对方视野之外发动攻击。但自空战诞生以来，任何一场空战，最终作战双方都会进入对方视野内，这时，机动性能就显得尤为重要了。当时美国空军也无法保证未来空战中不会有近距格斗。YF-22A具有高敏捷性和高爬升率，它的发动机尾喷管具有转向能力，使其能完成其它战机无法完成的机动动作。试飞员比斯利说：“这种良好的机动性是因为YF-22A采用了推力矢量和反推力二元喷管的缘故。”而YF-23A过度重视高隐身性，忽视了战机的机动性能。隐身战机必须采用内置弹舱，这就会增加横截面积，也会增加阻力，不利于超声速巡航。而且，战机的隐身性能对武器装载的灵活性、战机的机动性和制造成本等都有影响，过分强调隐身性，最终可能会对战机的整体作战性能造成损害。

两架美国F-15鹰式战斗机在飞行

YF-22猛禽战斗机最终赢得美军第五代战机计划

二是YF-22A实用性更强。冷战结束后，总体而言，美军在技术研发上超前，但是在生产定型上偏保守。对于美国来说，最先进的并不一定是最好的，只有在技术先进和风险可控上达到平衡的才是最合适的。时任美国空军部长唐纳德·赖斯曾指出，YF-22A与F119的组合“显然以更低的成本提供了更好的性能，从而能为空军提供最好的价值”。洛克希德联合小组采用相对平衡的设计，注重自持作战能力，且在设计中加入了许多可靠性、可维修性和保障性功能。YF-22A安装了二元矢量喷管，在机动性，尤其是在大仰角和较低速的机动性和可控性方面大大超过了YF-23A。相比之下，YF-23A总体设计更加先进，但与此同时研发风险和使用风险就比相对保守的YF-22A要大得多。YF-23A虽然也采用了内置弹舱设计，但它的量产机型却需要延长机身才能再加入一个弹舱。YF-23A还采用了过于超前的气动布局，给战机的可控性和整体性能带来了不确定性。而且为了省钱，YF-23A原型机的座舱和前起落架来自F-15，主起落架组件来自于F-18大黄蜂战斗机，座舱也没有装配大屏幕显示器。

三是洛克希德联合小组工业上的表现更优。洛克希德公司在竞标ATF项目之前，按时研制出了F-117夜鹰隐身攻击机，该机参加过海湾战争、科索沃战争、伊拉克战争等军事行动，是世界上第一种可用于正式作战的隐身攻击机。并且YF-22团队当中还有波音公司这种在大型飞机研发和生产上非常有话语权的公司。相比之下，诺斯罗普研制的B-2幽灵隐形轰炸机在投入服役10年后，才于1999年首次参加实战。B-2轰炸机一共生产了21架，单架造价高达24亿美元，如果以重量计算的话，比当时的黄金还要贵2～3倍。有记者指出，1991年，海湾战争中，美国没有使用B-2轰炸机，可以看出 美国对B-2存在某种担心。而且，诺斯罗普合作伙伴麦道公司曾在A-12复仇者海军轰炸机研制上出现过大问题，A-12原型机重达30吨，超出设计要求30%，不能满足在航母上起飞的要求，且成本严重超支，继续研究将花费美国海军3年军费的70%，因此美国海军最终不得不于1991年7月终止了该计划。

责任编辑：张传良