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J20其实是碾压F22一般的存在,各项性能基本上都领先一代
日期:2021-9-9 9:7:12

  原创2021-08-29 22:29·尖端防务


  世界领先水平的J20战斗机

  前段时间有消息称美国计划向以色列出口F22战斗机,这是一个非常具备标志性意义的事件。一方面说明了以色列和美国的关系真的是很铁,犹太人对美国的控制能力非同一般。另一方面也说明了一个重要的事情,那就是美国人自己也意识到,F22已经不是世界上最先进的战斗机了。很多国家想得到F22已经不是一天两天了,现在突然同意出口说明美国人想明白了,该把注意力放到第六代战斗机身上了。结合前一段时间美国宣布第六代战斗机的验证机首飞,这两件事情放在一起,清楚地说明,世界航空强国第五代战斗机在技术层面的博弈实质上已经结束。虽然第五代战斗机仍将在军队中服役几十年,虽然F22战斗机在世界范围内仍然是非常先进的战斗机,但是在技术层面上讲,各航空强国之间关于第五代战斗机的博弈已经基本结束,以后就正式进入六代机的时代了。

  基本上比J20落后一代的F22战斗机

  那么,在这场技术层面上的博弈中,到底谁赢了呢?这件事情非常值得我们好好总结一下。要知道在世界范围内,有能力参与第五代战斗机竞争的国家为数不多,虽然仍有好几个国家在研制过程中,但实质上真正能够参与竞争的只有中美俄三国。俄罗斯的SU57刚研制成功不久,处于即将装备部队服役的状态,但SU57的性能在三家中明显落后。我们先把SU57放在一边,先来说说中美第五代战斗机之间的PK。因为真正的巅峰对决是发生在中美之间的。现在这场对决已经落下帷幕,我们来看看结果。后面我们将就F22和J20的各项性能做一番详细对比。包括气动设计、机动性、航电、隐形、雷达、武器 、发动机、矢量推力、超巡能力等各个方面。

  航电系统发展的四个阶段

  我们先来说说航电,因为在绝大多数人的印象中,我国的电子技术是落后于美国的,所以J20的航电应该落后于F22的。但事实上恰恰相反,J20航电领先F22一代。我们知道战斗机航电系统的发展经历了四个阶段,也可以称为四代航电系统,它们分别是分立式航电系统、联合式航电系统、综合航电系统、先进综合航电系统。至于今年年初公开的我国分布式综合化模块航电系统则是第六代战斗机的标配。

  F22战斗机航电系统的CIP处理器 这个是综合航电系统的核心

  F22战斗机采用的是典型的综合航电系统,到了F35采用上先进综合航电系统。而我国在2010年左右突破了先进综合航电技术,此后开始研制的战斗机航电系统基本上都是先进综合航电系统。去年年底在中央电视台的一档栏目中,J20的副总设计师王海峰说过,J20在试飞前不久曾经把航电系统的系统架构推倒重来了,显然J20换上的是先进综合航电系统。由于受到航电系统架构的限制,F22没有装备EODAS光电综合孔径系统和EOTS光电瞄准系统,甚至连头盔显示器都没有。只是在之后的F35战斗机上才配齐了以上三套光电系统。这些先进传感器系统的装备让J20在态势感知能力上遥遥领先于F22。不仅如此,因为没有光电瞄准系统,F22无法使用红外和激光制导对地攻击弹药,只能使用GPS制导对地弹药。

  珠海航展上展出的国产综合核心处理器 是先进综合航电系统的核心

  除了航电系统,在雷达技术上J20也是遥遥领先的。我们知道现代战斗机的火控雷达正在逐渐从脉冲多普勒雷达迅速转向相控阵雷达。相控阵雷达的发展大致分为被动相控阵、主动有源相控阵、数字阵列雷达、软件雷达等四个发展阶段。美国的第五代战斗机,无论是F22还是F35用的都是主动有源相控阵雷达。而J20用的是数字阵列雷达,要比美国五代机雷达在工作体制上领先一代。我国的数字阵列雷达是吴曼青院士在2009年首先提出来的,一个最著名的应用是在空警500预警机上,2014年左右服役的空警500是世界上第一个采用数字阵列雷达技术的预警机。

  除了工作体制,在雷达核心部件上,我们也是领先于美国的,J20火控雷达的收发组件采用的是第三代半导体器件,其功率器件采用的是氮化镓器件,比上一代的砷化镓器件功率提高了十倍。而F22和F35用的都是砷化镓器件。换句话说J20雷达的功率器件也领先美国五代机雷达一代。

