X-2技术验证机

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同义词 心神战斗机一般指X-2技术验证机
X-2技术验证机(绰号:心神,意为“上帝之心”)是日本防卫装备厅委托三菱重工名航小牧南工厂研发的日本第四代战机技术验证机,是日本先进战斗机技术验证项目,为日本自研第五代战斗机做技术铺垫。[1] 
X-2原名ATD-X,意为先进技术验证机项目X,全称Advanced Technological Demonstrator-X Project,其设计目标是要打造一款操控性能更佳、具有空中优势的隐形战机。该机作为实验机,研制成功后可能并不会大量装备部队,而是在其基础上扩大发展第五代战斗机,编号可能是“F-3战斗机"。同时日本防卫省将用该战机研究先进技术与系统集成,之后计划生产一款集“i3”(信息化、智能化与迅捷度)概念和反隐形能力于一体的“第六代”战机。
中文名称
X-2技术验证机
英文名称
Advanced Technological Demonstrator-X Project
前型/级
F-2
研制时间
2000年
定型时间
尚未定型
国    家
日本
研制单位
日本防卫省技术研究本部
项目主承包商
三菱重工业公司

X-2技术验证机发展沿革

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X-2技术验证机早期发展

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从明治维新时代开始,日本就立志要成为世界一流的工业强国。在第二次世界大战中,日本的“零”式战斗机以其出色的速度和机动性,曾在一时间横扫太平洋无敌手,打得美英等强国一筹莫展。战后日本重建,复兴航空工业是一个重要内容。由于种种原因,日本的航空工业成为强大的现代日本工业体系中一个引人注目的缺门,但这不等于日本就此放弃了努力。[2] 

