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歼-20原型机有两架?
综合国内外媒体的报道,歼-20总共集中出现了3次,第一次是2010年底,第二次在1月5日,第三次即1月11日。前两次只是在跑道上滑行,第三次进行了首飞。
对比这三次的歼-20,其机头上的编号都是2001,但细心的网友还是发现了不同,在歼-20曝光的照片中,从发动机喷管的外形特征来看,与歼-10使用的AL-31F系列发动机非常相像。但是在后来出现的照片里,人们发现歼-20有两架原型机,编号均是“2001”,但细节有所不同。其中最大的差异是,新出现的歼-20发动机尾喷管颜色为白色,鳞片层叠结构也不同,而且喷管与发动机机身连接处有锯齿处理,与F-35的发动机类似。也有网友对比了两张歼-20的机头照片,发现其中一张色彩均匀,没有别的颜色,而另一张则有明显的黄色蒙皮。可以肯定的是,还没有谁发现两架歼-20同时出现的场景。2010年底,歼-20首次露面后,美国环球战略网就称,歼-20研制工作始于1990年代末,已有两架原型机。
原型机是在新机研制过程中,按设计图样制造的第一批供试验和试飞的飞机。在新机试制工厂内,原型机的批次通常定名为00批或0批。全新研制的歼击机,原型机数量至少需要5-6架,其中两架用于地面静力试验和疲劳试验,其余几架用于飞行试验。飞机的改型一般只要1-2架原型机。对原型机在试验和试飞中暴露出的不足之处要进行设计更改,使新机设计达到原定的设计指标和要求。原型机是否通过了试验和试飞,是军机达到设计定型的必要条件。因此,就算歼-20真的有两架原型机,那是一点也不奇怪的事。
进气口比F-22更先进?
DSI意为无分离板超音速进气口,首创者是美国F-35的研制承包商洛马公司。它巧妙地采用一个经过流体力学计算设计得出的、形状复杂的三维鼓包,将边界层的呆滞气流层从中间一剖为二,引向进气口两侧的边角泄放,而不影响主要的“干净”气流层稳定地进入发动机。
这样,DSI避免了F-22所使用的进气口边界层分离板,避免了前向隐形的一大隐患,而且还能对进气道形成一定程度的遮蔽,减轻了机身结构重量,一举多得。
在F-35之后,成飞迅速于2006年在“枭龙”飞机的改进上也应用了先进的进气道技术,继而又在2008年运用到歼-10的改进型上。成飞和洛马公司成为全球掌握并应用该技术的两家公司。
不过DSI的鼓包尽管经过精心计算,但是不可调的。这意味着采用这种进气道的战机,尽管得到了减重、提高发动机效率的优势,但这种优势只能固定在某一速度范围,主要是高亚音速附近。也就是说它们的超音速性能受到了制约。
F-22使用传统的进气口边界层分离板,保证了较高的超音速飞行性能的需要。而DSI进气口一般只能适用于飞行速度比较低的战机,如F-35和“枭龙”。这两种飞机都是近50年来飞行速度最慢的战斗机,最高使用速度仅为1.6马赫。
据外媒声称,歼-20独创了“可调DSI进气口”,做出了新的创新,解决了DSI高速性能不佳的难题。歼-20进气口鼓包固定但是进气道侧面有可调挡板,可有效随速度变化改变进气量,从而达到从低到高各个主要速度段的进气控制能力,令发动机更为有效工作,也将意味着更好的加速性、爬升率和超巡能力。同时,可调挡板重量轻于传统的进气口边界层分离板,也不影响隐形性能。
歼-20鸭翼让隐形力下降?
对于歼-20来说,争议最大,非议最多,质疑最猛的,无疑就是延续了歼-10的鸭翼布局。尽管这种布局具有升阻比大、气动控制强悍等优点,但也经常听到一些人称,这要付出隐形能力下降的代价。真的是这样吗?
从直观的感觉上来看,似乎确实如此。由于鸭翼安排在主翼之前,从正面看过去是一小块复杂的形态,又不像常规的水平尾翼一样能够为主翼所遮蔽,因此担心其成为雷达回波的主要反射目标是很自然的。有人甚至因此认为,中国歼-20隐形性能肯定不如F-22,甚至不如采用了“隐形鸭翼”的T-50。
实际上,在真正洞悉雷达隐形原理的人眼中,这根本就不是问题。一架好的隐形飞机要处理好上百个问题。所谓鸭翼问题,只不过是个极为普通的问题而已。
首先,雷达眼中的物体特征和物体几何形状完全不同。也就是说,雷达电磁波所“注意到”的物体特征,和实际的物体几何特征差别是很大的。它对“尖锐”、“凹陷”的小构件很敏感,而对大块的平面相对很“无视”(除非恰好垂直)。其次,从雷达波长看,鸭翼并非重点反射目标。像飞机上的各种舱门(起落架舱、弹舱、维修开口等)缝隙,天线基座,突起状物体等,这些才是雷达反射重点。
在工程实践中,如果鸭翼整体使用的是吸波材料,隐形不成问题,而哪怕仍然是金属材料,实际也影响不大。一句话,隐形飞机最为直观的、总体外形上的隐形,在隐形处理的考虑顺序和难度上,其实是被排在较为靠后的位置。
歼-20、F-22和T-50:
谁更隐形?
