弥补“闪电”的短板

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令人诟病的机动性

从成本到进度，从重量到技术，F-35一直在饱受诟病中艰难前行。而在被“吐槽”的诸多问题中，机动性差的缺陷不容忽视。从F-15、F-16时代开始，美国空军就采纳了高低搭配的概念，所以在F-22时代，美国空军选定洛马公司F-35作为其低挡搭配。不过，F-35不是仅仅只是F-16的替代。美国海军的F-18舰载战斗机需要替代，美国海军陆战队的AV-8B垂直起落战斗机也需要替代。作为F-16的替代，F-35应该简单、轻巧以适合大量部署，需要具有优秀的敏捷性和武器挂载能力，作为F-18的替代，F-35强调可靠和性能完善以适应航母上以一当十的特点，需要具有优秀的低空低速性能以满足航母起飞着舰的需要：作为AV-8B的替代，F-35则需要具有垂直/短距起落性能，以在平甲板两栖作战舰艇和海军陆战队上陆后的前进基地简易起降场上使用。这些相互冲突的要求最终令本来以低成本、适度先进和现成技术为主要特点的F-35陷入了很大的麻烦中——机动性差的问题就是其中最突出的一个。

良好的空战机动性需要较低的翼载和较高的推重比。较低的翼载意味着有产生较大升力的空间，较大的推重比则意味着较大的剩余推力。较大的升力不仅可以加速爬升，还对水平机动至关重要。水平机动需要的侧向力主要不是靠扭转机头指向和改变发动机的推力轴线实现的，而是靠向横向压坡度时升力的水平分量。增加转弯速率需要增大迎角，最大限度地提高升力，但阻力随迎角急剧增加，只有很大的推力才能保证飞机不至于时失速，这就是推重比对水平机动性的作用。翼载和推重比对水平机动性的作用是如此，翼载和推重比对垂直机动性的作用就更加不言而喻了。

F-35拥有一台性能强悍无比的发动机，但即便如此，其推重比依然低于F-15或苏27。F-35家族中最轻巧的F-35A的推重比也只有0，87，远远低于F-15c的1.12和苏27的1.07，和F-4”鬼怪”式相当。最大速度也只有1.6倍声速，甚至低于F-16和F-18，超声速巡航更是免谈。F-35的问题不仅仅在于推重比不够大和速度不够快，还在于过高的翼载。F-35A的翼载高达526千克力/米远远高于F-15的357千克力/米2和苏-27的377千克力/米2，甚至高于专业对地攻击的F-105和以“人操火箭”著称的F-104（前者翼载为452千克力/米2，后者为514千克力/米2）的。作为参照，F-22的推重比至少为1.0g，即使在非加力状态，推重比也达0.72，翼载为375千克力/米2。

在时代标准下，F-35机动性显然差得一塌糊涂，以至于被揶揄为“一块会飞的电子板砖”。而机动性不足使F-35在和第三代战斗机（美国现称第四代）的视距内空战格斗中难以取胜，速度不足使F-35在进入和退出战斗中缺乏主动权。所以机动性差，令F-35的空战能力成为了最大的争议所在，尤其是相对于第三代战斗机的优越性。虽然一直也有反对观点认为，作为一款第四代战斗机（美国现称第五代），F-35玩得是另外一套游戏规则，但在空战中，隐身和优秀电子系统带来的先敌攻击优势并不可靠。更何况，F-35为了降低成本，只要求前向隐身。先进电子对抗技术也不是F-35垄断的，第三代战斗机也可以通过升级得到。空战历史也一再证明，奇迹武器的一击必杀是靠不住的，较低的推重比和较大的翼载导致的机动性缺陷在空战中永远是致命伤。

