2035年设想：暗影舰载机

注1：原来计划参加611所（成都飞机设计研究所）2035的未来飞行器设计大赛，和朋友一起讨论到一半时朋友家里有事未能进行下去，所以就发在网上供参考。

注2：讨论是有很多迭代，由于进行到一半，很多东西设想很不成熟，所以存在问题在所难免。

注3：由于不是专业人士，所以没有什么计算，拍脑袋感觉居多，各位担待。

注4：配图中有个低级错误，就是“翼形”应该是“翼型”，即机翼剖面形状的意思，不是机翼整体形状（即翼形）。

一、需求和技术发展预测 

1.1 替换时间

  F/A-18EF和歼-15是2000-2010年研制，预计替换时间大约是2030-2040年，我们按照2030-2040年的作战环境、作战场景和技术发展趋势来进行需求探讨和设计。

  1.2作战环境和作战场景

  在2030-2040年，预计中国将有5-6艘航母，将能够在全球范围内作战，在不同作战区域能够对抗的对手和作战目的是不同的。在西太平洋（第一、第二岛链、南海），在空军、火箭军和战略支援部队的支持下与强敌作战，护卫本土；在远离本土的世界各大洋，航母编队能够对中等军事国家实现体系化作战，保护我国越来越多的海外利益。

  1.3技术趋势预测

   信息技术和通讯技术：在网络中心战技术上进一步发展成作战云，信息融合度进一步提升，作战指挥和智能化进一步提高。

   动力技术：前期采用基于新一代中等推力发动机发展而来的的高推重比涡扇发动机，后期替换成变循环高推重比涡扇发动机。

   探测技术：多波段和多面阵雷达，多种光电（红外紫外探测技术）、无源视频探测技术进一步发展，探测精度更高，距离更远。

   主动防御技术：在被攻击时，能够利用电磁波、激光等手段对来袭的导弹进行干扰或破坏。

   弹药技术：智能化多模式制导空空弹、攻击弹发展成熟；直接碰撞式小体积和小重量中距空空弹（当前中距空空弹体积的一半）使得载弹量增多；弹药射程更远。

   与无人机配合作战：无人机技术发展成熟，智能化提高，有人机能够和无人机一起紧密作战。

   隐身技术：随着反隐身技术的发展和作战云的发展，隐身技术也在进步，能够实现多波段雷达隐身、光电隐身

  1.4飞机需求

根据上述时间节点、作战环境场景、技术发展趋势，舰载机需求如下：

高隐形：比四代战斗更好的隐形，实现多波段雷达隐身和光电隐身。

作战半径大：无论是西太平洋面对强敌还是远离本土的中等军事强国，都需要舰载机具有大的作战半径，在面对强敌时能够更好的御敌于国门之外，面对中等军事区想过能利用大航程让航母远离对方进攻力量来确保航母安全。

能自成体系：远离本土时，能够自成体系，担任防空、进攻、电子战任务，实现1+1＞2的体系化作战效果。

宽速度：既能满足航母起降的低速要求，又能满足进攻时利用速度突防和拦截时的高速需求。

高机动：争夺制空权时，需要高机动性和敏捷性来满足占位和格斗要求。

智能化和作战云：单架机具有高度智能，能汇总本机多种探测器信息进行智能化分析后提供给飞行员；能与其它飞机、无人机交换信息，实现作战云，具有更高的探测能力和快速的反应速度。

  1.5设计限制

  着舰重量受限于拦阻系统钢索限制，着舰重量最好不要超过歼-15的着舰重量，考虑低速气动控制要求，着舰速度在240公里左右。

二、技术方案   

2.1总体布局设计思路

   飞翼布局隐形性能更好，但飞翼布局难以兼顾超音速和亚音速，机动性、航母起降性能也难以保证，故不选择飞翼布局，而是选择了比现有飞机在翼身融合度更进一步的BWB（翼身融合），即可伸展边条的翼身融合布局V形尾翼布局，

