YST漫談隱形戰機（IX）：回答第一篇的七個問題（上）

上接「漫談隱形戰機（VIII）：F-22雷達天線RCS的估計」

 

（十九）回答第一篇的七個問題

 

好了，經過八篇文章的論述，我們終於具備了需要的知識來回答本系列第一篇文章第二節所提出的七個問題。

 

甲. 問題一

 

隱形戰機的外殼真的很容易就設計出來嗎？ 

回答：不。

 

Ａ. 問題的原由

 

這個問題是由台灣「中國時報」酸溜溜的評論所引發的。故事的發展是非常典型的台灣反應表達非常典型的台灣心理，所以值得我們敘述原委。

 

1.大約2010年12月22日，網路上開始出現中國大陸隱形戰機J-20的照片，並傳出即將試飛的消息，中國的隱形戰機立刻成了非常熱門的話題。

 

2.2011年01月05日，中華民國國防部情次室次長沈一鳴在立法院接受立法委員林郁方的質詢，一場典型的“愛台灣”政治秀就展開了，這是一場非常政治正確的雙簧表演。

林郁方：是不是中共五代戰機？是不是在試飛階段？

沈一鳴：不是。

林郁方：所以你認為這照片是有問題的？

沈一鳴：是有問題的。

林郁方：不是中共五代戰機的照片？

沈一鳴：是的。就是以俄國新聞社公布的，中共在發動機、雷達、複合材料、航電裝備的科技水準還有待突破，我想這樣講委員應該非常清楚。

國防部表示，大陸的武器裝備一切盡在掌握中，對研發中的武器都有因應對策，並且會密切注意相關情勢的發展。

 

看到沒有？問問題的先把想要的答案說出來，然後回答問題的再打蛇隨棍上順著問話者回話，這不是唱雙簧是什麼？

沈一鳴也順便吹捧林郁方作為回禮，什麼叫做「委員應該非常清楚」？林郁方是文科生，在發動機、雷達、複合材料、航電裝備上林郁方還真的什麼都不懂，連邊都摸不著。林郁方在「國防委員會」做立委根本不適任。

 

3.2011年01月11日，J-20在成都眾目睽睽下試飛成功，當天胡錦濤主席當面親口向來訪的美國國防部長蓋茲証實。錄影帶傳遍國際網路，中共向全世界展示已經完全掌握這個新世代的戰機。

 

4.J-20張貼上天，胡錦濤証實，台灣民眾對國防部罵聲一片，中華民國國防部官員和唱雙簧的林郁方委員面子掛不住了。亂哄哄中輪到媒體來表演“愛台灣”了，由於台灣媒體的利益也是反中的（台灣沒有統派媒體），於是媒體就開始酸大陸的隱形戰機，其中最具代表性的就是「中國時報」，它的論點是：

大陸的科技很差，隱形戰機必須的強力渦扇發動機和先進的航電配備是解放軍最大的弱點，絕非短短五年、十年就一蹴可就的，但是要製造一個“看起來不錯”的隱形戰機的外殼，並不困難。

 

看到沒有？台灣先否認大陸有設計和生產隱形戰機的能力，等到大陸成功展示了這個能力就說大陸做到的那個部分其實不難，真正難的部分大陸還做不到。這是典型酸葡萄的心理和反應。

 

YST 先不談發動機和航電設備，就只談隱形戰機的外殼。

 

YST 首先要指出的是，「中國時報」的評論完全錯誤，剛好把話全部說反了。四代戰機最關鍵的部分不是發動機和航電設備而正是「隱形」。有趣的是，「隱形」的關鍵設計恰恰就是「中國時報」號稱“並不困難”的外殼，外殼至少佔整個「隱形」效果的九成。

 

「中國時報」的記者瞎說八道，輕是不懂裝懂，重是昧著良心說政治話，所以非蠢即騙。

 

YST 認為「中國時報」騙是真、蠢是假，道理很簡單，蠢是推卸欺騙讀者的責任最好的藉口，因為蠢是不違法的。

 

Ｂ. 設計戰鬥機的外型非常困難

 

設計飛機的外型從來不是容易的事，只要懂一點點科技的人都知道設計任何飛行物，不論是飛機、導彈還是太空船，都需要經過「風洞實驗」，這是設計過程中非常耗費人力、物力和財力的一個工程項目。

 