X-2技术验证机战后复兴

战后日本航空工业从引进制造 F-86 重新开始 战后日本航空工业从引进制造 F-86 重新开始
战后第一代日本战斗机 F-1 是在 20 世纪 60 年代从 T-2 超音速教练机发展而来的,在外观上结合英法合作的“美洲豹”攻击机和美国的F-4鬼怪”式战斗机的一些特点,在气动设计上中规中矩,没有太大的突出。F-1 和 T-2 在外观上最大的区别在于后座被金属蒙皮所覆盖,所以外观上有点驼背的样子,腾出的空间用于装载电子设备和额外的燃油。
由于出生于教练机带来的天然局限,日本从一开始就是把 F-1 作为具有一定空战能力的攻击机来设计的。F-1 作为对地对海攻击机不错,可以挂载各种美制和日制的常规和精确制导弹药,但作为制空战斗机有点勉强。好在日本航空自卫队有F-104和 F-4 战斗机撑大梁,F-1 的平平的空战性能不是一个问题。
FS-X FS-X
20 世纪 80 年代时,日本经济如日中天,政治和军事野心也开始膨胀,F-1 要考虑后继问题了。日本航空自卫队向各国发出招标,代号为 FS-X。美国的F-16F-18和欧洲的“狂风”参加竞标。出人意料的是,日本宣布,所有外国竟标者都不符合要求,只有日本自行研制才能符合要求。
日本的 FS-X 方案显然是为很强的空战能力而设计的。不同阶段的模型和想象图有所不同,但大体上,单座、双发、双垂尾的 FS-X 没有采用在美国流行的正常布局,而是采用在欧洲流行的鸭式加无尾三角翼的布局,但在细节上综合了 F-15、F-16 和 F-18 的一些特点。这种博采众长一方面体现了日本工业界兼收并蓄的特点,另一方面也体现了日本在战斗机设计上缺乏独创精神和技术积累的事实。[2] 
日本希望通过借 FS-X 的研制来凝聚和形成独立的航空工业,但日本的梦想在美国的强大压力下破灭了。FS-X 的竟标刚结束,美国和欧洲就表示强烈抗议,认为日本人为操纵竞标规则,有意使所有竞标的外国战斗机都落选,而只有日本自己的 FS-X 可以入选。20 世纪 90 年代初正好是美日、欧日贸易严重不平衡的时候。在政治上,苏联在苏东波的冲击下轰然瓦解,美国挟第一次伊拉克战争辉煌胜利的余威,正在“拔剑四顾两茫茫”,具有世界第二大经济的日本意外地发现自己成为美国的“头号潜在敌人”,“敲打日本”成为美国朝野的热门话题。今天已经难以想象,但以《追踪红十月》出名的畅销书作家汤姆克兰西还在 20 世纪 90 年代写过一部小说,描绘假想的美日战争。
在这样的国际政治经济环境下,日本拒绝采用美国战斗机就成为一个政治问题。所谓美国担心日本在国际市场上和美国战斗机竞争实在是一个借口,日本宪法规定日本是不得出口军火的。在美国的强大压力下,日本被迫放弃自己的 FS-X,而以美国现有战斗机为基础开始设计。
据说日本最初是看中 F-18 的。这不奇怪,双发的 F-18 是舰载战斗机,天然适合海洋环境。舰载战斗机强调独立作战,单机的空空、空地能力比较强大、均衡。F-18 的推出晚于 F-16,发展潜力也更大,缺点是成本较高。美国出口战斗机中,虽然 F-16 占数量上的绝对优势,但有钱的盟国选择 F-18 的较多,包括加拿大、澳大利亚、瑞士、西班牙、芬兰、科威特等。但是出于种种原因,日本最后选择 F-16 作为 FS-X 的基础,这就是F-2战斗机的开始。[2] 
F-2 F-2
放弃自主的 FS-X 的结果就是放弃了自主的航空工业,日本还是没有在实践中把整个战斗机研制过程走一遍。进入 21 世纪,日本航空自卫队的 F-15 已经老旧,再次面临战斗机更新的问题。然而,出于种种原因,美国拒绝向日本出售 F-22 战斗机,F-35 的性能达不到日本的期望,于是,日本再次试图自行研制新一代战斗机,这就是昙花一现的 ATD-X 概念机的背景。
战后 60 年来,日本航空自卫队没有任何实战经验,也没有长期组织大规模对抗性实战演习的经验,日本航空工业也没有日积月累的独立设计和制造经验,先进的设计理念就成了无本之木、无源之水。隐身、超音速巡航和超机动被认为是第四代战斗机的特征,但落实到具体技术要求,这不是拍拍脑袋或者照着公开资料照猫画虎就可以正确定位的,更不是像 ATD-X 这样以项目带动科研就可以回答的。
ATD-X 的设计不可避免地需要大量的风洞数据,日本没有系统的风洞群,战斗机设计需要到别的国家去吹风,如美国和法国。美国和法国都是盟国,日本去做一般的研究性吹风没有问题,但涉及国家机密的具体设计也依靠外国的风洞就成问题了。首先,日本不会希望外国太清楚日本最新战斗机的能力和关键设计技术;其次,外国也不希望共用风洞导致本国机密技术的“交叉污染”和不受控制的技术转移,所以使用外国风洞必定对双方有很多限制,这还不算外国自己也有自己的研究项目需要吹风,到时候谁等谁不是一个很难猜想的问题。
另外一个大问题是发动机。日本正在研制 XF7 发动机,这是一台 50 千牛级的高涵道比(涵道比为 8)涡扇发动机,是为 P-X 反潜机和 C-X 运输机用的,不过这不排除其核心发动机和 ATD-X 共用的可能。但是 50 千牛级的发动机作为高性能战斗机的发动机太小了,假定能升级到 100 千牛级,那飞机的起飞重量依然受到极大的限制,将不超过米格-29的水平,如果要求超音速巡航,起飞重量还要进一步受到限制,将不能超过 F-16 的水平。F-16 的起飞重量不算差,但隐身战斗机要求采用机内武器舱,大大增加飞机的体积和重量,所以 F-22 比 F-15 大上一号。F-35 采用机内和外挂混合的武器装载方式,隐身效果下降,但起飞重量也和苏-27 差不多了。中型战斗机上采用双发将进一步限制可以装载武器和燃油的机内有效容积,米格-29 就是吃了这个苦头,以至于非常优秀的机动性被短得令人难为情的航程拖了后腿。ATD-X 如果解决不了发动机的问题,将逃脱不了同样的命运。
日本当然可以用引进的发动机,但现有的美国 F404/414、法国的 M88、英国的 EJ200 都达不到超音速巡航需要的 10:1 的推重比,美国 F119 又太大了。[2] 

