YF-23隱形戰鬥機

月，F-15A 月，F-16 F-15A。

1991 年可以算是軍用航空史上劃時代的一年。就在這一年，美國空軍下一代戰鬥機選型終於塵埃落定，第四代超音速戰鬥機完全浮出水面。這一次選型對於未來戰鬥機發展的意義，無疑是極其深遠的。
俗話說“成王敗寇”，但 1991 年那次競爭的結果好像完全顛倒了過來。對於競爭結果的爭論，即使在十四年後的今天也沒有平息，為當年的失敗者 YF-23 打抱不平的大有人在。競爭獲勝的洛克希德 YF-22 “猛禽”沒有贏得更多的讚譽，倒是落敗的 YF-23 成了眾多航迷（也許還有不少業界人士）心中的王者。不可否認，出現這種現象一個重要的原因是，YF-23 那個超前衛的氣動設計實在是太漂亮了！
那么在 YF-23 前衛的氣動設計背後，究竟隱藏了什麼呢？它究竟因為什麼輸掉了這場裡程碑式的競爭呢？也許我們可以一起探索一下。
現在，讓我們回到上個世紀 70 年代……
先進戰術戰鬥機計畫（ATF）
1969~1970 年，美國空軍的 FX 計畫（新一代重型戰鬥機，最終結果就是 F-15）正處於關鍵的最後選型階段，而戰術空軍司令部已經將眼光轉向了 FX 的後繼機上。在這段時間，戰術空軍司令部投資進行了代號 TAC-85 的項目研究，對 FX 後繼機進行了初步探索。TAC-85 研究報告於 1971 年完成，提出了一個概念原型。研究人員將這個概念原型稱作先進戰術戰鬥機（ATF）。這只是一個相當粗略的概念，指望能從這個概念里看到今天 F/A-22 的影子是不可能的，但它的確是邁向第四代超音速戰鬥機的第一步。此後數年間，戰術空軍司令部先後進行了一些小規模的研究計畫，為未來的 ATF 作技術儲備。除了戰術空軍司令部外，其它相關部門也沒有閒著。位於萊特·帕特森基地的飛行動力實驗室，在 F-15 首飛成功後不久，就展開針對下一代戰鬥機的全面技術研究，這些研究後來被納入一個大的技術發展計畫，即我們今天所熟知的先進戰鬥機技術綜合套用計畫（AFTI ）。幾乎與此同時，國防高級研究計畫局（DARPA ）也開始進行類似的研究計畫。
從 1971 年開始，飛行動力實驗室所屬的 F-8“十字軍戰士”就相繼進行了超臨界翼型、數字式電傳飛控系統的研究試飛。緊接著又開展了隨控布局（CCV ）研究，1 架 B-52 、1 架 F-4 先後改裝為 CCV 研究機進行試飛。特別是 F-4CCV 的試飛令美國人獲得寶貴的技術資料，為隨控布局的實用化成功鋪平了道路。
正在進行超臨界翼型驗證試飛的 TF-8A，機翼和標準的“十字軍戰士”明顯不同。雖然飛機本身已經陳舊過時，但正是在這些老飛機上驗證的新技術鑄成了未來 ATF 的基石
NASA 還和美國空軍聯合提出了高機動性飛機技術計畫（即 HIMAT 計畫），其下屬的阿姆斯研究中心、飛行動力研究室等均有參與。最後洛克韋爾作為主承包商於 1978 年 3、6 月先後製造出 2 架 HIMAT 研究機，並於 1979 年 7 月 27 日首飛成功。HIMAT 計畫涉及氣動、結構、材料、動力裝置和飛控等領域，研究項目包括：近耦鴨式布局、機身機翼邊條融合體、超臨界翼型、變彎度機翼、翼梢小翼、彈性機翼設計、噴氣襟翼、自配平設計、複合材料、飛行推進綜合系統、主動控制技術等。
HIMAT 計畫是 NASA 和美國空軍在機動性技術方面所作的大膽嘗試，很多先進技術均是首次套用。然而 HIMAT 的鴨式布局也誤導了很多人，讓人誤以為美國空軍更青睞這種氣動布局