按隐形原理的要求,我们从整体的细节逐一检视歼-20所采用的隐形措施。首先,整体表面平滑,毫无赘物,甚至到座舱盖,也是和F-22一样的一块玻璃一体成型,没有了前风挡框架的反射。这样一个细节无疑强烈显示了歼-20追求隐形性能的决心。而发动机尾部,歼-20也和F-22一样,基本做到了完全遮蔽,与后半部几乎敞露的T-50不同。在外形隐形上,歼-20与F-22采取的措施是完全等同的。
首先,歼-20的菱形机头斜侧而简洁,上下表面非常平直的机身,都是非常明显的隐形设计,这减少了不连续平面带来的雷达反射。机翼、鸭翼前后缘考虑了前后平行的折射。而大外倾、面积较小的V尾和腹鳍,也是有效的隐形措施。
对于非常重要的发动机遮蔽上,首先DSI鼓包就是遮蔽措施,而从机身两侧的进气口到尾部并列紧靠的尾喷口,说明进气道有明显S形设计,可有效阻挡发动机叶片的雷达反射,这比T-50那个直筒状、仅有很少遮蔽的进气道效果有天壤之别。
而在同样重要的减少“外形不连续处”上,歼-20大大减少了维护口盖数目,明显可见的只有采用了锯齿形边缘的起落架舱。而且主起落架舱盖较大,这是一个将必不可少的起落架舱和检修窗口合二为一,减少开口的巧妙设计。
目前出现的歼-20的颜色是绿灰色的,完全不同于T-50出厂时的黄皮(金属防锈漆)机,这是复合材料和隐形材料的颜色。
当然,歼-20最终的隐形值是无法获知的机密。我们在此只能推测,歼-20的最终隐形效果,应与F-22处于同一量级。若F-22的RCS为0.1平方米,歼-20最佳应能达到0.3平方米,最差也不会大于0.6平方米。无论如何,都会胜于T-50的1至2平方米。
机动性强过F-22和T-50?
歼-20的基本布局继承于歼-10,而歼-10就是一种机动性、敏捷性和大仰角能力非常突出的战机。
可以预计,歼-20继承了歼-10的高速瞬盘角速度,并进一步放宽了静稳定度,同时采用了独一无二的“鸭翼+边条+前后襟翼+全动尾翼”的综合气动布局来提高飞控能力。歼-20的鸭翼差动和全动小垂尾同步偏转更是独门绝技。再加上将来具备更大推重比和矢量推力控制能力的新型发动机,将获得比歼-10更高的灵活性和大仰角能力。
歼-20大舵效的全动垂尾可提供足够的航向操纵力矩,进而提供较大的滚转速率。而F-22毕竟是1990年代试飞的机型,采用的是上世纪80年代的气动理念,连全动尾翼都没有,靠的是矢量喷管与襟翼的共同作用,仅能有限控制俯仰和转向。T-50也采用全动垂尾和三维矢量推力,但只有“可动边条”(或者可称“隐形鸭翼”)和常规平尾,在大仰角、过失速机动等极限情况下的控制能力低于中国歼-20。
不论亚音速、跨音速还是高音速状态下,歼-20的俯仰、侧滑、横滚、盘旋的能力和大仰角操控效率,也就是战斗过程中的“占位”、“抢位”能力,均超过T-50,远胜F-22,可以轻松做出种种不符合常规、超乎想象的动作。在接敌过程中,歼-20的机头可以迅速指向敌机,加上未来配备的可大角度离轴发射的导弹,则可先敌发射,先敌脱离,优势不言而喻。
歼-20无可用发动机?
中国在发动机研发方面一直存在短板,如歼-10服役后,却使用俄罗斯的发动机。因此,西方一直不怎么看好中国新一代战机的研发,其主要原因就在发动机上。现在歼-20首飞后,对其使用的发动机就有了各种猜测。
俄新社称,中国未来将启用国产的WS-15型发动机,此发动机的最大推力超过18吨,但目前此发动机仍在研制之中。《简氏防务周刊》记者称,俄罗斯为歼-20提供了32000磅推力的117S发动机,这种发动机足以在8万磅级的飞机上安装——也许超音速巡航性和灵活性比F—22低,但武器舱更大,燃料更多。不过需要说明的是,117S发动机是俄罗斯为自己的五代机准备的,俄罗斯自己都还没有在T-50上装备,卖给中国的可能性很小。美国《航空周刊》则称,歼-20发动机可能属于AL-31F家族的型号,最终生产型将采用尚在开发中的国产发动机。
有网友通过仔细对比歼-20后,称现在歼-20至少装备了两种发动机,也就是前面所说的“白发”和“黑发”,首飞时那架采用的即“白发”。“黑发”看上去和俄制的AL-31F很像,而“白发”是什么目前不得而知。
外媒还有一种说法提到,中国从欧洲获得了一种新型发动机,支持了歼-20的研发,但是纵观欧洲各国的军用发动机,似乎没有适合歼-20的。因此,我们更倾向于中国的歼-20使用了国产的新型发动机,不过具体型号现在不好判定。还有,中国领导几次接见表彰发动机专家,也从侧面说明中国发动机已取得突破性进展。此外,我国近年来的复合材料技术已经取得重大进展,目前利用自主技术研制的少数国产T300、T700碳纤维产品已经达到国际同类产品水平。
来源:《知识博览报》