X-2技术验证机偃旗息鼓

日本的雄心很大,推出 ATD-X 的动作也做得很大,但日本是在项庄舞剑,意在沛公。如果日本真的想通过 ATD-X 来带动航空工业,应该大力兴建航空基础研究设施,建立风洞群、高空试验台、电磁波测试室等,就像中国在过去几十年里一样。但是日本对这些基础设施的建设按兵不动,反而早早公开这些应该是保密也来不及的研究,只能是在钓鱼,而不是真心振兴航空工业。在 FS-X 时代,美国愿意出售 F-16 和 F-18,但日本想自己干,被美国的一桶冷水浇灭了火花。这一次,情况颠倒了过来,日本想买 F-22,但美国不卖,于是日本假惺惺地自己研制 ATD-X,希望像台湾的 IDF 一样,诱使美国最后准许向日本出售F-22,而不仅仅是 F-35。但当购买 F-22 的希望最后破灭之后,日本只得无奈地决定购买F-35
F-35 F-35
问题是 F-35(不管日本最终选用 A、B 还是 C 型)作为战斗轰炸机或许很出色,但作为制空战斗机则至少在飞行性能上很难压倒亚太已经大面积装备的苏-27、F-15 等第三代重型战斗机。作为防空战斗机,隐身不是特别重要。如果电子系统和导弹就能解决问题,那对 F-2 和 F-15J 升级是更简便的途径。日本的 F-35 能为日本买来心理安全感吗?从日本几番希望购买 F-22 不得而磨叽到最后才无奈地改为 F-35 就不难猜到了。
自从 1955 年三菱重工组装 F-86 以来,日本航空自卫队一直使用日本组装或者自制的战斗机。F-35 计划从一开始就否定了外国组装的可能性,日本采购的 F-35 将是全进口,这意味着日本的战斗机工业就此中断。从“零”式战斗机走向辉煌的日本战斗机工业或许就此向零回归。[2] 

X-2技术验证机死灰复燃

ATD-X项目始于2000年。在引进美国F-22战斗机无望后,日本决定自行研制第五代战斗机。ATD-X试验机高机动性的研究工作由日本防卫厅技术研究本部第三技术开发室完成,按计划将于2008年末结束;而隐身性方面的研究则由主要合同单位三菱重工承担。[3-4] 
2005年11月,在东京的一个研究会上,人们首次看到了1:32的ATD-X模型。第二年春天,一个1: 5的
早期1:5模型 早期1:5模型
ATD-X模型初次进行了飞行试验。[5] 
尽管欧美对下一代战机的标准已有定义,即具备4S性能((隐形、超音速、超机动性和综合化航电),日本人还是为ATD-X别出心裁地提出了一个3F功能。据日本《朝日新闻》报道,所谓3F就是“首先发现”、“首先攻击”和“首先摧毁”。[5] 
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”。 2007年9月至11月,该模型机进行了40次飞行试验,以确认高机动性条件下的飞控系统性能。试验结束后,防卫省要求将此前分散进行的各项先进技术研究统一在验证机项目下,于2010年开始实机研制,最早于2011年实现首飞。此外,发动机和操纵系统的研制预计于2009年开始。[6] 
设计图 设计图
2007年8月,日方一家媒体独家公开了拥有机体、发动机、推力偏向装置的ATD-X缩比模型。这个机体总共制造了4架,该媒体的记者亲眼目睹了试验的过程。试验在北海道大树町多目的航空公园进行,几个月内共试验了40多次,其中包含了远距离遥控、自律飞行等多项研究。[5] 
2007年8月10日,日本防卫厅提出从2008年开始后5年左右达到首飞的计划书,并向国会要求157亿日元的开发预算。同年12月5日开发计划通过,开发时间从2008年开始,包含飞行试验预订6年,6年预算总额466亿日圆,并预计在2011年首次飞行。到2011年,又完成了“智能蒙皮机体构造的研制”。预计到2015年,防卫省总共花在ATD-X项目上的研究费用将达394亿日元(约合人民币24亿元)。[5] 
2012年3月27日,日本三菱重工开始在爱知县飞岛工厂组装ATD-X全尺寸试验机。[7-8]  日本三菱重工业公司负责机体的制造和整架战斗机的组装,富士重工业公司负责机翼的生产,川崎重工业公司负责驾驶舱的制造。[8] 
2014年4月15日,日本防卫大臣小野寺五典重申,该国计划2014年实现“先进技术验证机-X”(ATD-X)的首飞。这是一款将取代日本航空自卫队三菱F-2战斗机的未来战机的样机。日本官员们表示,鉴于中俄两国将分别部署成都飞机工业有限责任公司生产的歼-20战机和苏霍伊飞机军事工业集团生产的T-50五代机,日本研发一款高速隐形战机对该国的防空能力至关重要。[9] 
2014年7月,日本媒体罕见公开了ATD-X的最新进展。从公布的画面中看,一架编号001的新型战斗机正在驶
日媒公布画面
日媒公布画面 (5张)
出厂房,该机采用具备隐身特征的外形设计,刷涂了与日本国旗一样颜色的红白涂装。不过,画面中该新型战机的某些“关键部位”被打上了马赛克(模糊处理),或许是出于防止泄密的需要。[10] 
2014年8月,日媒宣称ATD-X试飞推至2015年,三菱重工基本确定2015年1月试飞日本自主研发的首款隐身战斗机。[11] 
除了ATD-X项目,日本还在忙着定义所谓的第六代战机。2012年3月,日本《军事研究》杂志文章称,日本已推出了以“i3”即“信息化、智能化、快速反应”为代表的第六代战机概念。其实,日本当初为ATD-X立项时,也是瞄上了第六代战机的,只是在研发过程中才一点点回到了“现实”。[12]  [10] 

