檢舉內容

美中第5代隱形戰機製造的爭霸錄─美中經濟（28）

作者：陳華夫

自從2020年3月的拙文世界霸主波音公司由盛而衰的啟示錄─美中經濟（2）發表後，波音公司與法國的「空中巴士」（Airbus）世界前兩大商用飛機製造商共累積了數百架已生產但尚未交付的飛機：波音庫存中包括462架商用飛機，其中423架是因為墜機事件而遭停飛的737 Max與39架其它型號飛機，「空中巴士」則是累積166架庫存。這顯示了，新冠疫情不僅重創全球航空旅遊業，也沒放過全球飛機製造商。

同樣的，「中國商飛」的C919也遭重重困難，這款以「空中巴士」A320neo和波音323MAX為競爭對手的中短程窄體單通道客機自從2017年5月試飛後，共生產了6架試飛機，媒體2021/3/5日報導，大陸東方航空和中國商用飛機公司簽署C919大型客機購買合約，這是C919全球第一個正式購機合約。東航計畫首批引進5架，期待商飛公司能在今年內交付第一架C919。（見C919全球首張購機合約 東方航空引進5架）
但美國「戰略與國際問題研究中心」的甘思德說：「人們在談論中國公司面臨的挑戰時，會說到華為等公司因為依賴重要的半導體而面臨的挑戰。而在航空領域，中國在飛機部件和組裝上（對西方）的依賴（比華為對西方的依賴）更強。」
C919使用的LEAP-1C發動機由美國「通用電氣」和法國「賽峰公司」合資的CFM國際公司研發生產。 CFM在2015年7月向「中國商飛」交付了第一架LEAP-1C發動機。
據新華財經2021/1/25日報導，正在舉行的上海市“兩會”傳出消息，2021年，上海將推動國產大飛機C919取得適航證並交付首架。
C919大型客機是中國按照國際民航規章自行研製、具有自主智慧財產權的大型噴氣式民用飛機，座級158-168座，航程4075-5555公里。C919與當前世界最主流的機型波音737和空客A320級別相當。已經累計取得28家客戶815架訂單，其中中國東方航空為全球首家用戶。與C919配套的中國航發「長江」CJ-1000A研製取得最新進展，鈦鋁合金低壓渦輪葉片已經通過疲勞考核，正準備裝機考核，一旦LEAP-1C；發動機被封鎖，則能遞補上陣。而為中俄大客機CR929配備的長江CJ-2000渦扇也正在攻關中，推力將從長江CJ-1000的13噸增加到35噸。（見國產大飛機C919今年將交付第一架、大陸國產客機C919新突破 新發動機推力增2倍、及1月31日，C919傳來天大喜訊！今年交付第一架，美國不給適航證我們自己發！徹底打破美歐壟斷）

中國商用及軍用飛機的「渦輪扇發動機」（Turbofan Engine），長久以來都是被西方「卡脖子」的短板軟肋。「渦輪扇發動機」在傳統的「渦輪噴射發動機」上，安裝了一具「渦輪帶動的風扇」和一個「外涵道」。「渦輪風扇」轉動壓縮空氣，經壓縮的空氣分為兩股氣流：（1）外股氣流（經「外涵道」）平行流動，經噴管直接排出，產生推力；（2）內股氣流與普通噴氣發動機一樣，經過（「內涵道」）壓氣機、燃燒室和渦輪之後由噴管排出。外股氣流量與內股氣流量之比稱為「涵道比」或「流量比」（bypass ratio）。

1950年代的第一代「渦輪扇發動機」，「涵道比」約為1左右，以美國的JT3D發動機為代表，其「推重比」（TWR (Thrust-to-weight ratio)）在2左右。1970年代的第二代「渦輪扇發動機」，「涵道比」則高達到5～8，以美國的F100、F110、F404，歐洲的RBl99、M88-3，蘇聯的RD-33和俄制AL-31發動機為代表，其「推重比」在8左右。1990年代以後的第三、四代渦扇發動機的「涵道比」更高，在7～10之間。以美國的F119和歐洲的EJ200發動機為代表，「推重比」已達10以上，其中F119裝備了F-22戰鬥機，EJ200裝備了“颱風”戰鬥機。而第三、四、五代戰機的控制系統也由第一、二代戰機的機械控制提升到電腦數位控制，中國二代機殲7是1966年首飛，30年後，三代機殲10是1998年首飛，13年後，五代機殲20是2011年首飛，發展速度之快世界獨一無二。（見：甯南山：一窮二白時造出殲十的中國人，請不要說自己沒信心）

