歼20疑似再次进化,超音速性能如虎添翼,F-22最后的优势也要没了

青梅煮岁岳 2025-02-07 11:03:49

当美国忙着对F-22进行升级,又是加装隐身油箱,又是升级光电系统的时候,中国同样没有闲着,就在最近,“过气网红”歼-20又传来了好消息。

春节几天,一架歼-20S试飞照出现在网络上,原本中国网民都还在聚焦六代机试飞的照片,作为五代机的歼-20试飞照很难吸引到流量了。但是仔细一看,却发现这架歼-20S不简单,通过观察其尾部特征,能够很明显的发现两台发动机的尾喷管有明显区别,左侧尾喷管与机身蒙皮连接处的锯齿状结构,明显比右侧更大一些。并且左侧发动机的尾喷管,也显得比右侧大了许多,而且左侧发动机尾喷管似乎是一个整体,没有一块块的收敛片,种种特征都与矩形二元矢量喷管极为相似。

结合2022年的珠海航展上,中国已经公开了二元矢量发动机的等比例模型,当年也公布了二元矢量喷管的论文,论文中表示:研究所已经对“适装于四代航空发动机的二元矢量喷管控制系统”开展了研究,经过仿真和整机试验验证,方案合理可行,满足该型航空发动机使用要求。

虽然早在2018年的珠海航展上,装备全向矢量发动机的歼-10B TVC就已经公开亮相了,并为观众献上了精彩的飞行表演,能够做出眼镜蛇、落叶飘等过失速机动。但是此后中国的全向矢量发动机却销声匿迹了,歼-20一直没有换装国产矢量发动机。

但是从最近几年的趋势来看,除F-22之外,俄罗斯的苏-57也开始测试矩形二元矢量喷管,歼-20S如今也疑似换装二元矢量喷管进行试飞,矩形二元矢量喷管似乎比全向矢量喷管更有发展潜力。

与能够提供任意方向控制力矩的全向矢量发动机相比,矩形二元矢量发动机的喷口只能上下偏转,为飞机提供额外的俯仰控制力矩。对于飞机的超机动性能提升来讲,肯定是全向矢量发动机更好。但是,全筒形的全向矢量发动机喷口设计也存在许多问题,首先就是全向矢量发动机喷口更复杂,这就导致需要更多的控制部件,故障率相比二元矢量喷口大幅提高,并增加了额外的重量。尤其是双发战斗机,换装全向矢量发动机喷口,所增加的额外重量,甚至有可能改变飞机重心。

相比之下,二元矢量喷管的设计更简单,故障率更低,也不需要对飞控进行太复杂的改写。从对现有战机的改装升级来讲,肯定是二元矢量喷管更容易。

其次,矩形二元矢量喷管的设计,还会提高发动机热废气与空气的混合速度,降低飞机后方的红外信号特征,有利于增强飞机的红外隐身性能。而且矩形二元矢量喷管的RCS,也明显低于圆筒形的发动机尾喷管。

最后,矩形二元矢量喷管由于其设计更为紧凑,能够更好地融入飞机的整体设计,可以实现对后机身进行气动外形上的减阻,增强飞机的超音速巡航能力。

对于不太追求隐身性能、超音速巡航能力的四代机来说,装备全向矢量发动机,对飞机的机动性提升较大,因此苏-35、歼-10B TVC都装备了圆筒形的全向矢量发动机。但是对于更在乎隐身与超音速巡航能力的五代机来说,二元矩形矢量喷管就是更好的选择了。

而歼-20作为中国的“争气机”,是中国科技腾飞的象征之一。但是,设计于2007年前后的歼-20,以如今的眼光来看,依然存在一些不足。歼-20的设计定位是一种拥有强悍超音速突防能力,隐身性能不错,且拥有不俗超视距空战能力的大航程五代机,对性能的取舍顺序应该是超音速性能≥隐身机动性>亚音速机动性>航程>火力,其气动外形更倾向于在保证够用的亚音速机动性前提下,尽可能强化飞机的超音速性能与隐身性能。

在中国当时缺少高性能航空发动机的情况下,设计人员为了满足苛刻的性能要求,只能在气动外形上下功夫,设计出了“升力体边条翼鸭式气动布局”,该气动外形很好的兼顾了超音速巡航能力与亚音速机动能力,整体隐身设计也达到了五代机的水平,在发动机推力相比F-22有明显差距的情况下,取得了跟F-22差不多的超音速巡航能力,亚音速机动能力也各有千秋,只是因为歼-20没有装备矢量发动机,在过失速机动性能方面不如F-22。