当然，F-35糟糕的机动性是一种复杂原因导致的结果，甚至可以说是一种有意为之的产物。F-35是按隐身战斗机设计的，所以必须采用机内武器舱，使得机体很是臃肿。为短距起飞一垂直着陆预留的空间又进一步增大了F-35的机体，这决定了机体的基本尺寸小不了，也使得总重急剧攀升。在第三代重型战斗机中，F-15c的空重为12700千克，正常起飞重量为20200千克：苏-27的空重为16380千克，正常起飞重量为23430千克。但F-35A的空重也达到1 3300千克，正常起飞重量则达到22470千克。也就是说，“轻型”的F-35A实际上和重型的F-15C、苏-27的重量相当。也正因为如此，F-35要控制重量和成本的进一步攀升，就只有牺牲推重比和翼载，而无法像F-16那样通过轻量化来解决问题。更糟糕的是，F-35不佳的机动性不仅仅体现在推重比、翼载和速度上，还体现在机体过载的设计裕度上——F-35A的机体按照9g过载设计，F-35C降低到7.5g，F-35B进一步降低到7g。这同样是为了降低对机体结构强度的要求、避免进一步增重而作出的牺牲，当然也对格斗机动性带来了限制，从而进一步降低了F-35作为一部空战机器的“成色”。

增加推力这个笨办法

如何看待F-35“不佳”的空战性能是一个有意思的话题。尽管洛马公司和F-35项目办公室曾声称，F-35的作战效能高于第三代战斗机至少400%，但对于如何得出这样的结论讳莫如深。而美国国内对F-35的空战能力则早就多有批评。兰德公司的“空战的过去，现在与未来”报告就指责F-35“转不动，爬不高，跑不了（can"t turn，can"tclimb，can t run）”。不过，作为这种飞机的最大用户，美国空军却对F-35的空战能力并没有太多的指责，因为从一开始美国空军对F-35的定位是以對地攻击为主的多用途战斗机，从来就没有打算用F-35担任国土防空或者攻势制空的主力。F-22才是干这个的，F-35只是在F-22忙不过来的时候填补二线空缺之用。

值得注意的是，美国空军用F-15作为主力制空战斗机，F-16的空战能力只是在F-15顾不过来时填补战线空缺之用。对F-22的低档搭配也是同样的要求，所以美国空军需要的是具有F-16空战能力的F-117，而不是降级版的F-22。事实上，最后美国空军对JSF的空战性能要求正是“不低于F-16”。

但对于盟国来说（其实也包括美国海军），F-35将是制空作战的主力，空战能力的重要性甚至超过对地攻击能力，“不低于F-16”对他们来说只能是一个灾难。毕竟，不管杜黑或者其他空军制胜论者怎么说，空军的首要任务永远是夺取天空。只有控制了自己的天空，才能确保不受敌人空袭和自己的有效出动：只有夺取了敌人的天空，才谈得上对敌人地面目标的攻击。所以在普遍装备第三代战斗机的情况下，美国盟国需要的不是不亚于第三代战斗机的空战能力，而是需要决定性地超过第三代战斗机的空战能力。也就是说，F-35必须具有第三代战斗机经过升级也达不到的空战能力，否则花巨资采购F-35就失去了意义。毕竟F-35的裸机单价超过F/A-18E/F“超级大黄蜂”至少一倍，单机价格节节上涨，快要可以与F-22看齐了。

无法满足盟国的战术性能需求不是一个小问题，忽视这一问题是政治上高度不正确的事情。作为有史以来规模最大的国际军工合作项目——三型联合打击战斗机预计将取代全球至少11个国家、13种机型、近5000架的战斗机。F-35项目本身的政治属性甚至超过了其军事价值，不能获得F-16那样的成功意味着美国在政治上要失信于人，更意味着美国在全球的领导能力发生了动摇，这是不可以接受的。也正因为如此，如何改善F-35的空战性能，提高其机动性，就成了F-35在下一阶段的技术升级过程中必须要考虑的问题。不过，要改善F-35这样一架单发喷气式战斗机的机动性，可供选择的方法不多。

首先来讲，对机体进行大幅度重新设计的可能性是完全不存在的。即便不提时间进度问题，这样的大改成本将非常惊人。如果机动性指标要大幅度提升，而其他性能又不下降，改进的技术难度就更大，在预算紧张的大形势下显然无法得到批准。与其耗费巨资炒这盘回锅肉，不如重起炉灶，研制性能全面优于现有F-35的第五代战术飞机。