流體力學中的問題絕大部分在數學上是解不出來的（沒有analytic solution），更何況複雜的飛行體要建立數學模型談何容易，所以「風洞」就成為設計飛行體必不可少的工具。

 

「風 洞」是一個可供吹風的長形的封閉通道。所謂「風洞實驗」就是把實際飛行體或它的模型放在「風洞」中吹風，然後觀察它形成的渦流對飛行體進行改進，這是今天 設計飛行體必經的步驟。其實不只是飛行體，任何高速運動的物體在設計的時候都選擇透過「風洞實驗」來優化它的設計，譬如中國大陸高速鐵路的火車頭。

 

如果不做風洞實驗，除了不能預先發現飛行時可能會出現的問題同時也無法計算飛行體的阻力係數，於是一系列有關空氣動力的問題完全無法解決。想想看，連飛機的速度都無法準確估計還能設計什麼？

 

建 立一個「風洞」實驗室不是一件簡單的事，相關的硬體與軟體都需要相當的科技基礎，耗資鉅大。「風洞」的修建通常不是一個，而是有大有小並且配合不同風速的 「風洞」群。大的「風洞」可以放實體，小的「風洞」可以放縮小的模型。「風洞」有亞音速的、有超音速的、有高超音速的，供不同的飛行體進行實驗。

 

全世界有「風洞」實驗室的國家只有中、美、俄、歐。其中以美國、俄國和中國的「風洞」群種類最完善。歐洲的「風洞」散處多個先進國家，並不在一處。其他任何國家，譬如韓國與日本，設計飛行器的時候都要到國外的「風洞」吹風。

 

據YST所知，中國在抗日戰爭以前就曾經建立「風洞」，但是中國現代化的「風洞群」是在錢學森的指導下建立的，錢對中國的航太發展與設備有非常傑出的貢獻。錢學森何止是中國國寶級的科學家，他是全球流體力學的第三代掌門人，如果沒有政治因素，美國太空總署的Director非他莫屬。中國大陸在錢學森的指導下航太工業打下了非常堅實的基礎，特別是人才的培養，譬如中國今天衛星工程的總設計師孫家棟就是錢學森栽培的。大陸半個世紀所下的扎實功夫那裏是幾個台灣國防部的官員、爛記者和爛立委能瞭解的？

 

Ｃ. 設計隱形戰機的外型超級困難

 

飛機的外型設計固然困難，如果設計的是隱形戰機，那麼“外殼”的設計就更複雜和更困難了，其困難的程度增加不止十倍。為什麼？

答案是：隱形戰機外型的設計除了要經過「風洞實驗」還要經過RCS的「理論計算」和「實際測量」，這三件事都非常困難，都需要非常昂貴的設備和非常專業的知識，尤其是「理論計算」，它是阻擋隱形戰機設計最大的一塊石頭。

 

值 得注意的是，這三件事是相互影響的，一動全都動，導致很多工作需要重新做一遍。普通戰機只做一件事，那就是「風洞實驗」；隱形戰機要做「理論計算」、「風 洞實驗」和「實際測量」三件事，而且是密切相關和相互影響的三件事，它所引起的複雜和困難不是相加而是相乘，其困難的程度何止十倍。

 

隱形戰機的外型設計先是根據理論計算作出模型，然後再經過「風洞」吹風修改，最後是實際測量RCS畫出「閃爍圖」驗証理論數據。如果改動過多，上面的三個步驟就有必要重複。最後製造出真實的飛機還要重複做一遍，所以整個過程是非常繁複的。全世界能在國內完成整個過程的國家只有美國、俄國和中國。

 

所以，不誇張地說，隱形戰機的外型是超級計算機算出來的。

 

這就是為什麼第一代的隱形戰機是由多面體構成的，因為它最容易計算。

從第二代開始，計算的就是曲面了，但是只能計算非常簡單的曲面，所以只能設計不需要複雜機動能力的轟炸機。

隨著數學理論的突破和超級計算機的飛躍進步，工程師終於可以計算有許多複雜控制面的飛行體的RCS，這才有能力設計具有高機動能力的隱形戰鬥機，於是進入到第三代。

 

今天中國的超級計算機世界第一、數學能力世界一流，沒有什麼數學計算問題是中國科學家無法勝任的，中國成為全世界第三個製造出第四代（俄國定義的第五代）戰鬥機的國家不是偶然、而是必然。

 

其他的國家設計不出隱形戰機也是科技水平沒有達標下的必然。

 