X-2技术验证机装备计划

X-2技术验证机技术特点

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ATD-X全长14米,翼展9米,起飞重量8吨,小于同是单发飞机的F-35。机体形状为了降低雷达反射截面积而使用了不平整的表面以及带有圆角的设计。[3]  [13] 

X-2技术验证机隐形性

日本防卫省技术研究本部宣称,作为一款超音速飞机,ATD-X将同时具备隐形和高机动性。通常情况下,战机的隐形性和机动性对战机外形的设计要求是截然相反的。ATD-X的研发正是为了解决这一矛盾:能够既像苏-35等战机那样进行高机动性飞行,又具备F-22战机的隐形性。[12]  其隐身性能测试结果为在雷达画面上约在中型鸟类以下,飞虫以上。[7] 

X-2技术验证机电子系统

日本防卫省官员透露,为了实现高机动性控制,ATD-X的飞行控制系统采用了光纤式线传飞控,即用光导纤
网络曝光的1:1模型机 网络曝光的1:1模型机
维、电子线路等与机上电脑连接,对飞行进行控制,此技术在川崎重工的P-X反潜机上也有使用。在航电系统方面,最大亮点是采用了整合高性能主动相控阵雷达、电子战系统以及多功能射频传感器,且利用了智能蒙皮技术——在机身上附着“瓦片式相控阵雷达天线”,极大提高了雷达的探测范围和探测距离。[12] 

X-2技术验证机发动机

虽然日本车用发动机研制能力很强,但在航空发动机领域的水平却没有想象的高。据专家分析,日本具有较强的航空发动机的加工能力,但设计经验欠缺。正因为此,日本加大了对发动机的研发力度。据日本媒体报道,ATD-X装备的两台日本国产XF5-1涡轮风扇发动机,总推力能够达到10吨。ATD-X起飞重量预定约为8吨。[12] 

X-2技术验证机性能数据

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尚未公开。以下是国内外专业人士的分析[15] 

X-2技术验证机型号必将放大

对于日本的战斗机研发来说,它的作战环境和假想目标是都非常明确,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。这种背景要求日本新一代战斗机在执行对地攻击任务时具备至少要达到800公里以上的作战半径。
心神样机采用双座设计 心神样机采用双座设计
从心神来看,日本新一代战斗机采用了常规布局设计。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。即使是考虑日本领先我国的材料工艺优势,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,飞行员一人就足以驾驶飞机执行复杂的作战任务,这也是美国、中国、俄罗斯现有四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,心神样机试飞完成以后,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战斗机的未来水平,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以后,投入批量生产,作为新一代高级教练机使用[15] 