当然，如果不对机体进行大幅度重新设计，那么在现有基础上继续进行减重设计，似乎也是一个切中要害之举——毕竟F-35机动性差的根源就是超重。然而，F-35在重量上与F-15达到了一个级别，但在内置武器占据大量空间的情况下基本外形尺寸却要小于F-15。这意味着机体密度相当大，减重挖潜的空间十分有限。事实上，在2004年1月时，F-35飞机增重曾超过1360千克之多。为抵消这多出的重量，洛马公司甚至于2004年4月提出奖励措施，任何减重建议有100美元的奖金，减重1磅可得500美元奖金。此后，洛马公司陆续收到了超过2000项建议，飞机持续减重超过1225千克，付出奖金约135万美元……在如此锱铢必较的压榨下，现在的F-35是否还有进一步大幅度减重的可能？答案显而易见。那么如此一来，也就只剩下对发动机进行增加推力改进这一条路可走了。至于这其中原因非常简单——在F-35的基本设计木已成舟的情况下，这是提高机动性最“笨”，但却最有效的方法。毕竟充沛的动力是机动性的根本。在能够让“猪”上天的“蛮力”面前，再巧妙的设计也只是雕虫小技罢了。不过问题在于，美国人还能拿得出推力更大的发动机么？

“百尺竿头更进一步”的挑战

增推是解决F-35机动性问题的有效方法，也是相对来讲较具可行性的方法，但这同样意味着一个技术上的重大挑战。要知道，“百尺竿头更进一步”从来都是难上加难的事情。而为了补偿不断攀升的飞机重量，F-35的普惠（PW）公司F135发动机却已经成为了世界上单台推力最大的战斗機发动机，军用推力就达125千牛，加力推力更是高达191千牛（另有数据为军用推力111千牛，加力推力178千牛），发动机自重1701千克，推重比达到11.5，单台发动机所产生的推力超过了EF2000“台风”和F/A-18E/F“超级大黄蜂”的两台发动机推力之和。不过即便如此，由于重量和推力水涨船高，仍然造成F-35在今天拥有世界上最为强悍的发动机但依然推力不足的尴尬。所以，要讨论F-35的增堆问题，我们必须先考量现有F135版本的技术成色——这有助于充份了解“增推”所面临的技术难度。

F135实际上是F-22所用的F119发动机的衍生型号。在JSF项目发展的过程中，普惠公司基于现役的F119发动机核心机，经过改进研制了“F119-JSF”发动机验证机，同时为波音的X-32验证机和洛克希德一马丁公司的X-35验证机提供动力配套。配备X-32的验证型名为JSF/F119-SE614，配备X-35的验证型为JSF/F119-SE611。后来，X-35验证机在JSF项目的竞争中获胜，与之配套的发动机自然而然就在JSF/F119-SE611验证机的基础上进行发展，这就有了后来的F135系列发动机。

F135发动机于2002年5月成功通过了初步设计评审，一年之后通过关键设计评审。2003年9月，首台生产型F135完成总装，并于一个月之后开始地面试验。2003年11月，首台生产型F135进行了地面加力试验。2006年3月，首架生产型F135完成了规定的数千小时地面静态试验，当年10月装机进行飞行测试并获得成功。2008年11月，F135-PW-100发动机首次完成超声速飞行，最大速度达到马赫数1.05。在此后的一年多时间里，F135系列发动机加大了测试强度，完成了总计超过16000小时的各项地面和飞行测试，并于2010年初正式定型。为了满足F-35全系列的动力需求，F135也相对应发展处了3种型号，其中分别是用于F-35A的F135-PW-100，用于F-35B的F135-PW-600和用于F-35C的F135-PW-400。

