日本心神隐身战机001号机
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文/候知健
近日，日本高调公开了其最新—代验证机“心神”的照片和视频资料，其中不乏一些颇有价值的内容。虽然现在的“心神”距离真正的五代机仍然很遥远， 但作为验证机，它所揭示的发展潜力仍然值得我们密切关注。
研发定位
尺寸和吨位一直是影响战斗机造价的关键因素之一。按照一般规律来说，战斗机越小，其结构制造费用也越低； 更轻的重量可以让战斗机选用推力更小、价格更低的发动机，而且耗油率上的经济优势会在批量装备以后的使用中体现得极为明显。这也是第二、三代战斗机中都不乏空重控制在6--7吨内的轻型飞机的原因所在。
近日，国内各大军坛流传一组日本国产最新型战机航母的图集。该图集首张就是让中国军迷有些恼火的日本F-3心神战机击毁中国空军歼20隐形战机的CG图。不过，细看之后，也无需放在心上，人家写着空自2033年新装备。2033年，怕是歼20都“人到中年”，更新一代战机都快要服役了。
但是，过小的尺寸吨位也会对飞机的作战性能带来很大的负面影响飞机没有足够的机身内部空间装载燃油和电子设备，挂载的武器重量和数量也有严格限制。尤其是对于第五代战斗机来说，“轻型五代”这一概念实际上不可能存在，因为在工程技术上已经无法做到。无论是隐身性能的雷达反射特征控制要求，还是强化超音速飞拧持续能力的低阻力要求都迫使五代机必须采用弹仓内置武器设计。
如果飞机没有足够大的尺寸和吨位，根本无法在机身内安排出足以容纳多枚空空导弹、精确制导炸弹的空间用于设计弹仓。在某国对于新一代战斗机的探索研究过程中，设计人员曾经对低成本型五代机的吨位尺寸控制做过较为深入的研究。方案迭代的结果显示，10吨空重已经是五代机的下限；这个数字是在飞机采用重量最小的无尾三角翼布局，放弃超机动能力和损失一部分短 距起降能力后才得到的结果。
对于日本的战斗机研发来说，它的作战环境和假想目标都非常明确，
就是在东海、日本海上空与俄罗斯、中国的战斗机交战，并具备打击上海等中国东部沿海地区、俄罗斯远东边界地区的能力。这种背景要求下，日本新一代战斗机在执行对地攻击任务时，作战半径至少要达到800千米以上。从“心神”来看，日本新一代战斗机采用了常规布局设计。
2006年5月，日本防卫厅公开了ATD-X全尺寸RCS(雷达反射截面)测试模型的照片，随后宣布将于2010年以此为基础研制先进技术验证机“心神”。
由于多出一对平尾和飞机长度要更大等因素，其重量比无尾三角翼布局要高不少。即使是考虑到日本领先世界的材料工艺，可以通过高比例的先进复合材料大幅度减轻结构重量，其空重至少也要接近12吨才能满足要求。但是根据现有信息，“心神”样机的起飞重量也不过8 吨左右，空重甚至不到6吨，显然与此标准相差极大。笔者认为，“心神”样机尺寸特别大、明显属于双座设计的座舱盖，是解释这一矛盾的关键所在。
和单座飞机相比，双座飞机会在性能上出现很明显的损失：飞机不仅需要付出很大的重量代价来安装多出的弹射 座椅、仪表台、更大面积的座舱盖等设备，还损失了相当可观的原本用于装载燃油的机内空间。事实上，随着航电系统的 高度综合化、自动化，1名飞行员就足以驾驶战机执行复杂的作战任务，这也是美国、中国、俄罗斯现有五代机均无双座设计的根本原因。
“心神”样机采用双座设计，吨位尺寸又特别小，这就只有一种解释：现阶段的“心神”既是承担气动外形/飞行控制系统试飞任务的验证机，同时也是日本新一代教练机的原型机。这实际上是一种很聪明的策略，进可攻退可守。无论将来政治局势对“心神”项目如何影响，日本都不会彻底荒废掉这一项目的投资和技术成果。