到了21世紀的第五代航空發動機，以美國的F135發動機和英、美聯合研製的F136發動機為代表，「推重比」為12～13，其中F135發動機裝備在F-35 戰鬥機上。2010年以後，依靠其強大的技術研發能力，美國已經開展第六、七代航空發動機預計「推重比」將達到20以上。

現今的第5代隱形戰機只有4款：美國的F22、F35、俄國Su57、及中國殲20。其中Su57逆蹤隱身能差，F35巡航速度、最大航程較小，只適合近距離作戰。F22的全面性質最佳，逆蹤隱身比殲20強，但最大航程約為殲20的一半。（按：美國官方已稱F22、F35為第5代隱形戰機，但部分媒體依然稱為第4代。）

世界十大軍用航空發動機排名前五的是：（1）美F135渦輪扇發動機；（2）美F119渦扇發動機；（3）中WS-15渦扇發動機；（4）俄AL-41渦扇發動機；（5）中渦扇-10B太行發動機。（見世界十大軍用航空發動機排名，中國三款型號上榜，WS-15排名前三）

　　排名第三的WS-15發動機的最大加力推力超過了180KN，推重比達到了10，這也使得殲20隱形戰鬥機的機動性能和速度將會得到一個新的提升，彌補了最後的一個弱點。當然，WS-15發動機在推力和推重比等性能上都已經可以媲美國外的同類型產品，但是在使用壽命，大修時間和穩定性上依然還是存在較大的差距，這些工藝和材料上的差距並不是短短十幾年的時間就可以追趕，依然需要長達數十年的積累和沉澱才能慢慢縮小差距（見美媒評選全球五款最強發動機：美國獨佔前兩席，我國WS15首次入榜）

據美國航空週刊對F22和F35塗裝的解析，隱形塗層主要由三部分：（1）最內一層是用於消除蒙皮鉚釘和接縫的填料層，讓整個機身表面光滑，避免因接縫和鉚釘增大雷達反射面積；（2）中間一層是導電雷達吸收波塗層，用於吸收削弱照射在機身表面的雷達波，配合戰機隱形外型獲得完整雷達隱形能力：（3）最外面一層是紅外線面漆，用於抑制戰機的紅外線輻射。一般來說紅外線面漆是耐磨耐氣候性較好的聚氨酯基漆加上各種添加成分組合而成，塗料中摻入大量5-500μm直徑的玻璃微球，能有效降低特定波長的紅外線輻射，同時也形成隱形戰機外表的強烈金屬光澤。F-35的紅外線影像表明，在使用紅外線面漆後，該機的中波紅外輻射明顯降低，而多數紅外線感測器就在這個波長工作。(關於「隱身科技」，請看拙文什麼是「快速光介質」隱身斗篷─科技與智慧（19））

而中國的殲20銀光閃閃的外觀代表該機在紅外線抑制上的功能，主要用於明顯降低在紅外感測器中的醒目度。除紅外線面漆外，殲-20所使用的國產WS-10引擎上的鋸齒尾噴管，尾噴管魚鱗片上的黑色特殊塗層，以及使用全動式垂直尾翼和腹鰭對尾噴管兩側進行遮蔽設計，顯示對紅外隱形的重視度。美國F22戰機外部塗層中摻雜了大量液態銀，此材料擁有超導的特性，不但可以吸收電磁波，還能保證戰機不會散射出大量電磁波。但銀的導電性能遠不如殲-20所使用的石墨烯，它可以有效的隱形溫度高達千度的發動機噴嘴。並且，得益於石墨烯重量輕體積小等特性，而增加殲-20的攜帶油料或載彈量，以致提升整體打擊能力和航程。（見石墨烯，殲20戰鬥機的隱身材料到底有多強？）