普惠公司在研制F135发动机的过程中，一直遵循高可靠性兼顾优良的可保障性原则。所以F135发动机尽管核心机部分来自F119——这两种发动机的核心机，也就是高压压气机+燃烧室+高压涡轮的尺寸基本相同，但是其整体结构进行了改进，采用了3级低压压气机、6级高压压气机，短环形燃烧室，1级高压涡轮以及两级低压涡轮，并配备了英国BAE系统公司研制的全权限数字式发动机控制系统（FADEC）。此外，为了提高发动机的推力，F135增大了涵道比以增加空气流量，并提高了发动机的工作温度。其短环形燃烧室则采用了高燃油空气比燃烧室技术，使得燃烧室在缩短的情况下仍能满足效率目标。作为一款未来将大量装备的新一代军用涡扇发动机，普惠公司在F135上采用了大量创新设计，并结合使用了不少新材料和新工艺。其中发动机风扇采用中等展弦比前掠式叶片、线性摩擦焊、整体叶盘等技术和工艺，使风扇的截面积在增加了近20%的同时，仍保持了高压缩比、高效率、大喘振余度和轻质量。此外，发动机的高、低涡轮叶片利用新型高温合金材料铸造，在使发动机工作温度提高约110摄氏度的前提下，具备了更高的使用寿命。显然，由于大量新技术和新材料的应用，F135在性能上是极为强悍的，是美国航空发动机工业“变态”实力的一种赤裸裸炫耀。要在这样的一种杰出航空动力成就的基础上再进行拨高，绝不会是一件轻松的事情。

两种不同的技术路线

F-35作为多用途战斗机，应该是很胜任的，争议更多地是来自对F-35空战性能的质疑，尤其是相对于第三代战斗机的优越性。F-35项目办公室的一项研究表明，F-35在机动性上若要对三代机拥有“压倒性”优势，其发动机推力最低限度至少要增加10%～15%，同时这种推力增加并不应以牺牲可靠性、可维护性性能为代价。为了达到这一目标，目前有两种技术路线可供选择。一是重新复活已经下马的通用电气（GE）公司F136发动机，作为F-35实施动力升级方案的技术基础：二是在现有F135发动机的基础上研制增推型号。这两种不同的技术路线各有门道。

F136实际上是通用电气联合英国的罗罗公司，以ATF计划中落选的YF120为蓝本研制的一种衍生型号。YF120是一台变循环发动机，这意味着它在原理上与F-135、F-119这样的传统涡风发动机有很大不同。涡扇发动机在涡喷发动机的基础上增加了风扇，风扇压缩空气后，一部分通过核心发动机，和燃料混合燃烧后，膨胀产生压力，形成高温高压燃气，向后喷射而出，形成推力另一部分从与核心发动机同心的环道绕过核心发动机，直接和核心发动机喷出的高温高压喷气混合，形成合成的推力。同心环道称为外涵道，核心发动机就成为内涵道，外涵道和内涵道的空气流量之比成为涵道比，也称流量比或者旁通比。涡桨发动机相当于涵道比无穷大的涡扇发动机。涡扇发动机由于外涵道的气流降低了喷气的温度和速度，提高了热效率，能产生更大的推力和获得更低的油耗，对于起飞、巡航和亚声速加速尤其有利。但在超声速飞行时，即使不考虑涡扇迎风阻力较大的问题，降低的喷气速度也使得有效推力降低。相应地，涡喷发动机在超声速飞行时占有优势。理想的战斗机发动机应该在低速时体现涡扇发动机的特性，在超声速时体现涡喷发动机的特性，这就是所谓的变循环发动机。YF120正是第一台实现了这样理想状态的战斗机发动机，在低速时相当于涡扇发动机，在高速时相当于涡喷发动机，理念超前，性能先进。虽然YF120的具体技术指标一直没有公布过，但一般认为推力、油耗等关键性能优于普惠的YF119，而F135正是YF119的衍生原型。

