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环球最资讯丨比起隐身,歼-20其实首要追求的是它

2023-02-21 12:41:59
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歼-20到底是一款怎么样的五代机?它的性能在世界五代机中到底处于怎样的位置?歼-20首飞十年以来,《兵工科技》杂志多次请多位航空专家对歼-20进行点评。本文将众专家对于歼-20点评中最精彩、最深刻、最重要的内容进行一番摘编,用专家的专业眼光、专业评论,为读者勾勒出歼-20性能水平和国际地位的清晰轮廓。


(相关资料图)

北航赵文利研究员:丨歼-20在气动设计上比F-22、T-50更讲究丨

我个人认为,在气动设计上,歼-20比美国的F-22和俄罗斯的T-50更讲究。我们来看歼-20的外形设计。首先是采用了鸭翼,这个鸭翼是可以偏转的;鸭翼后面是边条翼,这个边条翼将鸭翼与主机翼连成了一体;再看两侧的进气道,它们前面各有一个鼓包,这叫D S I进气道;再往后看,机尾处的平尾没有了,采用的是V形尾翼,这个V形尾翼能起到水平尾翼和垂直尾翼的双重作用,它不是简单的垂尾,好多地方说它是V形垂尾,其实这是错误的。你看看这些设计,美国的F-22有吗?俄罗斯的T-50有吗?它们都没有。也就是说,我们的歼-20将这些设计集于一身,在气动设计上是下了很大功夫。

严格来说,歼-20的一些气动设计要素,也都不算是新技术,鸭翼我们歼-10上已经应用了,边条翼用得也比较多,像L-15高级教练机就用了大边条翼设计,DSI进气道在“枭龙”飞机上也有应用,至于V形尾翼,当年与F-22竞争五代机的美国Y F-23就采用过。分开来看,每一项都算不上是新技术,但是把这些设计都集中到一款飞机上,那结构操控上就复杂多了,难度很大。不说别的,仅V形尾翼这点,当年YF-23为什么没有被选上,就是因为采用的新技术过多,美国空军其实是很保守的,他们觉得新技术多的话,风险太大。

歼-20与外军五代机对比,美国的F-22和俄罗斯的T-50都有水平尾翼,而且这个水平尾翼与主机翼靠得很近,表面上看起来这个设计很完美,其实这是不得已的被动选择。由于F-22和T-50要追求隐身性能,故主机翼采用了菱形设计,也就说它的机翼后缘向后伸得很历害,这样就占用了原本属于水平尾翼的地方,那水平尾翼就不得不与主机翼靠得很近,而且也向后伸出,向后伸的目的就是增加操作力臂,便于飞机的操控。相比之下,我们的歼-20取消了水平尾翼,这样腾出来的空间主要用于设计V形尾翼,我这个尾翼可以靠后,以增加操控力臂,当然这个尾翼必须是全动的,可以适当偏转,这样才能起到水平尾翼和垂直尾翼的双重作用。不过话说回来,就因为它起到水平尾翼和垂直尾翼的双重作用,它在偏转动作上是要计算好的,否则就会带来严重的后果,专业术语叫耦合,因此必须解耦,所以在结构控制上比较复杂。

丨比起隐身,歼-20首要更追求超机动性丨

与F-22和苏-57/T-50相比,歼-20的设计是我们独立自主的,是独一无二的。歼-20是采用了隐身设计,但更追求超机动性。美国F-22是将隐身放在第一位,接下来是超音速巡航,最后两项是超机动性和超视距空战。

也就是说,我们没有盲目跟踪美国,我们将超机动性放在了第一位。

我们不同于美国,打造F-22是为了适应进攻型空军的需求。我们的主要国情是“国土防空”,我们的歼-20不用像美国的F-22那样满世界跑,而是要防范像F-22这样的隐身战机来袭。而要完成拦截任务,就少不了要与对方进行空战,而空战最重要的指标当然是超机动性了。也许有人要问,你不追求隐身,人家会先发现你呀?其实这个理解不对。在隐身上面,我们不可能做得比F-22更好,在材料、工艺方面我们与美国是有差距的,在这点上俄罗斯T-50的也无法达到美国F-22的隐身水准。故只有另辟途径才行。由于我们是国土防空,我们的优势是有地面远程预警雷达,空中还有预警机可提供信息支持,所以我们的歼-20完全可通过其他途径来发现F-22,甚至可以在F-22发现我们之前先发现它,然后利用超机动性迅

