学艺不精，从中、美、俄隐形战斗机弹舱设计看韩国新式隐形战斗机

前言：80年代，韩国为了大国梦，先后研制蔚山级护卫舰、K1主战坦克、KDX驱逐舰、T-50教练机等武器，1999年，在完成T-50教练机研制后，韩国就想借着研制T-50教练机的成功经验开始研制一款先进战斗机，“折腾"了二十年后终于成了，不过这款有着隐形战斗机外形的原型机是没有弹舱的，隐身战斗机的内置弹舱设计到底有多难？

一：韩国的假隐形战斗机

2001年，日本大张旗鼓地在研制下一代心神战机，时任总统金大中也提出韩国自己的中型隐形战斗机，以替换已经落后的F-4和F-5战斗机，这个研制计划也叫“F-X2015”，韩国空军披露了两款模型，KFX-101与F-22非常相似，KFX-201则采用了鸭式前翼，二者都强调隐形性能，采用了内置弹舱，双发动机，但机身开口、接缝、起落架/弹舱盖都没有锯齿设计，隐形性能还不如日本的心神战机，然而当时韩国空军刚获得160架KF-16战斗机，还采购了40架F-I5K战斗机，T-50教练机还在忙于测试，同时也使韩国航空工业也无法获得一些核心技术，导致“F-X2015”项目长时间无人问津，一直到2007年看到美国F-22战斗机入役后，韩国才开始重视自己的隐形战斗机项目。

不过韩国航空工业水平有限，缺乏隐形战斗机开发经验，韩国想找美国帮忙，可洛克希德-马丁公司忙于研制F-35战斗机，波音公司则希望推销F-15K战斗机，韩国又找瑞典的萨伯公司和欧洲EADS公司帮忙，EADS公司只有“台风”战斗机，萨伯公司给了两个单发和双发隐身战斗机设计方案，韩国看中了双发鸭翼方案，但萨伯公司开价180亿美元，而且只是预研费用，韩国的预算只有9亿美元，其中还包括生产40架的费用，这自然只有放弃，之后韩国拿出C100、C103、C200、C203、CsS和GSC的6个概念图忽悠别的国家出钱合作研制“F-X2015”项目，但这些方案基本都是抄袭F/A-18E/F和F-22,F-35和苏-57，印尼和土耳其一度表现出兴趣，但真实了解后又退出了。

韩国也认识到自身没能力单独完成设计，所以技术定位不断缩水，2009年时的定位是达到F/A-18E/F战斗机的水平，为了忽悠印尼签订联合研制协议，将C103方案改进一下，定名为C103i，这个方案神似有6个翼下挂架的苏-57，不过又内置武器舱，韩国希望C103i成为机动力超强的隐身战斗机，不过韩国没能力变为现实，就没了下文，到了2013年，项目陷入谷底，当年的国防预算没有一分钱拨款。2014年，韩国决定花70亿美元采购40架F-35A战斗机，但韩国空军有数百架作战飞机要替换，韩国根本承担不起，所以需要更便宜的战斗机作为高低搭配，于是韩国政府在2015年拨款约110亿美元重启KF-X项目，不过出于成本、技术风险的考虑，韩国将五代机降为“四代半”，

初步设计还是和苏-57相似，基本是用美国技术“攒”“出来的，发动机是美国通用电气公司的，弹射座椅是英国马丁-贝克公司的，空中加油技术、飞行控制律开发技术和灭火系统是洛-马公司在韩国购买F-35A时赠送的，洛-马公司本来承诺转让25项关键技术，但美国国防部拒绝转让有源相控阵雷达、红外搜索/跟踪、光电定位/跟踪和射频干扰等4项最关键的技术，也拒绝提供AIM-120空空导弹技术，韩国不得不向瑞典萨伯公司和欧洲导弹集团寻求有源相控阵雷达、“流星”远程空空导弹和IRIS-T格斗导弹的技术转让，韩国自己主要负责开发任务和飞行控制计算机和本地化引进的技术，大量采用进口系统不但不利于成本控制和进度风险，还存在本地化时的可靠性问题。

二：隐身战斗机的弹舱设计难度大

KF-X空重11吨，最大起飞重量为24吨，采用加莱特进气口、外倾双垂尾、菱形截面机头等隐身设计，但没有全动垂尾和推力矢量，座舱盖也不是无框座舱盖，外形隐身性能一般，没有内部弹舱，武器只能外挂，外挂时雷达反射面积基本和普通战斗差不多，雷达反射面积在1平方米左右，为什么不加上内置弹舱呢，因为设计内置弹舱太难了，缺乏战斗机设计经验的韩国干脆放弃了这个难度最大的隐身设计，突出于机体表面的外挂弹药是个强反射源，雷达波照射到外挂架会折射到机体形成反射波几何级数暴增的“空腔共振”，三代战斗机哪怕做了隐身修形，雷达反射截面积也只能做到1平方米，如果采用内置弹舱，隐身效果就是天差地别。