提高隐形性能的同时保证超音速和亚音速兼顾、机动性和航母起降性能。气动总体布局特点见下图：

   （1）兼顾亚音速、超音速、机动性

    选择中等展弦比机翼、升力体机身，全机升阻比高，满足亚音速巡航要求。

    超音速：机身截面过渡流畅，机翼后掠角较大，可伸展边条根据音速大小调整伸出量，气动中心前移，降低配平阻力，提高超音速升阻比，满足超音速性能要求。

   机动性：采用矢量推力和倾斜尾翼，配合副翼操纵，提供俯仰、偏航、滚转等操纵力，实现机动性要求。

（2）升力体机身气动设计

升力体机身进气道、弹舱和机翼过渡区域设计成超临界翼型剖面，翼型剖面最大位置布置进气道和弹舱，能够满足弹舱布置的要求，能够降低亚音速巡航阻力，增加航程和机动性。超临界翼型的机头前缘半径较大，超音速飞行阻力大，在大迎角飞行时不利于产生脱体涡，为此设置可伸缩边条，边条外侧尖锐，在伸出时改变边条前缘形状，有利于降低超音速阻力和产生脱体涡。

   （3）增升装置

  通过可伸缩边条、前后缘襟翼和放宽静稳定性实现增升。

（4）起落架、拦阻钩及满足弹射的结构考虑

    前三点起落架，主起落架向前收起到机和机身过渡处。

    拦阻钩放在机身后部的拦阻钩舱中，在日常飞行时收起，满足隐形要求，降落时打开拦阻钩舱进行拦阻。

弹舱之间保留1米以上宽度，可设置从前起落架舱贯穿到机身后部拦阻钩的纵向大梁，保证弹射和拦阻的结构强度要求。另外专门的大梁改善了受力结构，有利于降低结构重量。

    （5）折叠结构

    机翼采用折叠设计，考虑到薄机翼所需要的结构强度和隐形要求，设置类似F-35C的机翼上表面盖板，机翼折叠时盖板打开，露出折叠结构，折叠机翼。机翼展开时，盖板可以将折叠所形成的缝隙盖住，保证隐形性能。

    （6）动力装置

采用小涵道比涡扇发动机，窄间距发动机布局，在单发失效时单侧推力造成的偏航力矩小，有利于航母降落时对航向的控制。

（7）航电设备

导航：采用北斗导航、激光陀螺惯性导航和无线电导航等系统，在作战时根据作战实际情况进行导航。

雷达：机头装多面阵相控阵雷达，可对270°范围目标进行探测。机翼前缘装L波段雷达，可对隐形目标进行探测。

光电探测设备：装备能够进行全方向光电探测设备，能够利用可见光和红外线对周围进行探测和识别。集成对地攻击光学和红外探测设备，能够对地面目标进行探测。

被动射频探测装置：采用能够收集多波段探测信息的被动射频探测装置，能够被动探测空中、海上、陆地目标所发射的电磁波。

激光对抗装置：能够在发现导弹攻击时，对来袭导弹进行激光攻击，使其失能。

    （8）机载武器

a）弹舱挂载

    采用两侧布置弹舱，弹舱长度5米，深度0.8米，宽度1.1米。

单个弹舱能够挂载600公斤隐形反舰导弹+1枚中距弹或格斗弹；1吨激光制导炸弹+1枚中距弹或格斗弹；3枚中距导弹（或2枚中距导弹和1枚格斗弹）；6枚未来小体积空空弹；6枚小250公斤直径炸弹；1个电子战吊舱和2枚中距弹。