速穿越云层,隐蔽接敌,争取近距格斗的机会,这样F-22的隐身优势就没有了。

所以我对五代机的看法就是:五代机的发展,不要盲目追随美国的指标,两国国情不同,战略不同,五代机的战术技术指标不应该一样,美国的不适合中国,在美国是正确的抉择到中国可能是错误的抉择。美国主要用于外线侵略进攻,中国首先还是本土自卫防御。美国五代机,隐身、超巡排在超机动之前,中国五代机,有本土地面雷达与预警机支持,超机动与发射后不管可以排在隐身与超巡之前。

歼-20用以实现超机动性的措施主要有这么几种:鸭翼技术、前缘襟翼技术、变后掠机翼技术、静不稳定技术(主动控制技术、电传操纵)、边条翼技术、直接力控制(翼面、矢量推力)、三翼面技术、变姿态抗荷座椅(倾倒座椅、侧杆驾驶、玻璃化座舱)等。从目前发展的几款四代机来看,除了变后掠机翼技术(被后来的边条翼技术取代)和三翼面技术外,其他的都有采用。对于歼-20而言,最突出的就是鸭翼技术。

那么鸭翼会不会影响到隐身呢?如果鸭翼处于工作状态,操纵它要进行俯仰,这时候肯定会增大雷达反射截面积,不利于隐身。但如果鸭翼在平常状态时,影响并不大。其实,歼-20之所以采用鸭翼是有很多原因的。首先是继承性,成飞在歼-10上就采用过鸭翼,技术很成熟,自然而然就用到了歼-20上;其次就是可以增加机动性,因为前面说过,歼-20最主要追求的就是超机动性;第三就是动力不足的选择。

此外,在动力不足的情况下,如何让五代机达到超音速巡航的能力,就只能在飞机设计上下功夫了。而鸭翼就能达到这一效果。常规布局的飞机,其水平尾翼产生的是负升力,也就是将飞机抬头的趋势往下压,平尾的这种负升力就造成飞机相当大的动力损失。而鸭翼布局的飞机就不同了,前面有鸭翼,后面有机翼,机翼和鸭翼都能产生升力,就好比棍子两边都在往上抬中间,而常规布局则好像挑担子,两头都往下压。这样鸭式布局与常规布局相比就节省了动力,将动力更多地用到推进上,保证了推进速度,所以鸭翼是动力发展较弱的国家在飞机设计上的一个比较好的选择。

全动V形尾翼,是歼-20设计的一大亮点,它的设计比F-22和T-50更讲究

西工大王正平教授:丨歼-20采用矢量喷管,更注重机动性丨

歼-20配备的肯定是相控阵雷达,作为五代机,也只能是使用相控阵雷达才最合适。传统的四代机采用多普勒雷达,要提高增益,最直接最经济的方法是增大天线尺寸口径,在功率都不变的情况下,作用距离一下子就会提高很多的,所以机头的空间很重要,以前的飞机,机头截面都是圆的、椭圆的。但五代机在考虑隐身以后,机头外形设计成了菱形,它的雷达天线口径实际上是受限的,口径没有原来那么大。但是如果采用相控阵雷达,是电扫的,对空间要求就不是那么重要了。另外,从歼-20的雷达整流罩衔接处的锯齿状设计,也可以判断它一定采用了相控阵雷达。因为对于四代机的多普勒雷达来说,雷达罩的锯齿状边缘对其电性能是不好的,对于里面的多普勒雷达天线来说,雷达罩毕竟是个介质,最好各个角度尽可能均匀,只要有变化,电磁波传过去就会不一样。但现在相控阵是一个一个小波束,不像以前是一个大波束,罩子外形影响小多了,针对锯齿状这样的不规则外形也是很适应了。