内置弹舱不是什么新事物，美国F-102、F-106截击机、F-111战斗轰炸机，中国的强5攻击机都设计了内置弹舱，这种设计是为了减少飞行阻力，保证飞机加速性能，但在第五代战斗机设计并非易事。战斗机的内部结构主要由隔框、纵梁和桁条组成，连续的隔框是主要受力部位，内置弹舱要截断诸多桁条，在隔框上“抠“出一个巨大的凹槽，破坏了蒙皮的连续性，机内可用空间也被大大压缩，机内油箱、起落架、系统管路不但要见缝插针的布置，还要保持一定间隙以保证起落架故障时擦地，因为弹舱的存在，机身中部的隔框强度和刚度要求非常苛刻，只有机背影响飞机重心那部分结构是封闭的,其余三面大开口，这就降低了机身结构强度，

内置弹舱工作环境恶劣，高速产生的不稳定气流在打开弹舱后进入弹舱产生膨胀波和压缩波，导致结构强烈振动，产生强烈的音频噪声，设计不好会产生结构变形，甚至引发结构共振，噪声和振动的耦合作用还影响系统的运转，飞机的总体设计也对弹舱有着极高要求，只能布置在飞机重心附近，以免武器分离时影响飞机的动态，弹舱在战机超声速飞行时温度会急剧升高至数百度，为弹药安全还要设计环控系统解决散热问题，飞机在空中各种状态下把弹药推出舱门时弹药还要承受40G的过载，可能会损伤弹药制导系统，弹舱门的锯齿结构更是复杂，锯齿尺寸和几个锯齿都对隐身性能有影响，设计一套精巧复杂的弹舱门需要大量的设计经验积累，高速计算机及相关运用软件，配套齐全的仿真试验设备，涉及现代工业的每个领域，得靠一个国家的整体科技实力和工业水平。

三：美国隐身战斗机的弹舱设计

F-22战斗机是第一种配备内置弹舱的隐形战斗机，美国在设计这弹舱时，使用了10%的模型进行0.5~1.5马赫范围内静止、动态、噪声、弹舱迎角、几何形状等风洞实验，并用F-102截击机研究了机射式，外伸导轨式等弹药投射技术，最后选择了LAU-142/A型气压-液压挂架，这个舱门可在3秒内展开和收缩，打开后挂架以8米/秒的速度伸出舱外，随后用高压气体把导弹弹出机体表面形成的气流层，长3.96米，宽1.22米，深约0.5米的弹舱是专门为容纳4枚弹长3.65米，翼展533毫米的AIM-120A主动雷达制导空空导弹设计的，后来AIM-120C空空导弹弹翼缩短了，弹舱可容纳6枚交错挂载的AIM-120C空空导弹，为满足强度要求，机身中段主隔框曾是世界上最大的钛合金整体锻件，

F-22的格斗导弹舱同样遵循类似的设计原则，但主弹舱无法内置AIM-9空空导弹，便在机身两侧各设置了1个长3.35米，宽约0.51米的格斗导弹舱，可以容纳1枚AIM-9空空导弹，侧弹舱要兼顾了导弹的视角，为保证发挥AIM-9M的性能，弹舱的设计在阻力、气动、重量等方面付出了很大代价，在超音速飞行时不能开启，当AIM-120C空空导弹全部射完后，F-22就失去了超音速攻击目标并脱离的机会，降低速度又会陷入距离格斗的风险，在“红旗”军演中，使用超音速巡航加AIM-120C空空导弹攻击时，与F-16/F-15战斗机的交换比可达1:41，但进行近距离格斗就会下降到1:2.5-4，如果对方拥有数量优势，F-22就会大量损失，这是设计落后于技术变化的问题。

4个内置弹舱占据了7立方米的机长空间，严重压缩了油箱容积，F-22作战半径只有759千米，就是拜庞大的内置弹舱所赐。另外弹舱容积较小，美军新一代AIM-260中远程空空导弹尺寸无法突破，其射程也没什么代差优势，而且F-22现在的性能优势无用武之地，美国国会曾提议F-22兼职对地攻击，然而，弹舱只能容纳2枚GBU-32JDAM炸弹，为投下这2枚炸弹，一小时的飞行成本高达6万美元，性价比极低，美空军专门研发了小直径炸弹，但炸弹装药只有22.7公斤，对付大型目标命中多枚都未必能有效摧毁，而大型弹药又受制于弹舱长度和深度，出现了“鱼和熊掌不可兼得”的现象，F-35战斗机的弹舱就为了容纳更大的弹药而加长，弹舱后部就是起落架舱,严重影响飞机的强度、刚度，F-35的弹舱堪称反面教材，F-35是美国自信心爆棚的产物，主要执行对地攻击任务，其次才是空中拦截等任务。

