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殲-20原型機有兩架?
綜合國內外媒體的報道,殲-20總共集中出現了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。前兩次只是在跑道上滑行,第三次進行了首飛。
對比這三次的殲-20,其機頭上的編號都是2001,但細心的網友還是發現了不同,在殲-20曝光的照片中,從發動機噴管的外形特征來看,與殲-10使用的AL-31F系列發動機非常相像。但是在後來出現的照片裡,人們發現殲-20有兩架原型機,編號均是『2001』,但細節有所不同。其中最大的差異是,新出現的殲-20發動機尾噴管顏色為白色,鱗片層疊結構也不同,而且噴管與發動機機身連接處有鋸齒處理,與F-35的發動機類似。也有網友對比了兩張殲-20的機頭照片,發現其中一張色彩均勻,沒有別的顏色,而另一張則有明顯的黃色蒙皮。可以肯定的是,還沒有誰發現兩架殲-20同時出現的場景。2010年底,殲-20首次露面後,美國環球戰略網就稱,殲-20研制工作始於1990年代末,已有兩架原型機。
原型機是在新機研制過程中,按設計圖樣制造的第一批供試驗和試飛的飛機。在新機試制工廠內,原型機的批次通常定名為00批或0批。全新研制的殲擊機,原型機數量至少需要5-6架,其中兩架用於地面靜力試驗和疲勞試驗,其餘幾架用於飛行試驗。飛機的改型一般只要1-2架原型機。對原型機在試驗和試飛中暴露出的不足之處要進行設計更改,使新機設計達到原定的設計指標和要求。原型機是否通過了試驗和試飛,是軍機達到設計定型的必要條件。因此,就算殲-20真的有兩架原型機,那是一點也不奇怪的事。
進氣口比F-22更先進?
DSI意為無分離板超音速進氣口,首創者是美國F-35的研制承包商洛馬公司。它巧妙地采用一個經過流體力學計算設計得出的、形狀復雜的三維鼓包,將邊界層的呆滯氣流層從中間一剖為二,引向進氣口兩側的邊角泄放,而不影響主要的『乾淨』氣流層穩定地進入發動機。
這樣,DSI避免了F-22所使用的進氣口邊界層分離板,避免了前向隱形的一大隱患,而且還能對進氣道形成一定程度的遮蔽,減輕了機身結構重量,一舉多得。
在F-35之後,成飛迅速於2006年在『梟龍』飛機的改進上也應用了先進的進氣道技術,繼而又在2008年運用到殲-10的改進型上。成飛和洛馬公司成為全球掌握並應用該技術的兩家公司。
不過DSI的鼓包盡管經過精心計算,但是不可調的。這意味著采用這種進氣道的戰機,盡管得到了減重、提高發動機效率的優勢,但這種優勢只能固定在某一速度范圍,主要是高亞音速附近。也就是說它們的超音速性能受到了制約。
F-22使用傳統的進氣口邊界層分離板,保證了較高的超音速飛行性能的需要。而DSI進氣口一般只能適用於飛行速度比較低的戰機,如F-35和『梟龍』。這兩種飛機都是近50年來飛行速度最慢的戰斗機,最高使用速度僅為1.6馬赫。
據外媒聲稱,殲-20獨創了『可調DSI進氣口』,做出了新的創新,解決了DSI高速性能不佳的難題。殲-20進氣口鼓包固定但是進氣道側面有可調擋板,可有效隨速度變化改變進氣量,從而達到從低到高各個主要速度段的進氣控制能力,令發動機更為有效工作,也將意味著更好的加速性、爬昇率和超巡能力。同時,可調擋板重量輕於傳統的進氣口邊界層分離板,也不影響隱形性能。
殲-20鴨翼讓隱形力下降?
對於殲-20來說,爭議最大,非議最多,質疑最猛的,無疑就是延續了殲-10的鴨翼布局。盡管這種布局具有昇阻比大、氣動控制強悍等優點,但也經常聽到一些人稱,這要付出隱形能力下降的代價。真的是這樣嗎?
從直觀的感覺上來看,似乎確實如此。由於鴨翼安排在主翼之前,從正面看過去是一小塊復雜的形態,又不像常規的水平尾翼一樣能夠為主翼所遮蔽,因此擔心其成為雷達回波的主要反射目標是很自然的。有人甚至因此認為,中國殲-20隱形性能肯定不如F-22,甚至不如采用了『隱形鴨翼』的T-50。
實際上,在真正洞悉雷達隱形原理的人眼中,這根本就不是問題。一架好的隱形飛機要處理好上百個問題。所謂鴨翼問題,只不過是個極為普通的問題而已。
首先,雷達眼中的物體特征和物體幾何形狀完全不同。也就是說,雷達電磁波所『注意到』的物體特征,和實際的物體幾何特征差別是很大的。它對『尖銳』、『凹陷』的小構件很敏感,而對大塊的平面相對很『無視』(除非恰好垂直)。其次,從雷達波長看,鴨翼並非重點反射目標。像飛機上的各種艙門(起落架艙、彈艙、維修開口等)縫隙,天線基座,突起狀物體等,這些纔是雷達反射重點。
在工程實踐中,如果鴨翼整體使用的是吸波材料,隱形不成問題,而哪怕仍然是金屬材料,實際也影響不大。一句話,隱形飛機最為直觀的、總體外形上的隱形,在隱形處理的考慮順序和難度上,其實是被排在較為靠後的位置。
殲-20、F-22和T-50:
誰更隱形?