丨歼-20发动机采用收敛扩散喷管,采用三元矢量技术,更侧重机动能力丨

歼-20现在的发动机喷管是所谓“收敛扩散喷管”,两台发动机喷管的扩张可以调节,可以控制让一个扩张大些,一个扩张小些,喷管扩张程度不一样,推力也就不一样,这样可以产生差动,相当于也是一种推力矢量的应用效果。美国F-22的推力矢量发动机,其发动机二维矢量喷管与发动机本身是一体化设计,因此歼-20的新发动机,应该不至于是美国产品这个思路,可能与俄罗斯的三维矢量推力发动机的思路相同,即在传统的收敛扩散喷管基础上设计而来,相当于发动机与喷管之间增加了一个过渡段,喷管上的鱼鳞片不仅可以收敛扩散,还能整体360度偏转。不过,早期试飞中歼-20的新发动机上,还没有加装偏转套件,所以看不到可以明显偏转的喷管,现在它首先是把最基本的东西配上,先看它在非推力矢量状态下的工作情况,基本性能满足要求了,再上完整状态的三维矢量发动机。

俄罗斯那种三维矢量发动机,是在四代机普遍使用的收敛扩散喷管发动机基础上得到的,四代机强调中低空高亚音速、亚音速状态下的机动性,其发动机的收敛扩散喷管,扩张幅度大小可调,在中低空进行机动时无需大推力,通过调整喷管扩张大小就可以得到合适此时飞行的最佳推力,满足了机动飞行的要求,可以看到美国F-15、F-16战斗机的发动机都是这种类型。

而如果战斗机更强调超音速巡航,单从动力和飞机匹配来讲,使用引射喷管发动机更好,引射喷管设计上相当于喷管在发动机尾部壳体之内,喷管在里头,解决的是超音速的时候,不让气流过度膨胀,不过度膨胀的话喷流速度可以更快,就可以加速性能好,例如三代机中美国的F-4,我国的歼-7、歼-8还有歼轰-7“飞豹”的发动机都是如此。而F-22的发动机,是带推力矢量的,有点类似于引射喷管的设计在里头,所以超音速巡航能力非常突出,至于它的矢量喷管,你会感觉它好像不是发动机喷口在调节,而是尾部的那块儿整体在上下动,跟传统收敛喷管技术基础上的矢量推力是不一样的。

一架五代机究竟是更侧重于亚音速中低空的机动,还是更侧重超音速巡航,中间存在取舍,像歼-20这样,可能它就是超音速巡航的重要性占得小一点,更多是考虑机动性,这其实从它的鸭式布局上讲也体现得很明显,突出的就是在隐身状态下的机动作战吧,这样在收敛扩散喷管基础上的推力矢量可能更合适一些。

歼-20的机头整流罩采用锯齿状的形状设计,其内部安装的是有源相控阵机载火控雷达

丨歼-20的隐身涂料丨

隐身涂料里头,大致有三种类型。所谓电磁波,拆开来讲,波只是传播方向,它本身主要是一个电特性,一个磁特性。早期的隐身涂料,主要是防范磁性的,以氧化铁基材料为主,涂料颜色是发黑的,像美国F-117、B-2隐身战机就是这样的,是一种磁损涂料,电磁波照过来,把磁消耗掉了,这种效率稍微差一点。再新一点,叫电损涂料,不是氧化铁为主了,类似一些晶体材料、纤维材料的组合,电损效率更高一些。还有更新的材料,是将吸波材料和高分子材料相结合,采用纳米技术,纳米技术材料和高分子材料结合在一起,这个效率更好。从歼-20机身先后换装不同的颜色涂料来看,如果是隐身涂料的改进,老的(歼-20验证机)就是磁损的,新的(歼-20原型机)可能是电损的,至于是不是更新的高分子材料的话,就不好说了。对于一架具有外形隐身设计的五代机来说,可能它原本就是一个负10db的飞机,现在又减去10个db,相当于从0.1变成了0.01个平方米,相当于降低了一个数量级,效果是相当了不起的。

歼-20的涂装从铁灰色变为浅金属色,可能表明其隐身涂装有新的升级和变化

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