1975 年初，空軍系統司令部提出一個發展計畫，準備在 1977~1981 年間製造兩架 ATF 原型機進行試飛，但空軍並沒有多餘的資金投入到這樣一個耗資巨大的研究計畫中去，因此這一計畫只停留在紙面上。堂堂美國空軍說沒錢，恐怕會被第三世界的窮兄弟們砸死。不過在當時，的確有大筆開銷等著美國空軍買單：1974 年 11 月，F-15A 小批量裝備盧克空軍基地，很快將進行大規模換裝；1975 年 1 月，F-16 在 lwf 計畫中競爭獲勝，不久也將裝備空軍，而且將該機“改裝”為戰鬥轟炸機也需要不少資金；作為空軍採購 F-16 的交換條件，國會同意空軍擴編，一旦實施也需要巨額資金……當然，錢是一個重要因素，但決不是唯一決定因素，最關鍵的一點是：當時所有已知的蘇制戰機都不足以對 F-15 構成威脅！有意思的是，30 年後美國國會要求削減 F/A-22 產量時，我們還可以聽到類似的理由。
1976 年，美國空軍開始考慮在 ATF 概念中引入低可見性設計。對於當時的人而言，如果聽到這個決定可能會覺得非常突然。但在今天看來，這是順利成章的事。作為美國眾多黑計畫之一，國防高級計畫研究局的“試驗隱身技術驗證機”（XST ）計畫（也稱為“哈維”（Hervey ）或“海弗藍”（Have Blue ）計畫）已經進入工程發展階段，在這一年洛克希德“臭鼬”工程隊的方案中選，後來在此基礎發展出我們所熟知的 F-117 隱身戰鬥轟炸機。隱身技術漸趨成熟。在此基礎上研製隱身性能與氣動性能俱佳的戰鬥機是美國空軍必然的選擇。另一方面，發動機推力的增大，則使得美國空軍開始考慮在 ATF 上實現不加力超音速巡航的可能性；而蘇聯空軍現役和未來的超音速戰略轟炸機威脅則在戰術上增大了對超音速巡航能力的需求。
洛克希德 XST 原型機。該機和 F-117 極為相似，只是採用內傾雙垂尾，以求將側向 RCS 減至最小。而 F-117 則出於氣動方面的考慮改用了外傾垂尾。值得一提的是，DARPA 啟動 XST 計畫之初並未向洛克希德發出招標，而是美國空軍出於對 SR-71 的良好印象邀請洛克希德參與，結果成為 XST 計畫的黑馬
1977 年，國防高級研究計畫局招標研製前掠翼驗證機，用於對前掠翼進行全面評估，同時作為未來先進戰鬥機的技術儲備。這架驗證機就是現在我們所知道的格魯門 X-29A。後來 ATF 概念設計競標時，外界多猜測格魯門方案是前掠翼，原因就在這裡。
格魯門的 X-29A 對前掠翼的特點進行了全面探索。前掠翼在理論上的優點是很讓設計人員心動的。但 X-29A 的試飛結果表明，前掠翼仍存在一些當時無法解決的問題。因此美國人暫時放棄了在 ATF上套用前掠翼的打算，雖然傳說格魯門的 ATF 方案就是前掠翼的
1978 年，美國空軍制訂了兩個獨立的發展計畫：一是“改進型戰術戰鬥機”（ETF），這是一個短期項目，期望通過近期內可獲得的技術在現役戰機基礎上進行升級改進，增強作戰能力；二是“先進戰術攻擊系統”（ATAS ），這個是長期發展計畫，機體、航電、武器等諸系統都要全新研製，以滿足多年後未來戰場的作戰要求。由於美國空軍對 F-15 和 F-16 的作戰能力有絕對信心，因此 ATAS 的設計重點放在對地攻擊方面。但隨著蘇聯空軍新一代戰鬥機的出現，美國空軍不得不重新考慮以 ETF 和 ATAS 搭配能否有效奪取制空權和實施空中打擊的問題。