運20是中國版的波音C-17全球霸王III（Boeing C-17 Globemaster III），由美國麥道公司（現為波音）研製。C17比運-20更大，空載重量比運20高27噸，載荷高出11.3噸。發展C17的時間是美國迄今為止歷時最久的飛機研製計劃，從1981年麥道公司贏得發展合約到1995年完成全部的飛行測試，一共耗時14年；在發展經費方面，它是美國有史以來耗資第三大的軍機，排前兩位的是B-2匿蹤轟炸機和E-3空中預警機，可見這個項目的地位之重。

C17滿載不空中加油的航程為4630公里，空載轉場航程8700公里，空中加油後的最大航程11600公里，可以從本土直飛前線。貨艙寬度為5.49公尺，長26.83公尺（包括貨艙門部分），高3.8（最高處4.11公尺）。貨艙寬度可並列3輛吉普車，2輛卡車或一輛M1A2戰車，也可裝運3架AH-64「阿帕契」武裝直升機。貨艙地板由鋁合金縱梁加強，可以承載55噸重的M1主力戰車，有消息說，62噸的M1A2型主力戰車也可承載。空投能力包括空投27,215～49,895公斤貨物，或102名全副武裝的傘兵和一輛M1主力戰車。C-17貨艙門關閉時，艙門上還能再放貨物，承重18,150公斤，相當於C130全機的裝載量。但它的造價非常昂貴，已於2015停產，2015/11/29日，最後一架C17的訂單從加州長灘出廠，將交給卡達軍方。

中國現役運20發動機使用的俄製D-30KP-2，但2020/11/21日首飛的新版運-20的發動機要比以前粗壯的多。一些內部消息亦證實，新型發動機就是渦扇-20。渦扇-20（WS-20）推力據信達140KN至160KN（即13噸至16噸），2014年曾裝配在伊爾-76實驗平台上試飛，而俄製D-30KP-2推力僅為12.5噸，也將用於新型轟-6長程轟炸機。長久以來，中國無法出口在俄制蘇-27/30戰機基礎上研製的本國戰鬥機，因為這些戰鬥機並未裝備中國自己研發的引擎，如果中國試圖交付使用俄製引擎的戰機，俄羅斯將阻止此類軍售。但是，當運-20擺脱了俄製發動機的掣肘，就可根據自身需求，想造多少就造多或出口。（見中國運20 VS 美國 C-17，全球頂尖大型運輸機到底誰更強？、被指重大突破　中國運-20配國產渦扇-20航空發動機首飛、及換裝陸製引擎 運-20外觀變化）

「快速光介質」是一種超材料，不僅可應用在隱形斗篷，也可與轉換光學器件結合導致各種微波領域的應用，例如，頻率選擇性表面（FSS），天線罩等。據西方媒體報導，中國在「超材料」技術中獲得突破性進展，若將這些材料和技術運用在戰機上，殲10和殲16戰機，也將具備隱形能力，而本身就有隱形能力的殲-20戰機在使用該材料後，機身的隱形性能更能位列前茅，有機會和美國戰機相抗。（見陸研發超材料 殲-20隱形力升級）

但2016/8中國「電科1」的「智慧感知技術重點實驗室」發布成功研製單光子檢測量子雷達系統獲得了百公里級探測威力（見陸製單光子量子雷達探測達100公里　高靈敏追蹤「隱身戰機剋星」），探測靈敏度極大提高，指標均達到預期效果，並且可以發現現役的第5代隱形戰機。（詳細，請看拙文美中「量子科技」爭霸錄─科技與智慧（8））

美國自二次世界大戰起，造船工業與飛機製造工業都是世界霸主。到2020年的今目前中國的造船工業比起美國毫不遜色（詳見拙文美中軍民用造船工業爭霸錄─美中經濟（27）），但飛機製造工業則落後不少，例如中國最先進的第五代隱形殲20戰機的初期版本，是採用第二代「渦輪扇發動機」的俄制AL-31發動機（「涵道比」：0.59，「推重比」：7.87，最大推力：13噸）。此發動機原來是為1970年代的第四代戰機蘇27配套研發的，完全沒法與F-22戰機的F-119-PW-100發動機（最大推力：17噸）及F-35的F135發動機（最大推力：23噸）競爭。