中國能夠跳過第一代和第二代直接進入第三代隱形戰機，那是因為中國在設計J-20的時候國產超級計算機的計算水平已經超過美國九０年代的水平，不需要走美國經驗的彎路。

 

「製 造一個“看起來不錯”的隱形戰機的外殼，並不困難」是一句非常輕佻、完全不負責任的謊言。「中國時報」做這種沒有水準的報導非常愚蠢，說這種謊言則非常可 恥，所以「中國時報」不是無知就是無恥。尤其刻意用謊言來貶低中國的科技成就，「中國時報」不配用中國的名號，應該自動改名。

 

不 過話說回來，「中國時報」做這種報導固然丟臉丟到家了，但是政治正確。台灣人九成以上不是台獨就是獨台，「中國時報」必須如此來取悅台灣人民，否則會面臨 關閉。事實上，「中國時報」在扁政府時期已經曾經面臨倒閉，聽說是借了台獨政府的錢才苟延殘喘到現在，能不說政治正確的話嗎？可恨之人也有可憐之處。

 

乙. 問題二

 

J-20的隱身性能真的不如F-22嗎？

回答：J-20與F-22孰優孰劣眾說紛紜，每人一把號，各吹各的調。這是一個非常有趣的好現象--熱鬧。如果大家都一個說法就沒意思了。

 

Ａ. 主流說法

 

很多名人、專家和不知名的網友都說J-20的隱身性能不如F-22，這是主流看法。

 

這些人中有一位台灣知名的軍事家宋兆文，他的理由非常有趣，他說一分錢一分貨，J-20的造價是F-22的四分之一，所以J-20的性能比F-22差遠了。

 

宋兆文的說法過分輕佻，有失軍事專家的身份。其實價格與品質並沒有必然的關係， YST舉個例子來証明。

 

包括美國在內的軍事專家都把J-10的性能定位在F-16CD的Block 52。F-16的製造都是一批一批的，每一批都稍有改進，Block 52是第52批，也是目前最新生產的一批。

YST 個人認為J-10的性能要比F-16CD好，尤其是機動性比F-16CD高出一大截。

F-16CD Block 52 的單價在六千萬至七千萬美元之間；J-10的單價不到四千萬美元。

 

J-10真是價廉又物美，物超所值。

F-16CD則是評價過高和售價過高。

F-16CD評價過高是美國卓越的宣傳廣告形成的，外國並不服氣，尤其是歐洲。

美國工業發展最大的困難和障礙不是國外的競爭而是國內的工會，如果你瞭解美國工會在軍事工業的霸道和囂張行為就知道美國軍火為什麼這麼貴了。

 

F-16CD性能不如J-10但是售價幾乎是J-10的兩倍，「一分錢一分貨」的說法根本站不住腳。

同樣地，用J-20價錢遠比F-22低判斷J-20性能比F-22差遠了是非常輕佻的說法。

 

Ｂ. 少數人唱反調

 

但是也有名人持與主流相反論調的。中國大陸著名的軍事專家宋曉軍就認為J-20比F-22先進。

 

神話是慢慢破滅的。美國軍事科技的神話不再震懾大陸人心，至少一些大陸的軍事專家已經對F-22提出挑戰。

 

Ｃ. YST 個人的看法

 

對這個問題，YST 個人誠實的回答是不知道，同時也認為沒有人知道，連美國軍事專家也不知道，大家都是在猜。

 

不過雖然是不知道，但是我們還是可以做一些知識性的比較、由此看出一些端倪來增加我們猜的信心。

 

在「漫談隱形戰機（VII）」，我們談到設計隱形戰機的一般規則和隱形戰機的幾個重要部位。YST 個人認為大陸在計算機輔助設計（Computer Aid Design）和超級電腦的應用上是不在美國之下的，尤其是後者，中國數學家設計的平行計算要比美國先進不止一點。大家都是用超級電腦的計算來導出最佳RCS的曲率，美國並沒有優勢，20年前的美國更沒有優勢，所以J-20的外型設計應該和F-22在同一水平。

 

至於重要部位的一一比較，YST唯一沒有把握的是J-20的座艙蓋有沒有鍍金，這是絕對有巨大差異的。如果J-20的座艙蓋也鍍了金，那麼J-20的隱身性能應該和F-22在伯仲之間。

 