F-35有2个机腹内埋弹舱，不设侧弹舱，因为根本没法设置格斗弹舱，为了容纳更大的弹药，F-35的弹舱宽度比F-22窄，只能携带4枚AIM-120导弹，但比要深，F-35A/C能挂载3.77米长的JDAM-CUB31(v)3/B联合攻击弹药和3.7米长的JSM导弹，F-35B因为升力风扇占了空间，机腹弹舱尺寸还小一些，只能携带1000磅炸弹，不过F-35没有超音速巡航，弹舱使用环境没有F-22那么恶劣，内壁没有进行气动、噪声优化处理，反而塞满了管线和脆弱的控制盒，这些电子设备布置在弹舱中，节省了内部空间和重量，又省去了额外的检修门，这个设计还是不错的，尽管如此，美军对这个弹舱容积，长度依旧不满意，曾要求扩大到4.2米，不过F-35已经定型，无法修改了，F-35只能放弃长约4.3米的!AGM-158C远程反舰导弹了，

四：中俄隐身战斗机的弹舱设计

俄罗斯苏-57隐身战斗机就像一架被拍扁的苏-27，长4.6米，宽1米，深0.5米的主弹舱就像将填平了苏-27发动机短舱之间的机腹充而来，这个内置弹舱被分隔为前后两个，可搭载3枚不同型号的空空导弹，这个串列式布局和麦道公司YF-23战斗机相似，后弹舱远离战机重心，由于两侧进气道导致机腹的气流速度较高，串联式布局导致气流吹袭投放的弹药。苏-571号原型机在试飞时打开弹舱后强烈气流使大梁严重变形而停飞，只能加固另外4架原型机的桁架，

这种弹舱布局使苏-57的机身正面投影无法做成F-22那样的六边形截面，进气道也无法做S型处理，再加上机翼上荚舱凸起，舱门工艺和公差处理比较粗糙，隐身性能比F-22和歼-20都差。苏-57设置在机翼上的侧弹舱可搭载1枚近程空空导弹，既不挤占机身空间，又能像腹鳍一样提供纵向稳定性，而且导弹视角是目前最大的，但在阻力和隐身性上付出的代价也不小。

中国在研制歼-20时充分的参考了美国F-22和YF-23的经验，美国F-22战斗机的弹舱缺点主要是弹仓比较小，潜力也比较小，而且过度追求空中优势，飞机做的太紧凑，油箱也小，歼-20的大机身使弹舱比F-22有尺寸优势，弹舱长达4.5米，宽度2米，深0.8-0.9米，比F-22的弹舱要大一圈，2个弹舱可以放置4发“霹雳”15远程空空导弹或者4发大型炸弹，使用强力舵机和连杆机构将导弹推出舱外，F-22的弹舱形状设计比较方，没有经过特别处理，歼-20战斗机的弹舱细节整洁，每侧后部3个小型导流槽与隐身设计融合得更好，而且DSI进气道距离弹舱较远，气流侵扰主弹舱的现象低于使用进气道内壁与机身间有1个去附面层缝隙的F-22。

歼-20的侧弹舱是个天才的设计，导弹挂架采取了非常独特的旋转设计，用一个简单的旋转电机将格斗弹滑架伸出舱外后，即可关闭舱门，完全封闭弹舱，因此歼-20可在超音速巡航状态下发射霹雳-10近距离空空导弹，发射时可高速脱离，避免陷入近距离格斗，外露的导弹即不会损坏太多隐身，导弹发射时的尾焰也不会损坏飞机表面。而F-22的侧面弹舱为了将导弹发射时的烟雾远离进气道，采取了导弹头偏向外，导弹发动机直接对准导弹舱内喷射尾焰的激进设计，这也会烧蚀了导弹舱和后面的机身，尚在试飞中的歼35也采用了F-35的弹舱布局，也没有布置侧弹舱，为了提升弹舱容积，弹舱拉伸到几乎占据了半个机身，还加宽了机身，为此付出了阻力和重量的代价

五：结语

中美俄几种隐身战斗机的弹舱设计都和作战使命有关，F-22以制空作战为主，强调高速、机动和隐身，所以飞机设计得比较紧凑，导致弹舱小，油箱小，F-35以对地/对海攻击为主，强调尽可能多地搭载更大的对地武器，奈何机身小巧，搭载不多，苏-57兼顾制空和对地攻击，但弹舱设计比较粗糙，歼-20的核心任务是攻击在西太平洋活动的美国大型支援飞机，打断F-22的腿，插瞎F-22的眼，所以飞机设计得大，载油量和导弹都大，而韩国的假隐形战斗机主要用途只是用来凑数，由于无法解决空气动力学、材料学的细节，只能选择放弃弹舱，不挂弹时勉强算个隐形战斗机，一挂弹雷达反射面积就增加上百倍，也就是虚有其表。