到了 1980 年 4 月，美國空軍決定放棄 ETF 計畫，而 ATAS 也演變為 ATF，一種兼顧對空作戰和對地攻擊的戰鬥機，並開始考慮增加短距起降的要求。看起來，空軍頭頭們對 F-15 對地攻擊能力不足始終耿耿於懷。當年受米格-25 錯誤情報的影響，FX 被約翰·伯伊德等人牽著鼻子走，提出“沒有一磅重量用於對地攻擊”，讓頭頭們非常不爽。現在伯伊德已經退役，不會再有人拿“ 對地攻擊” 當靶子打了。雖然 ATAS 在蘇聯新型戰鬥機威脅下變成 ATF，但不是純制空戰鬥機，總算扳回一局。這個過程看起來沒有什麼問題，唯一有問題的是時間：1977 年 11 月，美國偵察衛星就在莫斯科郊外的拉明斯克試飛中心發現三種正在試飛的新型軍用飛機，分別賦予暫時識別編號：拉明 J （米格-29 ，當時判定為和 F-15 同級的固定翼戰鬥機）、拉明 K （蘇-25 ，判定為和 A-9 類似的對地攻擊機）和拉明 L（蘇-27，判定為和 F-14 類似的變後掠翼戰鬥機）。為何美國空軍在 1978 年制訂 ETF 和 ATAS 計畫時沒有絲毫反應？直到 1980 年才加以變更？可能有以下原因：衛星情報判讀和分析需要時間；美國人低估了蘇聯航空工業的水平；官僚體制導致情報傳遞緩慢和反應遲鈍。
差點變成“超級百系列戰鬥機”的 F-15A。雖然最後 F-15 以優越的制空能力贏得了空軍高層的歡心，但對地攻擊能力不足始終讓他們耿耿於懷
1986 年 7 月，米格-29 首次訪問芬蘭，這是該機在世人面前第一次公開亮相，也使得西方可以近距離評估當年神秘的拉明 J
蘇-27 第一架原型機 T10-01，右上角小圖是美國偵察衛星拍到的“拉明 L ”。在如此模糊的圖像下，誤判為變後掠翼飛機也是情有可原的。當然如我們現在所知，T10-01 並不是蘇-27 嚴格意義上的原型機，因為它的設計幾乎被全部推倒重來
1981 年，美國空軍啟動了代號“天空長者”的研製計畫。空軍經過長期研究後，提出一系列針對未來先進戰術戰鬥機的要求，包括採用新型複合材料、輕合金、先進飛控系統、先進推進系統以及隱身技術等等。空軍高層相信，當 ATF 在 21 世紀初服役的時候，也就是 F-15、F-16 等第三代戰鬥機過時退役的時候。現在來看，可以說當年 ATF 的技術目標已經完全實現了。1981 年 6 月，美國空軍發布第一份關於先進戰術戰鬥機的信息需求（RFI ），並邀請 9 家公司參與討論：波音、費爾柴爾德、格魯門、洛克希德、麥·道、諾斯羅普、洛克韋爾、沃爾特。7 月，空軍發布針對 ATF 推進系統的 RFI，邀請 7 家廠商參與。1981 年 10 月，空軍發布 ATF 任務要素綜述。
接下來，美國空軍在仔細研究了 9 家廠商針對 ATF RFI 提出的意見後，開始考慮修正對 ATF 的一些性能要求。首先，美國空軍認為必須將超音速巡航能力作為未來 ATF 的重要性能指標之一。在很大程度上，這個要求是出於高強度歐洲戰爭條件下奪取中歐制空權的需要。按照北約指揮人員的看法，在兩大陣營爆發全面戰爭的情況下，北約一線戰機幾乎不可能倖存下來。奪取中歐地區的制空權的北約戰機很可能必須從比利時、荷蘭、盧森堡甚至英國起飛，並穿越被占地區上空。超音速巡航能力將大大縮短 ATF 在對方防空系統內暴露的時間，提高其生存能力。當然，超音速巡航能力帶來的好處不止於此，但這確實是提出超音速巡航要求的初衷。由於可能需要從西歐基地起飛前往中歐作戰，ATF 必須具有遠優於 F-15 的續航能力，這也是在 ATF 的設計要求中“跨戰區航程”的由來。