YF120在F-22时代因为技术上过于超前、风险较大而落选。但到了1996年，通用电气和罗罗公司又以YF120为基础，开始研发用于F-35项目的F136。通用电气的F136在1995年到2009年之间共得到24亿美元拨款，其中17亿用于2005—2009年的SDD阶段。从1997年开始，F136得到全额拨款，进入全速研发，计划与普惠的F135形成形成择优采购的格局。在2006年，布什政府提议中止F136的研发，被美国国会驳回。此后连续5年，美国国防部每年都要求終止研发F136，都被美国国会驳回，强令继续研发。在2008年金融危机后，财政拮据对国防预算造成空前压力，奥巴马和盖茨都强烈反对继续研制F136的计划，奥巴马甚至威胁，要是国会强加F136拨款，将否决整个国会拨款案。在2010年和2011年的预算案中，美国国会终于同意在预算中取消F136的研发拨款。美国国防部在2011年4月25日正式中止了F136的研发。通用电气和罗罗提出用公司资金继续研发，但2011年12月1日，通用电气和罗罗联合决定停止公司自费研发。至此，F136已经制造了6台样机，累计运行了1200小时。

虽然目前的F136已经处于下马状态，但重新上马的呼声在军政两界始终不绝于耳。至于这其中的原因非常简单。一方面，F136在技术性能上较之F135有明显优势，可以同时在涡喷和涡扇之间灵活转换，跨声速性能与F135相当，超声速性能则大幅提升，能够支撑起此前无法实现的超声速巡航能力，这对提高F-35的空战性能无疑十分重要。另一方面，1999年，美国国防部明确了“直接换装”的要求，要求F135和F136在外形尺寸和安装要求上完全统一，STOVL相关的部分（升力风扇、滚转臂喷口、三段式转向喷管、传动轴和离合器等）在F135和F136之间也是共用的，可以不需更改直接换装F135或者F136。这显然意味着将F136用于F-35的动力装置升级在工程性上不存在任何问题，“换发”就仅仅是“换发”。

更何况，除了性能方面的考量外，复活F136用于F-35的动力装置升级，不仅有利于充分利用已经研发的先进技术，促进竞争，也有利于保持航空工业基础。在F-16时代，美国空军在普惠的F100和通用电气的F110之间鼓励竞争，引发了所谓“战斗机发动机大战”。其结果是两家的发动机技术最后都得益于竞争，而军方不仅增加了成本控制的选择，也扩大了技术基础。甚至作为第五代有人驾驶战斗机动力系统的先期型号被提前投入使用，为未来战术飞机的发动机研制和升级做技术准备。事实上，6年前取消F136的研制，对于制止F-35计划成本的进一步攀升，其好处虽然不言而喻，但对美国战斗机技术的前景却投下了一抹阴影。20世纪70年代开始的F100与F110的大战，带来了美国战斗机技术近40年的辉煌。从某种意义上说，F119甚至可算F100的超级大改。而F136被扼杀虽不影响美国发动机眼下的继续辉煌，但光芒暗淡的日子或许就接近了许多。

不过，虽然F136在技术先进性上拥有优势，恢复研发对美国发动机工业的整体健康也有利，但技术风险过高的问题仍然存在。这就给在现有F135发动机的基础上研制增推型号、用于F-35动力系统升级的方案提供了机会。研制F135的普惠公司是这样想的也是这样做的。最近普惠公司就透露，F-35战斗机使用的F135发动机即将迎来升级版本，最快能够在2020年投入生产。这种升级型F135发动机，主要用来验证发动机燃烧室、涡轮等热端部分采用的一些新技术。如，提高使用陶瓷基复合材料的比例，使发动机高压涡轮喷嘴前缘能够承受住超过1648度的高温；采用“冷却制冷空气”的热管理方法，通过压气机气流降到较低温度去冷却发动机的高压涡轮级来提高发动机的总压比（OPR）：采用全新设计的行星齿轮减速器等技术措施，来进一步压榨其潜能，满足F-35项目办公室对于F-35升级型发动机在推力、燃油效率和热管理能力的预期要求。目前的测试结果是，实施技术改进后F-35升级型发动机推力可增加10%（加力推力208千牛），油耗降低6%。此外现有F135发动机，也可以通过更换部件（压气机、燃气涡轮、冷却系统）、升级软件，改进为升级版本。

令人感兴趣的是，尽管现在这个被称为F135“强化选项1.0”