但最新生產的殲20的發動機尾噴口採用了鋸齒化隱身處理，和以往的尾噴口有明顯的區別，這意味著殲20已經開始換裝中國自產的WS-10B發動機（「推重比」：7～9），雖然WS-10B也僅是第三代大推力發動機，但是相較俄制AL-31發動機及太行B發動機，最大推力提高到了14.5噸， 但最大推力仍遠遠落後美國。

目前殲20的脈動生產線類似汽車流水化自動生產線，通過精益生產流程，導入機械自動化，大大節省生產時間，一條脈動生產線可年產12-14架殲20。以現有3條線計算，年產能大概在36-42架殲20。但F-35戰機目前每年是134架，並且按照「諾克希德馬丁」的規劃，F35的產量將達「一天一架」的365架/年。據美國The Drive網站「戰區」專欄報導，兩家美國公司完成創新性的空戰模擬測試，在戰機的駕駛艙中引入增強現實技術，通過戰術人工智慧讓飛行員與虛擬敵機進行對戰，而對抗的虛擬敵機是以中國的殲-20戰機為原型創建。（見美軍虛擬訓練 以殲-20為假想敵）

但實際飛行F-35的飛行員發現不少問題：雖然F35是第一架使用觸控式螢幕技術的戰鬥機，但有名飛行員說他大約20%的觸控式螢幕點擊都毫無效果，此外在飛行中遭遇湍流或者在大超載機動中出現機身抖動時，飛行員的手指往往會點到觸控式螢幕的錯誤部分，這種情況的發生率也在20%左右。並且F-35語音辨識功能，顯然這項功能完全是擺設。這位元飛行員表示語音輸入可能在地面試驗臺上能很好工作，但是在飛行中大超載機動之下，該系統被發現不能持續穩定工作，基本上沒有F-35飛行員使用。（見揭秘F35致命缺陷：重要功能是擺設新設計成倒退）

最近，美國空軍披露了他們所做的模擬空戰演習的結果，那麼他這個模擬空戰，是以什麼樣的戰鬥機，對抗其他國家的戰鬥機呢？他的主力戰機，這次模擬的主要是美國的F--35B隱身戰機，模擬對抗對手，是中國的殲-20、殲-16、殲-10C。模擬推演的結果美國的F-35是以失敗告終，這是美國空軍的結論。（見美軍推演F-35B介入台海遭遇恥辱性慘改，面對中國為何不堪一擊？、根據空軍將軍的說法，當今的 F-35A 不值得參加高端戰爭遊戲、及美國空軍的一場兵棋推演展示了美國空軍需要什麼才能在 2030 年阻止或戰勝中國）

據美國外交雜誌《外交政策》的報導，每生產一架F35戰機，需要920磅（約418.2公斤)稀土材料（詳細，請看拙文「石油時代」翻篇與「稀土時代」崛起的啟示錄─美中經濟（26）），所以365架/年的F-35產量，每年就需要153噸的稀土材料(rare earths)。

但中國稀土礦藏占世界86.3%，掌握了美軍武器所需的稀土產品和材料，除了F-35戰機的生產需要稀土材料，每艘弗吉尼亞級核潛艇需要9,200磅（約4.2噸)，並且，戰斧導彈，制導系統和噴氣發動機都需要使用17種不同稀土元素中的某些元素的合金和特殊產品的不同組合。

川普總統怕被中國掌握的稀土材料，卡脖子，已於兩天前（2020/9/30日）簽署行政命令，宣布美國礦業面臨國家緊急狀態，指示內政部援引「國防生產法」加速礦區開發，支持國內供應鏈，以擴大美國國內的稀土開採，並降低對中國大陸的依賴。（見拙文美國霸權邁向衰落的真相？─美中關係（2），大選與疫情下美國經濟衰退之真相─美中經濟（1），及美國製造業相對中國大幅衰落的真相─美中經濟（1））

結論：
美國目前在飛機製造工業，尤其在發動機這塊是遙遙領先，是世界霸主。但今後要繼續保持世界霸主的地位，得先妥善解決稀土材料供應鏈的棘手問題。而中國要想縮短美國霸主的領先差距，則需更加提升「渦輪扇發動機」（Turbofan Engine）的研發。

研究：亞洲飛機製造商難以打進航空市場- Yahoo奇摩新聞

法國達索飛機公司- MBA智库百科

肺炎疫情：飛機製造商空中客車宣佈全球裁員計劃- BBC News