按隱形原理的要求,我們從整體的細節逐一檢視殲-20所采用的隱形措施。首先,整體表面平滑,毫無贅物,甚至到座艙蓋,也是和F-22一樣的一塊玻璃一體成型,沒有了前風擋框架的反射。這樣一個細節無疑強烈顯示了殲-20追求隱形性能的決心。而發動機尾部,殲-20也和F-22一樣,基本做到了完全遮蔽,與後半部幾乎敞露的T-50不同。在外形隱形上,殲-20與F-22采取的措施是完全等同的。
首先,殲-20的菱形機頭斜側而簡潔,上下表面非常平直的機身,都是非常明顯的隱形設計,這減少了不連續平面帶來的雷達反射。機翼、鴨翼前後緣考慮了前後平行的折射。而大外傾、面積較小的V尾和腹鰭,也是有效的隱形措施。
對於非常重要的發動機遮蔽上,首先DSI鼓包就是遮蔽措施,而從機身兩側的進氣口到尾部並列緊靠的尾噴口,說明進氣道有明顯S形設計,可有效阻擋發動機葉片的雷達反射,這比T-50那個直筒狀、僅有很少遮蔽的進氣道效果有天壤之別。
而在同樣重要的減少『外形不連續處』上,殲-20大大減少了維護口蓋數目,明顯可見的只有采用了鋸齒形邊緣的起落架艙。而且主起落架艙蓋較大,這是一個將必不可少的起落架艙和檢修窗口合二為一,減少開口的巧妙設計。
目前出現的殲-20的顏色是綠灰色的,完全不同於T-50出廠時的黃皮(金屬防鏽漆)機,這是復合材料和隱形材料的顏色。
當然,殲-20最終的隱形值是無法獲知的機密。我們在此只能推測,殲-20的最終隱形效果,應與F-22處於同一量級。若F-22的RCS為0.1平方米,殲-20最佳應能達到0.3平方米,最差也不會大於0.6平方米。無論如何,都會勝於T-50的1至2平方米。
機動性強過F-22和T-50?
殲-20的基本布局繼承於殲-10,而殲-10就是一種機動性、敏捷性和大仰角能力非常突出的戰機。
可以預計,殲-20繼承了殲-10的高速瞬盤角速度,並進一步放寬了靜穩定度,同時采用了獨一無二的『鴨翼+邊條+前後襟翼+全動尾翼』的綜合氣動布局來提高飛控能力。殲-20的鴨翼差動和全動小垂尾同步偏轉更是獨門絕技。再加上將來具備更大推重比和矢量推力控制能力的新型發動機,將獲得比殲-10更高的靈活性和大仰角能力。
殲-20大舵效的全動垂尾可提供足夠的航向操縱力矩,進而提供較大的滾轉速率。而F-22畢竟是1990年代試飛的機型,采用的是上世紀80年代的氣動理念,連全動尾翼都沒有,靠的是矢量噴管與襟翼的共同作用,僅能有限控制俯仰和轉向。T-50也采用全動垂尾和三維矢量推力,但只有『可動邊條』(或者可稱『隱形鴨翼』)和常規平尾,在大仰角、過失速機動等極限情況下的控制能力低於中國殲-20。
不論亞音速、跨音速還是高音速狀態下,殲-20的俯仰、側滑、橫滾、盤旋的能力和大仰角操控效率,也就是戰斗過程中的『佔位』、『搶位』能力,均超過T-50,遠勝F-22,可以輕松做出種種不符合常規、超乎想象的動作。在接敵過程中,殲-20的機頭可以迅速指向敵機,加上未來配備的可大角度離軸發射的導彈,則可先敵發射,先敵脫離,優勢不言而喻。
殲-20無可用發動機?
中國在發動機研發方面一直存在短板,如殲-10服役後,卻使用俄羅斯的發動機。因此,西方一直不怎麼看好中國新一代戰機的研發,其主要原因就在發動機上。現在殲-20首飛後,對其使用的發動機就有了各種猜測。
俄新社稱,中國未來將啟用國產的WS-15型發動機,此發動機的最大推力超過18噸,但目前此發動機仍在研制之中。《簡氏防務周刊》記者稱,俄羅斯為殲-20提供了32000磅推力的117S發動機,這種發動機足以在8萬磅級的飛機上安裝——也許超音速巡航性和靈活性比F—22低,但武器艙更大,燃料更多。不過需要說明的是,117S發動機是俄羅斯為自己的五代機准備的,俄羅斯自己都還沒有在T-50上裝備,賣給中國的可能性很小。美國《航空周刊》則稱,殲-20發動機可能屬於AL-31F家族的型號,最終生產型將采用尚在開發中的國產發動機。
有網友通過仔細對比殲-20後,稱現在殲-20至少裝備了兩種發動機,也就是前面所說的『白發』和『黑發』,首飛時那架采用的即『白發』。『黑發』看上去和俄制的AL-31F很像,而『白發』是什麼目前不得而知。
外媒還有一種說法提到,中國從歐洲獲得了一種新型發動機,支持了殲-20的研發,但是縱觀歐洲各國的軍用發動機,似乎沒有適合殲-20的。因此,我們更傾向於中國的殲-20使用了國產的新型發動機,不過具體型號現在不好判定。還有,中國領導幾次接見表彰發動機專家,也從側面說明中國發動機已取得突破性進展。此外,我國近年來的復合材料技術已經取得重大進展,目前利用自主技術研制的少數國產T300、T700碳纖維產品已經達到國際同類產品水平。
來源:《知識博覽報》