在顺利的情况下，“心神”样机试飞完成后，会进一步投入全尺寸战斗机型的研制。事实上。这就是照抄F-35战斗机的发展经验---最早的X-35验证机吨位和尺寸都比今天的F-35小很多，而且同样没有内置弹仓。如果我们仅以现在的样机来评断日本“心神”的未来水平， 那么就和用X-35来评断F-35的作战性能没有两样了。即使是项目发展不顺，日本也会将现有的“心神”样机稍加修改----比如去除矢量推力结构后投入批量生产，作为新一代局级教练机使用。
日本展示国产下一代战机ATD-X心神方案
气动布局
日本在“心神”上采用常规布局设计和F-2战斗机有很直接的关系。F-2战斗机是三菱公司与洛克希德。马丁公司合作研制的产品，实际上就是在美国提供F-16设计技术的支持下，日本半仿半研而成的放大改进型号。在F-2的研制过程中，三菱公司掌握了常规布局三代机的关键设计技术，比如边条翼的涡流增升设计、电传控制技术，
为今天的“心神” 验证机奠定了基础。
“心神”在气动布局的总体设计上接近F-22，但是在机翼与尾翼的核心设计上却截然不同。F-22采用棱型平面机翼设计，机翼的后缘带有很大的前掠角度；这不仅使机翼获得了更好的强度和刚度特性，而且机翼与机身的连接长度大大增加了，机翼受力能够更多更均匀地分担给机身。在机翼大幅加长以后，为了避免平尾向后超过喷管太多，引起重量的大幅度增加，设计人员将机翼的襟翼内侧切除了一个缺口，使平尾的前端正好切入进来。
切入式平尾设计使F-22不仅避免了严重超重的窘境，而且紧凑的外形也为侧向隐身和减低整体阻力带来了非常优越的性能改善。但这一设计也存在严重的弊端：经过前机身和机翼的气流对平尾的干扰特别严重，这使F-22在俯仰控制时的非线性问题特别严重，并引起了一连串的问题，包括坠机。
后来F-22电传飞控软件经历过反复多次更新，与此关系极大。
日本TBS电视台7月12日正式公开了日本正在研发中第第五代战斗机原型ATD-X心神。从披露的画面看，在三菱航空名古屋工厂的心神已经完成，等待今年年中开始进行试飞。心神2018年完成试飞科目后，日本将决定是否自行研发五代机，并在2035年开始服役。
俄罗斯T-50在机翼、平尾的设计上很大程度参照了F-22，其优缺点都大体类似。所不同处在于，由于在气动研究和飞行控制领域上差距较大，俄罗斯人需要额外在进气道前沿设置可动边条，以便对涡流升力进行主动控制，从而有效削弱俯仰控制的非线性问题，保证飞行安全。
“心神”选择梯形机翼，缩短了机 翼根部的长度；这样可以在飞机长度不 增加的情况下，保证平尾与机翼之间不直接干涉。虽然这种设计是典型的三代机水平，而且对于机翼的结构特性和整机寿命没有什么贡献，但是大幅度减小了飞行控制上的风险，应该说是一种比较务实的做法。此外，在进气道设计上，日本此次公布的视频中采用了模糊处理。此前“心神”全尺寸模型上采用的加莱特进气道已经公开过，并无保密必要，因此本次样机采用了DSI无附面层隔道设计的可能性很大。
这种进气道现在已经得到了广泛使用，除了重量优 势特别明显外，在隐身上也优于F-22和F/A-18E/F的加莱特进气道；虽然进气道上下边沿与机身侧面的夹角会形成反射特征点，但这与加莱特那种附面层隔道形成的深腔效应反射相比简直不值一提。不过，日本现阶段对DSI进气道的优化能力到底如何，目前只能存疑。
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