X-2技术验证机气动布局合理

放大后潜力不容小视。
心神和现役隐身战斗机间的大小对比 心神和现役隐身战斗机间的大小对比
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F-16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。
心神飞机在气动布局的总体设计上比较像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的分担给机身。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,F-22的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,而且外形的紧凑在侧向隐身和整体阻力减低上也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。
心神的梯形机翼 心神的梯形机翼
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,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对飞机的涡流升力进行主动控制,这才能有效削弱飞机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。
新图片已确认并非采用DSI进气道 新图片已确认并非采用DSI进气道
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。以前心神全尺寸模型上采用的是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。不过在进气道下沿与机身相接的部分上,存在着一个奇怪的转折,这看上去又更像是带有传统附面层隔道的进气道设计的特征。
DSI进气道从1980年代开始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-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。
在气动布局的其它方面,心神做的较好;整体流线相当的简洁、流畅自然。不仅在机身各平面的过渡上找不到处理不良的地方,不像歼-31的尾撑在机翼下方形成带有强反射特征的直角棱边凸起;而且在后机身的面积分布和收缩过渡上处理的也不错,不像歼-31不仅后机身面积过大,还需要设置尾椎来减弱尾喷管之间的干扰阻力。
从整体上来评价的话,心神现阶段的气动布局设计是比较合理的;虽无惊才绝艳的亮点,却胜在没有什么错误。如果心神在放大以后还能保持这种水平的话,它将具备较大的性能潜力;只要设计方优化到位,在RCS、阻力、升力性能上都能做出不错的表现。

X-2技术验证机飞控系统先进

从日本公布的采访视频来看,心神的项目论证过程中始终将超机动能力放在一个很重要的位置,这无疑会对其飞行控制系统提出很高的要求。
对于飞行控制系统的动力部分来说,飞机的大部分活动部件,比如水平尾翼、襟副翼、方向舵这些都需要液压系统来进行驱动;液压系统的功率越大,舵面偏转的速度也就越快,飞机反应便越敏捷,越适合超机动飞行。比如F-22的液压系统总功率达到560KW,是F-15的两倍;而根据我国2008-2009年航空科学技术学科发展报告中公开的研究进展和性能指标进行推测,歼-20的液压系统总功率应该在600千瓦左右。
在功率指标越来越高的情况下,为了减小液压系统的体积和重量,对于第四代战斗机来说,液压系统的工作压力从每平方厘米210公斤提升到280公斤已经是通行的设计标准。F-22、歼-20、T-50的液压系统都是采用这个标准作为恒定工作压力。日本作为传统的液压强国,泵、阀、密封件等关键环节上一向技术先进,要做到这点不存在任何难度。
高机动下的气动分析计算至今是人类难题 高机动下的气动分析计算至今是人类难题
实际上因为设计时间的差异,四代机的技术并不一定就全面比所有的三代机先进。比如F-18E/F液压系统采用的就是每平方厘米210~350公斤的可变压力工作体制,一般飞行情况下使用低压,而进行高机动飞行时自动转换到最大压力。心神将来的液压系统是和四代机一样采用28兆帕恒压工作体制,还是采用35兆帕的智能变压工作体制,还要等将来日方披露信息后才能知晓。
而对于负责信号传输处理的电传部分来说,心神很有可能采用3-4余度数字电传系统,无模拟电传备份。这基于两个原因:首先是现代数字电传系统的可靠性已经非常高,保留额外的备份系统没有必要。其次采用先进气动设计的现代战斗机本身控制律就较为复杂,而且研制过程中反复修改调参更是无法避免的现象;要在软、硬件修改无法分离的模拟电路中完成这些工作,技术难度非常高,无谓花费的人力、时间、财力代价都太大。
心神样机从一开始就具备矢量推力系统,日本官方宣传视频中也刻意强调了超机动飞行能力;通过这两点分析,心神的电传功能肯定会包括建立在飞行控制系统、发动机控制系统交联基础上的过失速区域控制能力。考虑到中国在2015年前仍受限于发动机问题,歼-20尚未使用矢量推力发动机,日本甚至有可能在一些关键技术上比我国更早开始试飞探索。
在F-22和JAS-39的时代,由于设计手段和飞机设计人员的思维习惯、技能传统所限,飞机控制律编写都是在传统的单回路设计方法上展开的;设计难度大,而且效果越来越不能满足先进气动设计飞机进行复杂机动飞行的需要。日本在数学和自动控制理论领域一向有非常高的水平,心神在控制律设计中应用新的多变量控制理论,对飞控进行系统化的多变量、多回路综合处理将会是必然选择。
但是电传飞控的特殊之处在于,控制律软件其实本质上就是设计单位将飞机气动设计以数学形式展现出来,即所谓的飞控气动一体。但是现阶段人类气动水平仍然非常有限,对于过于复杂的流场(比如过失速下机翼气流分离后的状态)无法进行模拟计算,这一方面只能依靠风洞试验和实际试飞经验的反复经验积累来指导气动、飞控的设计修改。
因此就算在先进设计方法、工具上日本并不欠缺,甚至在具体性能比歼-20等新型先进战斗机所应用的还要好一些;最终控制律的设计水平高低,依然极大的取决于研制单位的经验积累程度。在这一方面,日本的三菱公司要远远落后于我国的611研究所。
总的来说,X-2飞行控制系统的硬件系统和指导理论、设计工具都将会是相当先进完善的;但具体的性能,仍然要以实际试飞为准。而且对于日本来说,要将心神的飞行控制发展到他们预期的完善程度,这将是一个非常漫长而艰巨的任务。