決定隱身性能的還有一個因素，那就是雷達吸波材料（RAM）。這方面YST不能評論，因為RAM是高度機密的，各國都有自己的竅門，大陸在納米材料的研究上很先進，追蹤先進國家的發展不遺餘力，RAM的成果沒有人能下定論。不過有一點值得注意，中共透過F-117A的殘骸取得F-117A的吸波材料，而且聽說F-22所用的RAM與F-117A是一樣的。如果這是真的話，F-22在隱身塗料上也不具有優勢。

 

網路上有一個非常流行的說法，那就是J-20的隱形不如F-22因為J-20的鴨翼（canard，也就是前翼）增加了雷達截面，甚至號稱美國航空界還有一個說法是「鴨翼最好的地方就是安置在敵人的戰鬥機上」。這種沒頭沒腦的流傳非常令YST困惑，連「漢和」的總編平可夫都這麼說，台灣的立委林郁方更是拿洋大人的這句話如獲至寶到處瞎嚷嚷來貶低J-20。

 

我們不禁要問：「鴨翼」真的破壞了J-20的隱身嗎？

YST 的回答是：沒有。想想看，「鴨翼」是一個平面體，是最好的隱形體，第一代的隱形戰機就是這麼設計的，怎麼到了J-20身上就成了隱身破壞者了？

 

最 簡單的物理學和幾何學告訴我們所有照射到平面的雷達波都反射到另外一個方向，除非「鴨翼」正好和雷達波垂直，而且即使發生這種情形回波也就是一閃而過。更 何況「鴨翼」可以用透波材料來製造，如果「鴨翼」的轉軸部分用了金屬，那也不成問題，因為體積這麼小可以做成多面體降低反射面再塗上吸波材料，RCS的增加小到沒有影響。

 

事實上，大陸已經公佈 J-10的「鴨翼」和「腹翼」都是用複合材料製成的，這是透波材料，對RCS不造成任何影響，見下圖。

 

 

圖23：J-10的「鴨翼」、「尾翼」、「襟翼」和「腹翼」是用複合材料製成的。

 

「鴨翼」的功用在改變空氣對機身所產生的作用力，這跟機翼上的襟翼的作用是完全一樣的。如果「鴨翼」破壞隱形，那麼襟翼也破壞隱形不能用，飛機沒有襟翼還能飛嗎？

 

「鴨翼」破壞隱形的說法屬於無稽之談，眾人以訛傳訛，尤其用來貶低中國就更賣力宣傳了，於是「鴨翼」好事變壞事。

 

「鴨翼」在飛行上的好處是提供非常有效的上升力。空氣動力學的原理告訴我們飛機在飛行時升力中心會後移造成機頭下垂，普通飛機為了抵消這股下垂的力道就改變尾翼的角度也產生向下的力道來平衡機身，這跟蹺蹺板的原理是一樣的。讓我們回顧第六篇中一張F-22的圖片：

 

 

圖12：飛行中的F-22

 

從上面這張照片我們清楚看到F-22左右各有一片襟翼向上翹，這就產生一股向下的壓力使機頭抬起來，不過這樣機身雖然平衡了但是免不了損失了一部分上升力。

 

但是如果飛機有了「鴨翼」，這個「鴨翼」就位於駕駛艙的下後方，稍微調節「鴨翼」的角度就可以產生更多的升力來抬高機頭而不是用下墜力來壓機尾。所以「鴨翼」比尾翼或襟翼對飛行更有效、更有好處，用飛機設計師的行話說就是裝有「鴨翼」的飛機上升係數更高。

 

「鴨翼」在機動上的另一個好處是利用左右「鴨翼」的差動可以快速改變機頭的方向，這對近距離格鬥（「狗鬥」）非常有幫助。

 

其三，根據J-10首席試飛員雷強的評語 J-10做「眼鏡蛇動作」比Su-27更輕鬆，「鴨翼」在有效控制飛機姿態上肯定有很多好處。

 

讓我們回到隱形問題。

 

沒有人同時看過F-22和J-20的「雷達閃爍圖」，大家都只能猜。

在假設J-20的駕駛艙也鍍金的情況下，YST猜J-20與F-22的隱身性能在伯仲之間。

如果讀者堅持要有一個數字說明，那麼YST猜無論是誰領先它們的差別不會超過3dB。我們老中謙虛為懷，所以YST就假設F-22的RCS比J-20低3dB，不過頂多也就是3dB。這是YST的 educated guess，純屬好玩，不負任何責任。

 

 

（未完待續）

 

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