弹舱门转轴布置在机身内侧，打开弹舱门后，人员可以从机翼下靠近弹舱，便于挂弹和进行日常武器检查。挂载电子战吊舱和格斗弹时，打开舱门，挂架旋转伸出，可发射格斗弹或者让电子战吊舱可以工作。弹舱示意图见下：

b）外挂武器

机身腹部挂载点：重型挂点，可挂保形多功能舱、加油吊舱、副油箱和中心的弹药。保形多功能舱具有隐形能力，舱内可以挂载多种空空弹或攻击弹药。

机翼下挂载点：每侧机翼2个，内侧挂点为重型挂架，可挂载重量≤3吨的弹药、副油箱和多功能隐形吊舱；外侧挂架是轻型挂架，可挂载≤500公斤的弹药和装备。

  2.2 动力装置

由于发动机研制需要长期的积累，故动力装置选择时主要考虑可行性和可靠性。根据国内发动机情况，早期采用基于四代机所用中等推力发动机发展而来的发动机，推力大小为12吨左右；后期随着国内发动机技术的进步，采用变循环发动机，推力可提高到13吨以上，根据飞行速度变化调整发动机工作状态，提高推重比、机动性和作战半径。

目前，随着发动机研制上的进展，可预计四代机所用中等推力发动机能够成熟，在2030年左右满足可用性和可靠性的要求。到2040年左右，变循环发动机能够满足装机要求。

  2.3 起降方式

舰载机在航母上起飞方式为弹射或滑跃起飞，降落为拦阻降落。在陆地机场选择滑跑起飞和降落。

a）航母起降

舰载机在航母着舰难度最大，设定舰载机最大着舰重量时的降落速度是240公里/小时。为了满足低速下的升力和操纵要求，座舱下视线和飞机擦地角、增升、操纵面都做了特别考虑。

飞机下视线可达15°，静态地面停放擦地超过14°，航母着舰时，在满足4°下视线情况下，飞机姿态角可达10°，加上4°下滑角度可让舰载机以14°的迎角着舰，可提供比较大的升力。

增升方面：降落时，放下前后缘襟翼增升，同时可伸展边条伸出，增加机身前部升力面积提高及申请前部升力，并利用静不稳定性的抬头力矩一起平衡后缘襟翼增升造成的低头力矩；边条面积增大后增加涡强度也可以提供一定升力。

低速操控方面：采用V形尾翼对低速控制带来挑战， V形尾翼为了控制偏航同向偏转时，会同时带来滚转，这是所不期望的。暗影的翼展较大，副翼滚转力臂大，副翼偏转较小角度就可以提供一定滚转力矩，平衡V形尾翼同向偏转带来的滚转问题。另外本机副翼相对靠后，能够提供一定的俯仰控制力矩，可以配合尾翼实现俯仰控制。舰载机降落时刻伸缩边条边条伸出增强了涡强度，使得涡可以延伸到V形尾翼，提高V形尾翼操纵效率。

航母弹射起飞时，同样打开增升装置和伸出可动边条，由于有弹射器的拉力，最大弹射重量时弹射末速可达300公里/小时。滑跃起飞时，最大起飞重量可以达到32吨，起飞速度与歼-15类似。

b）陆地起降

起飞：由于舰载机的在增升设计的重视，正常起飞重量滑跑距离小于400米。

着陆：着陆滑跑距离小于500米。

  2.4座舱显控和操纵系统

座舱宽敞下视线好（可达15°），采用大宽度曲面屏（飞行员视线范围90°），可以将战场态势显示在中央范围，辅助信息显示在两侧供快速查看。战场态势显示包括敌方雷达阵地、空中目标；我方配合作战的有人机和无人机，飞行员可以快速从屏幕获取所需信息来进行OODA循环。

 飞行员头盔融合VR技术，能够将大多数作战环境信息通过头盔显示系统提供给飞行员。另外，还配置有高灵敏度声音系统，可以将敌我双方作战方位信息通过双耳声音的调整传递给飞行员，增强飞行员感知态势能力。头盔系统融合语音控制功能，能够实现大多数作战指令和信息交互。