X-2技术验证机设计制造优势

日本在现代战斗机结构制造上,一直拥有着非常高的水平。比如在重型三代机的生产能力突破上,日本生产F-15J/DJ就要远远早于我国的歼11系列;在这个过程中,日本掌握了非常强的钛合金加工能力。
作为冷战时期,美军在越战遭受巨大损失后不惜血本搞出来的主力制空机型,F-15在结构设计上很少考虑成本问题。F-15机体材料中,钛合金比例达到26.5%,而且这些关键的承力部件往往制造难度非常大。
F-15结构不惜工本,制造难度非常高 F-15结构不惜工本,制造难度非常高
比如F-15机身承力隔框就是用6AL-4V钛合金在3万5千吨锻压机上锻造的,宽度达到3.05米。在其中心腹板的厚度只有1.5毫米的情况下,腹板两侧筋条厚度1.3~2毫米,高度却达到64毫米。腹板两面的凹槽共计42个。然而形状如此复杂的承力构件,精加工余量却只有2.3毫米,加工难度之大远非苏-27可比。
然而F-15J/DJ毕竟只是美国授权给日本生产的产品,对于提升日本的自主设计能力帮助不大,这种局面在F-2战斗机研制时得到了改观。在二战以后,日本航空并未像德国一样一蹶不振,而是迅速复苏并自行研制了多款战术飞机。有了这些设计经验作为基础,日本在F-2研制过程中很快就吃透了F-16的相关设计规范,不仅掌握了传统金属材料结构的损伤容限设计等三代机结构技术,而且他们还利用自身全球领先的化纤水平优势,为F-2更换了复合材料机翼。
F-2的复合材料机翼 F-2的复合材料机翼
虽然此后日本一直没有开发过新的战术飞机,但是在飞机复合材料结构设计制造上,日本积累经验、探索先进设计理论的脚步却从未停止过。日本拥有世界上最顶级的高性能纤维和基体材料提供商,他们在与各大航空企业合作的过程中既是原料提供者,又是复合材料结构的代工制造者,也是相关设计研发的参与者,同时更是复合材料结构出现失效后的反馈信息接受者。在飞机的复合材料结构设计制造领域,日本有着极强的技术能力。
这些能力现阶段并未直观的体现在心神验证机上,根据日本公布的视频来看,这架验证机为了降低成本,几乎没有使用复合材料结构,绝大部分结构都是铝合金材料。但可以肯定的是,如果心神能继续发展去下,它在结构设计制造方面不会遇见大的难题。
X-2验证机为了降低成本,几乎没有使用复合材料结构,绝大部分结构都是铝合金材料。