在同樣的條件下，基於同樣的理由，短距起降能力也是十分重要的。在前沿和縱深機場均可能遭到破壞的情況下，短距起降能力將大大提高 ATF 的部署能力。特別是短距精確著陸能力，對於美軍作戰飛機及時增援歐洲盟國非常重要，這也是當年北約大力發展垂直起降飛機的主要原因之一。此外，由於作戰飛機造價和複雜程度急劇增加（F-15 這一代飛機服役的時候就有人驚呼，照此趨勢，到 2050 年美國一年軍費將只夠採購一架戰鬥機），美國空軍必須抑制這一趨勢，為此設定了尺寸和重量限制，並強烈要求廠家採用先進技術以減少生產和維護費用，這一思路尤其值得我們參考。
在此期間，ATF 的設計重點也發生了變化。按照“大趨勢”計畫研製出來的 F-117 隱身戰鬥轟炸機已經於 1981 年 6 月首飛，很快將交付使用。該機足以完成突破華約防空系統、實施縱深精確打擊的任務。F-111 雖然陳舊，但在 80 年代仍然是一種有效的縱深攻擊機（事實上如我們現在看到的，F-111 在 1986 年“黃金峽谷”行動和 1991 年海灣戰爭中均有出動）。同時美國空軍於 1982 年啟動“雙重任務戰鬥機（DRF）”計畫，研製 F-111 的後繼機，備選方案是麥·道的 F-15E 和通用動力 F-16E。DRF 預定將於 1990 年代取代 F-111。在這種情況下，美國空軍不再強調 ATF 的對地攻擊能力。因此 ATF 角色再度轉換：由 1980 年的兼具對空/ 對地能力的戰鬥機轉變為專用的空中優勢戰鬥機。在筆者看到的資料中，沒有提到 ATF 的設計重點更改的其它原因，給人印象就是：主要由於 DRF 計畫的出現，減輕了 ATF 的任務負荷，使之可以轉向專用空優。但如果我們留意一下時間就會發現，當初 ATF 預定服役時間正是 1990 年代初，和 DRF 的預定服役時間相同。加上 DRF 出現的其它好處，筆者認為實際情況可能是這樣的：ATF 既要在對蘇聯第三代戰鬥機形成壓倒性優勢，又要保證良好的對地攻擊能力，以美國航空工業的水平來說，不是不可能做到，但一個必然的結果就是成本上升，風險增大。為了滿足空軍降低造價和複雜程度的要求，以現役戰機改型分擔 ATF 的部分任務是可行且廉價的選擇。換句話說，ATF 轉型是 DRF 出現的原因而非結果。
巨大保形油箱是 F-15E 的主要外部特徵之一。這是為了執行遠程作戰任務所必須的。然而 ATF 卻要求在僅僅使用機內燃油的情況下達到甚至超過 F-15E 的航程，對載油量的要求非常苛刻。北極熊的蘇-27 已經率先實現了這一點，白頭雕的表現會如何呢？
神秘的 F-117 一直保密到 1988 年。按照美國空軍的計畫，它將和 F-15E 一起構成 1990 年代的縱深打擊力量。正是由於“大趨勢”計畫的成功，加上蘇聯新型戰鬥機問世以及時間、資金、風險等多方面因素的影響，促成了 ATF 的暫時轉型
1982 年 10 月，美國大部分戰鬥機廠商代表和空軍代表在加利福尼亞州阿納海姆開會，討論 ATF 概念。在這次會議上，ATF 的概念基本成型，已經非常接近我們今天所看到的樣子：這種飛機已經明確是作為下一代空中優勢戰鬥機；必須具有超音速巡航能力；作戰半徑 6 0 0~8 0 0 海里（1,111~1,482km）；具有在 2,000 英尺（610m）跑道上起降的能力，為此發動機需要裝備反推噴管；執行空戰任務時起飛重量不超過 60,000 磅（27,216kg），執行對地攻擊任務時起飛重量不超過 80,000 磅（36,288kg）。