 手不离杆（HOTAS）采用触摸板方式实现控制。随着作战云的发展，需要处理的信息越来越多，现有手不离杆采用按钮方式实现，对于越来越多的信息显示、切换和选定存在不便之处。将大拇指按的部分按钮改成触摸板，能够实现滑动、选定和九宫格数字功能，实现快速交互。譬如在屏幕切换时，按动触发按钮让屏幕上的窗口显示数字编码，同时触摸板转成九宫格数字功能，可以快速输入数字编码实现切换。滑动和九宫格数字输入是目前手机操控常见方式，飞行员不需要多大培训成本即能快速熟悉。

操纵系统采用四余度光传操纵系统和全电作动筒，提高响应速度和降低系统重量。在着舰时，可设定迎角控制模式，由飞控系统自动控制飞行迎角，飞行员主要操纵油门对飞机飞行状态进行控制，实现高精度着舰。

  2.5 技术数据

   （1）几何尺寸：

机长，17.89米

翼展：13.98米

折叠后宽度：9米

机高：3.86米

前缘后掠角：48°

机翼面积：≥65平方米

主轮距：5.4米

前主轮距：6.11米

钩眼距：5.1米（降落时眼位和尾钩下滑线高度差），15米（眼位于尾钩水平距离）

（2）技术参数：

空重：17吨

内油：10吨

内置弹舱载荷：3吨

最大载弹量：9吨

正常起飞重量/标准弹射重量：29吨

最大起飞重量：34吨

    最大着舰重量：23吨

    标准着舰重量：21吨

  2.6 性能数据

    最大平飞速度：2马赫

    最小平飞速度：160千米/小时

    对空作战半径（内置弹舱无外挂，满内油高-高-高剖面）：1500公里

    对地攻击半径（内置弹舱无外挂，满内油，高-低-高剖面）：1200公里

    着舰速度：240千米/小时

    弹射起飞出口速度：300千米/小时

    实用升限：1.8万米

陆基机场起飞滑跑距离（正常起飞重量）：≤400米

陆基机场降落滑跑距离（标准着舰重量）：≤450米

上述性能数据是根据发动机加力推力14吨进行分析，并与当前三代机和四代机，尤其是F-35C和鹘鹰战斗机进行对比得出，具体分析如下：

暗影整体气动布局相当于双三角翼，无论是内侧边条后掠角度还是机翼后掠角都比较大，这有利于降低波阻；后体采用V形尾翼和二元矢量推力，有利于降低后体阻力，采用变循环发动机，以鹘鹰战斗机的1.8马赫最大速度为参照，暗影最大速度预计可达2马赫。暗影采用矢量推力和具有很大边条翼的气动布局，在矢量推力作用下可进行超机动飞行，可确保大迎角飞行稳定，故最小平飞速度完全可以达到160千米/小时。

    暗影在翼身方面融合度很高，整体与飞翼比较接近，中央机体可提供很大升力，14米的翼展让理论展弦比较大，结合λ形状机翼的巡航升阻比高的特点，全机升阻比在亚音速和超音速都可以超过4代战斗机。以F-35C为参照对象，在内油10吨、弹舱内挂空空弹，高-高-高任务剖面作战半径预计可达1500公里。对地攻击时，内挂攻击弹药，以高-低-高任务剖面作战，原则上应超过F-35C，即能达到作战半径达到1200公里。

暗影采用较大迎角着舰，迎角增大可提供可观的升力；暗影采用前后缘襟翼和可伸缩边条实现增升，加上边条面积大涡强度大，整体升力系数可不低于歼-15战斗机，可使得着舰速度达到240千米/小时。

在弹射起飞时，弹射起飞末速由发动机推力和弹射器提供的弹射力共同确定。我国将采用电磁弹射技术，电磁弹射具有加速平稳和弹射末速高的特点。以F-18EF为参考，本身设计正常起飞重量且发动机开加力，用弹射器弹射可使弹射末速达到300千米/小时。