（GrowthOptlon 1.0）的方案还没有得到美军的认可，但为了进一步提高方案的吸引力，按普惠公司目前表明的态度，改进型发动机的采购价格将与现有F135发动机保持一致，不会涨价，只是需要支付发动机改进的相关研究费用即可。这意味着与F136这样的跨代发动机相比，F135“强化选项1.0”不但最大限度地避免了服役初期的故障高发阶段，而且在升级费用上十分低廉，是一种廉价、稳妥但又有明显性能提升方案。此外还需要指出的是，在2016年美军和普惠、通用各自签署了价值10亿美元AETP计划合同，目的是由两家竞争，开发新一代的发动机，强化对不同飞行任务的适应能力，获得高速飞行大推力、低速飞行低油耗的兼得能力。通用公司的新一代发动机，预计将在2021年后进行长达5年的运行测试。因此，普惠公司宣布在2020年就能量产F135的改型，很大程度也是针对AETP竞争的时间节点安排的。因此这个F135改型项目，很大程度上是普惠公司出于强化竞争优势的商业策略的产物，是普惠公司通过将参与AETP竞争的XA1010发动机研制过程中得到验证的部分新技术拿出来，低成本移植到F135上的结果。势在必行的升级

F136方案性能先进，但技术风险高：F135“强化选项1.0”则走的是稳妥路线，但性能提升相对有限。如何抉择是一门艺术。但无论基于哪方面的考虑，择其一而尽快付诸实施是势在必行的事情。至于这其中的原因非常简单。作为F-22的低档搭配，本质上是一架多用途战斗机的F-35，其空战性能是按足够优势原则设计的，但在服役后情况却变化了。战斗机是用来打仗的，研发新一代战斗机首先要确认未来战争的性质和国家总体战略意图。在20世纪90年代F-35的前身JSF计划启动的时候，冷战结束了，苏联解体，中国崛起还只是一个遥远的可能性，中国空军甚至还没有走出“歼6万岁”时代。事实上，当年西方普遍认为，在苏东巨变之后，中国变色只是时间问题，而且不会太久。在这样的大背景和基本判断下，未来空中战争的最大威胁来自“邪恶轴心”国家，装备水平不超过早期苏制第三代战斗机。根据美国海湾战争和以色列历次中东战争经验，“邪恶轴心”国家的一体化防空系统才是更大的威胁，对此隐身和防区外打击是最有效的反制手段。正是基于这種判断，F-35不再像F-22那样追求压倒性优势，空战性能的足够优势被认为足以应对冷战结束后的军事环境，甚至连F-22的数量都被削减到187架。

然而后来的历史证明，美国（及整个西方世界）对中国的基本判断严重错误。社会主义的中国不但没有走苏东变色的后路，而且迅速崛起。没有技术鸿沟是不可逾越的，新兴崛起国家更有后发优势。今天的中国空军经过不懈努力，不仅快速步入三代半战斗机时代，而且不声不响地接连推出歼20和歼31两种具有明显隐身特征的第四代战斗机。俄罗斯即便在经济高度困难的情况下，也推出了苏霍伊T-50战斗机，其隐身、超声速巡航和超机动能力引起西方的巨大担忧。结果，由于F-22“过早”停产，F-35的性能突然不够用了，空战能力不足的问题一下子突出了出来。在这种发生严重误判的局面中，尽管F-35木已成舟，但为了确保美国主导的世界秩序，F-35也必须通过重大技术升级来重建压倒性的技术优势。毕竟美国和盟国都已经不习惯以倾国之力搏生存了。

结语

机动性无疑是F-35最大的一块短板。战斗机在其服役生涯中会不断地进行改进，如F-16从Block 1到Block60，F-22的各个“增量”升级等。一款战斗机的全部功能，正是在这样的升级过程中逐步完善的。F-35也是如此。现在的F-35尽管拥有部分技术上的压倒性优势，但却没能将这种优势从技术层面转移到战术性能上，这无疑是一种失败。那么随着动力系统升级“补丁”的安装，这种失败能够得到弥补吗？曾经“失色”的“闪电”能够重建起压倒性优势吗？让我们拭目以待。