X-2技术验证机动力系统存疑

X-2在发动机上最为引人瞩目的外形特征,就是它采用折流板结构的矢量推力控制系统。这种系统由于结构简单可靠,易于实现,以往也常用在验证机上,比如著名的X-31验证机。但对于装备型号来说,折流板对于发动机的推力损失太大,自身形成的超声速干扰阻力又太高,极不适合于超声速飞行,因此从未实用过。
XF5-1发动机的偏流板结构 XF5-1发动机的偏流板结构
基于正常的技术规律来说,笔者可以肯定在未来的完全体心神上,其矢量推力结构必然要更换为类似苏30MKI的轴对称偏转喷管,或者类似F-22的二元喷管设计。然而问题的关键也在这里,心神在发动机上究竟有多大的选择余地?
心神现阶段使用的发动机是重量644公斤的小型涡扇发动机。根据日本公布的结构示意图,以及日本发动机引进历史来看,它的基本设计应该是源于英法联合研制的阿杜尔发动机。通过改善结构,比如增加风扇和压气机的级数;使用先进的材料减重,并达到极高的1900K涡轮前温度,心神的发动机推力从不到3.5吨增加到了5吨。可以肯定的是,这台小发动机受基本结构和尺寸所限,不可能再有大幅度的推力增加。
日本公布的发动机结构示意图 日本公布的发动机结构示意图
F110发动机 F110发动机
然而5 x 2的10吨推力绝不可能承担起一款真正四代机的动力要求。对于心神的未来发展来说,看起来有一定可行性的唯一途径,是换成两条在F-2战斗机所采用的通用电气F110-GE-129发动机基础上进行仿制改进的新型发动机,增加矢量推力结构。这款发动机日本不仅使用维护经验丰富,而且本身就具有一定的生产组装能力。
如果这一假设成真,在具体的矢量推力结构选择上,虽不能确定日本人的观点如何,但至少他们制造具备实用水平的两元喷管应该不成问题。根据俄罗斯中央空气动力流体研究院撰写的《超声速飞机空气动力学和飞行力学》所述,苏联早年在矢量推力的选择上更倾向于两元喷管,因为喷管和后机身一体化设计带来的高速减阻效果十分优越。但是在关键的耐热陶瓷材料上苏联始终无法突破,体积太大、重量超重数百公斤以至于毫无使用价值。
XF5-1样机 XF5-1样机
然而当心神达到这种高度时,必然会对美国F-35形成非常严重的冲击。即使日本不对外销售心神,仅仅是F-35对日销量的萎缩,也会对美国造成严重的经济损失和干预能力下降。
已有的事实证明,美国在这方面是非常敏感的,比如挪威在F-35与JAS-39改进型号中犹豫的过程中,美国就通过停止向瑞典提供相关雷达部件的措施来破坏瑞典和挪威的交易。也难怪很多人认为,心神在很大程度上是一款政治型号,只是向外宣示日本军事发展决心和实力,而且又能在美日军贸中为自己添加重量的一个砝码。

X-2技术验证机服役时间

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尚未服役。
X-2试验机的研发被称为“先进技术验证机”项目。“先进技术验证机”是为了验证一些高端的先进技术,而在性能上有所取舍,在设计上尽量简化的飞行器。因为飞机设计是一项高度复杂的系统工程,如果采用新技术太多,很难确保研制能顺利完成。即便是实力雄厚的美国,也会大量研制验证机,例如其X系列验证机。大多数这类验证机虽然研制成功,甚至进行了测试、收集了数据,但并未全部装备部队。[14] 
以心神为基础的未来日本隐身战斗机 以心神为基础的未来日本隐身战斗机
从这个角度来看,X-2可能不会原封不动地装备部队,而是在其基础上扩大发展第五代战斗机。从目前来看,日本公开了更为先进的F-3战斗机的设计草图。从外观上看,它和X-2有很大的不同,被视为日本版的YF-23战机,且其在隐形性能和机动性能方面可能大幅度超过X-2。[5] 

X-2技术验证机总体评价

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X-2的研发被国际社会认为是针对中国的,尤其是在中国的歼-20歼-31隐形战机首飞之后。[14] 
近几十年间,日本航空自卫队的装备一直比中国的好。特别是在上世纪80年代,日本就开始装备F-15战斗机和响尾蛇-9L空空导弹,进一步拉大了与中国空中力量的差距。但自本世纪初起,中国空军开始大量装备第四代战机,这些飞机使用了较为先进的航电设备,中日双方空中力量对比逐步出现了一些变化。在2013年的ATD-X组装仪式上,三菱重工发言人表示,该机将在今后10年逐步取代其生产的F-2和F-15战斗机,作为从美国订购的F-35战斗机的补充。[14] 
除了谋求在装备性能上逐渐摆脱劣势外,日本研制第五代战机的另一个因素是提防美国。按照传统,日本原本可以向美国求购类似性能的战斗机。从F-4F-15,日本主力战机均是美国人设计的, 日本也确认了购买F-35的计划。但日本显然并不想“在一棵树上吊死”。一旦美国试图拿F-35要挟日本,日本也可用ATD-X作为反制手段。[17] 
当心神从验证样机发展成完全体的中型甚至重型四代机时,它的性能将会超达到怎样的程度?美国会支持日本发展到哪一步,最后能否容忍完全体的心神战斗机出现,冲击F-35的对日销售?心神飞机目前披露出来的信息仍然太少,我们只能在保持警惕的同时,静观后续发展[15] 
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