实用升限主要与升阻比和发动机特性有关，暗影的巡航升阻比高，发动机采用高推重比发动机，实用升限预计可达到三四代机常见的1.8万米高度。

暗影的升阻比高且增升措施多，陆基正常起飞重量推重比与枭龙相当，枭龙战斗机起飞滑跑距离大约是450米，类比暗影陆基正常起飞距离可以小于枭龙，能够达到≤400米。着陆滑跑距离与着陆速度、着陆重量、气动减速措施和刹车系统有关，暗影的增升效果好，着陆速度可降低，气动减速采用多翼面协同实现减速板功效，加上未来高效碳刹车片的作用，预计可将滑跑距离降低到≤450米。

  2.7 安全性、环保性、经济性分析

暗影采用双发布局，比单发战斗机在发动机系统上更可靠，安全性更高。暗影选择中型推力发动机，比重型机消耗的燃料要少，对环境比重型机更友好。

暗影属于中偏重型战斗机，根据飞机价格与重量成正比关系，单机成本比重型机要小，航母上携带战斗机数量多，可通过大量的批量化生产达到规模效应。暗影也可以改成陆基战斗机，让生产批量更大，实现海陆兼顾，使得规模效应更加显著。

三、作战使用

由于机身腹部留下宽阔的空间可以挂载保形多功能吊舱，使得任务灵活性大大增加。下面简述几种作战挂载模式：

  3.1常规巡逻

内置弹舱挂空空弹机翼下外挂2个2吨副油箱，机身腹部挂载2吨副油箱，，总油量增加到16吨，作战半径达2000公里以上。

  3.2高威胁情况下远程巡逻防空模式

在高威胁情况下保证隐形，弹舱是空空导弹挂载。机身腹部挂载隐形保形多功能吊舱，吊舱内挂副油箱，在保证隐形能力情况下将总载油量可增加到12吨以上，将作战半径延伸到1800公里左右。

  3.3高威胁情况下远程攻击模式

本模式下弹舱装自卫空空弹、反舰导弹或远程攻击弹药，机身腹部挂载隐形保形多功能吊舱，吊舱内挂副油箱，可将攻击半径延伸到1400公里左右。

  3.4紧急拦截模式

内置弹舱挂载空空弹，满内油无外挂，以超音速飞行进行快速拦截。

  3.5低威胁情况下对地攻击模式

内置弹舱挂载自卫空空弹和对地攻击小直径炸弹，根据航程需要机身或机翼下挂载副油箱或小直径炸弹，化身为炸弹卡车对大量地面目标进行攻击。

  3.6高威胁情况下电子战模式

内置弹舱挂载电子战吊舱和自卫空空弹，机身腹部隐形保形多功能吊舱内根据航程需要挂载副油箱或者电子战吊舱。在航渡过程中电子战吊舱收藏在内置弹舱或隐形保形弹舱内，到作战电子战吊舱伸出进行干扰。

  3.7加油机模式

机翼下挂载2吨级副油箱，机身腹部挂载2吨副油箱和加油吊舱，16吨内油可为多架战斗机进行紧急加油。

四、设计亮点总结

亮点一：高度翼身融合设计，隐形性能更好；结构效率更高，结构重量更轻；内部空间更大，内油量更高；升阻比更高，高内油和高升阻比使得作战半径更大。

亮点二：独居特色的增升设计和翼身融合设计结合，满足舰载机低速起降要求，同时也能保障高速性能和机动性。

亮点三：考虑任务多样性的弹舱设计，方便挂弹，弹舱内可以挂载包括电子战吊舱在内的多样设备；腹部留出大面积挂载空间，可挂载隐形保形吊舱，大大增加了任务灵活性。

亮点四：支持作战云的座舱环境，更有利于体系化作战。

附录：两个611所专利作为参考。

这里特别说明一下，上面设想在构思时没有看到611的专利，是后来在网上看到后去国家知识产权局下载的，前面设想和611专利没有关系，在某种程度上可以认为大家有些想法都是往一个方向去：即通过前机身的一些设计调整达到期望的效果。