隨後，美國空軍發布方案需求，開始進入 ATF 概念詳細研究（CDI）階段。1983 年 5 月，CDI 階段結束，空軍發布了一份最終方案需求報告（RFP）。也許已經有人注意到了，在上述 ATF 概念中沒有一個字提到隱身技術。事實上，隱身技術此時仍屬於“黑計畫”之列，知道的人相當有限。美國空軍雖然在 1976 年就開始考慮在 ATF 中引入隱身設計，但如果要在當時仍未進入保密階段的 ATF 項目中提出這一要求，必然要被迫公開一系列相關的黑計畫，包括絕密的“大趨勢”計畫，這是空軍高層所不願看到的。
1983 年 9 月，美國空軍向所有廠商發出概念設計招標，波音、通用動力、洛克希德、麥·道、諾斯羅普、洛克韋爾宣布參與競標。空軍預計可以於 1984 年 5 月前完成最終報告。
在1983 年5 月，針對 ATF 的 RFP 發布之前，空軍已經發布了研製 ATF 所用發動機的 RFP。該項目最初稱為“ 先進戰鬥機發動機” 計畫（AFE），後改稱“聯合先進戰鬥機發動機”計畫（JAFE）。根據空軍要求，這種發動機必須：具備自啟動能力；可以不依賴地面設備進行自主檢測；高推重比；高可靠性和可維護性。事實上，前兩項要求基本上是針對歐洲大規模戰爭的。和超巡、高續航能力、短距起降能力一樣，這兩項性能有助於 ATF 在增援盟國時不受地麵條件限制（預計地面支援設施基本已被摧毀）。1983 年 9 月，空軍宣布：普拉特·惠特尼和通用電氣的方案中選，獲準研製用於 ATF 的發動機原型機。普拉特·惠特尼的方案是 PW5000，空軍編號 YF119；通用電氣的方案是 GE37，空軍編號YF120。空軍要求，這兩種發動機必須是可互換的，以確保發動機選型競爭不會影響機體設計，也就是說，發動機的尺寸、各種管線接口不能相差太大。在經過競爭試飛後，中選型號將作為生產型 ATF 的唯一動力。
到 1984 年底，ATF 的方案需求進一步明確：超音速巡航速度不小於 M1.5；起飛滑跑距離小於 2,000 英尺（610m）；起飛重量不超過 50,000 磅（22,680kg）；作戰半徑大於 700 海里（1,296km）；在速度為 M1 時可以完成 5g 盤旋；高度 30,000 英尺（9,144m），M1.5 時盤旋過載 6g；高度 10,000 英尺（3,048m），M0.9 時瞬時盤旋過載 9g；高度 50,000 英尺（15,240m），M1.5 時穩定盤旋過載 2g；海平面，從 M0.6 加速到 M1.0 耗時 20 秒；高度 20,000/30,000 英尺（6,096/9,144m），從 M0.8 加速到 M1.8 耗時 50 秒；飛機單價 4,000 萬美元（1985 年美元值，後進一步減少到 3,500 萬美元），全壽命費用和 F-15 相當。
按照美國空軍最初的想法，他們希望採用“驗證/ 確認”模式來研製 ATF，當初 FX（研製出 F-15）計畫就是這一模式，而不是輕型戰鬥機計畫（LWF，研製出 F-16）所採用的原型機對比試飛的模式。在驗證/ 試飛模式中，競爭方案將進行除了試飛以外的所有測試：航電設備將在模擬器上進行測試；氣動設計的優劣通過風洞試驗加以確認；還要進行雷達反射截面積的測算；廠家將製作全尺寸木製模型用於必要的測試和評估，但不會製造原型機。只有在驗證/確認模式中獲勝的廠家才可獲準進入全尺寸發展階段，製造原型機進行全面試飛。