最终定型服役的歼-20,已经能够很完美的执行当年赋予其的任务,军方对歼-20的性能也非常满意。但是,中国科研人员也明白“逆水行舟不进则退”的道理,尤其是美国人还在不断改进F-22的时候,中国作为当初的追赶者,更不能因为歼-20的成功就骄傲自满了。我们必须意识到,世界上没有完全无缺的战斗机,F-22的航程、F-35的超音速能力、苏-57的隐身,都是被世人诟病的地方,而歼-20同样不是完美的。

从设计角度来看,歼-20的隐身性能还有待提升,歼-20与F-22的正面隐身性能相差无几,鸭翼虽然理论上会影响歼-20的正面隐身性能,但是F-22巨大的进气道附面隔层带来的空腔效应,对隐身性能所带来的负面影响,比鸭翼只高不低。至于侧面隐身性能双方同样是半斤八两,歼-20虽然多了一对腹鳍,但F-22的垂尾面积其实要大于歼-20的垂尾+腹鳍面积。歼-20隐身设计最差的地方在后机身,圆筒形的发动机尾喷管以及尾撑,让歼-20的后半球隐身性能远不及采用矩形尾喷管的F-22。

当然,对于奉行防御性国防政策的中国来说,歼-20后半球机身隐身性能不佳的问题可以接受,毕竟在防御作战中,歼-20在本国上空或者家门口上空作战,后方基本都是提供支援的友军,敌人基本都从侵略方向过来的。反观F-22,那是准备杀到他国领空内部打仗的,拦截F-22的敌机,可能会从任何方向出现,因此F-22不仅对正面隐身性能有要求,后机身的隐身性能同样不能含糊。

但是随着人民空军逐渐转型成为战略进攻型空军,歼-20早先的设计就有些无法满足解放军全部任务需求了。比如在未来可能的台海战争中,歼-20既要压制台海上空的“台独武装”战机,同时来驱离从冲绳关岛方向来犯美军轰炸机,甚至还要防范从日韩基地方向来袭的美日韩联军战机,此时歼-20所要面临的威胁来自多个方向,很有可能出现敌机绕到歼-20后方的情况,在这种作战环境下,歼-20后半球隐身性能较差的问题,很可能形成木桶短板效应,影响歼-20整体作战性能的发挥。

所以在这种情况下,歼-20有必要考虑采用矩形矢量喷口,弥补后半球隐身性能不佳的问题。而且在六代机服役前,歼-20还是解放军手中唯一一款能够独自前出1500千米,拦截威胁美军轰炸机的武器。当歼-20凭借着优秀的超音速巡航能力与正面隐身性能,撕破美军空中防御网,击落美军轰炸机后,此时就需要考虑如何安全返航了。返航过程中的歼-20,就只能后半机身对敌了,此时正是歼-20最脆弱的时候,弹药差不多打光了、燃油消耗也超过了一半,不能继续与敌机纠缠,需要尽快脱离战区。在这个时候,后半球隐身性能不好的话,很容易让追击的敌机锁定歼-20的方位,并实时通报给前方补防的美军战机,增加歼-20平安返航的难度。在这种情况下,歼-20采用矩形矢量喷管来改善后部隐身性能,就显得很有必要了。

当然,采用矩形尾喷口还是有一些副作用,比如会降低发动机推力。根据美军的测评结果,使用矩形尾喷口的F-119发动机,会损失3%左右的最大推力,使用2台F-119就会损失6%左右的最大推力,对飞行性能有一定影响。早期歼-20的发动机推力不足,因此采用二元矩形矢量喷口得不偿失,但是随着歼-20换装涡扇-15发动机,推力已经相当充裕了,此时换装矩形矢量喷口就有底气了,而且换装矩形矢量喷口还有利于飞机整体的减阻,进一步降低超音速飞行阻力,反而可能让歼-20的超音速飞行性能如虎添翼。

经过如此升级的歼-20,就能让F-22失去唯一的优势——后半机身隐身性能。当然,歼-20想要换二元矩形矢量发动机,还要面临一系列技术挑战,短时间内很难列装部队。尤其是歼-20拥有极为复杂的气动外形,鸭翼、腹翼、全动尾翼等一系列翼面的偏转,已经让歼-20的飞控编写难度非常大了,这个时候继续增加矢量推力功能,会让歼-20飞控编写难度呈几何倍增加,部队也需要重新适应歼-20的飞行特性,甚至重新撰写飞行大纲。

但不管怎么说,高风险的背后往往是高收益,从提升对未来空战环境适应性这一点来看,歼-20很有必要换装二元矩形矢量发动机。虽然目前的歼-20对付F-22、F-35已经基本够用了,但是美国也不是纸老虎,他们的设计师也在想方设法提升F-22与F-35的性能,比如加装针对歼-20的光电探测系统、研发新一代远程空对空导弹、升级隐身涂料。歼-20作为中国空军至少未来30年的主力战机,对其的改进升级一刻也不能停止。

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