  十三所的产品手册

  我国的氮化镓功率器件早在2008年就有单个器件实现119瓦功率的报道,到2010年以后就开始进入大规模应用阶段了,在2014年左右中电科十三所公开的产品手册上,就已经可以看到种类齐全的各种氮化镓T/R组件和功率器件的介绍,而且还实现了波束接收和发射的数字化,这就意味着收发组件已经可以满足数字阵列雷达的技术要求了。收发组件实现波束接收和发射的数字化,再加上2003年左右我国就已经掌握的DBF数字波束成形技术。数字阵列雷达就已经呼之欲出了。到2015年,我国发射的首颗北斗三号导航卫星就已经开始使用百瓦级的氮化镓功率放大器了,此时美国的GPS还在用落后的行波管放大器。借助于先进的技术架构和领先的功率器件。J20的火控雷达功率要比F22的火控雷达的功率要大得多。因为J20的雷达天线罩比F22的雷达天线罩还要大不少。据估计J20火控雷达的发射功率超过100KW,对战斗机大小的目标的探测距离可以达到300公里左右。比F22的200公里要远得多,配合PL15远程空空导弹,可以J让20做到先敌发现,先敌攻击。而且可以做到你打不着我,我能打到你。

  除了雷达领先,J20的武器系统也是领先于F22的。PL10红外空空格斗弹可以承受60G的过载,比AIM-9X的50G还要高很多,这就意味着PL10具备更强大的空中格斗能力。而且J20的格斗弹弹仓设计也非常先进,可以把PL10格斗弹伸出弹仓外,然后再关上弹仓门。这样既可以实现发射前锁定目标,还不会破坏J20的隐身能力和气动外形。反观F22就做不到这一点,格斗弹开舱门伸出去之后才能锁定目标,而且此时无法再关上弹仓门,既破坏隐身能力也破坏了气动外形。而F35连在内置弹仓内使用格斗弹的能力都没有。而且PL10的弹径是160mm,比AIM-9X的弹径127mm大很多,而我国的固体火箭发动机的性能也是世界一流水平的,这就意味着PL10的飞行速度和射程会远远超过AIM-9X。

  这个参数基本就是PL15的参数 作为论文肯定是模糊一下的 这个你懂的

  PL15的有效射程在300公里左右 这个基本上都是不可逃逸区

  实际飞行距离超过400公里

  然后我们再来说说PL15,PL15很多人以为是中距弹,其实不是,PL15是远程弹。PL15的最大有效射程是300公里左右。而且这是在目标以1.2马赫飞行速度飞行并且以圆形轨迹脱离情况下取得的弹目距离,导弹的实际飞行航程已经在400公里左右了。有意思的是PL15弄成这样子是被美国人骗的结果。原来美国宣称AIM-120D将采用双向数据链和双脉冲发动机,射程能达到150公里。PL15搞定双向数据链倒是问题不大,但这个射程很难超越美国人的设计。于是来了一波疯狂走位,采用了高抛弹道加推力可调发动机。直接把射程飚到了300公里左右,回头再看,原来AIM-120D还没用上双脉冲发动机,射程最多在130公里左右。跟89式12.7mm机枪一样又被人给骗了。

  J20的隐身能力也是领先于F22的

  然后我们就来专门说说中美五代机的隐形技术。我们知道隐身能力对于现代战斗机来说已经是非常核心的战斗力了。对于目前装备的第五代战斗机来说,隐身能力是4S中最重要的那个S。隐身技术的手段非常多,从雷达隐身角度说就包括雷达隐身外形设计、雷达吸波材料、等离子体隐形、有源对消等多种手段。还有红外隐形、可见光隐形等方面。除此之外还有战斗机自己的雷达电子信号的隐身等等。雷达隐身外形设计在隐身设计中的贡献占据大部分,比例可能在70%~90%。下面我们先来说说雷达隐身外形设计。

  第五代战斗机的雷达反射特征

  F35的雷达反射特征

  上图是F35战斗机的雷达反射特征。战斗机的雷达反射特征使用RCS也就是雷达反射面积来描述,但是请注意两个重要的前提,雷达反射面积的数值在不同雷达波入射角度和不同雷达波频段上是不同的。上图指的是10GHZ的频段,也就X波段,这个是战斗机火控雷达最常用的工作频段。如果是在不同的频段上,这个反射特征可能会大不相同。我们可以看到在水平方向上,不同的角度,雷达反射面积是不一样的。性能最好的是在机头方向上,大概在0.1平米的量级。到了侧面就大了很多,正侧面也就是90度方向上最大,基本上是在10平米左右。但是也不要觉得这个问题是个很大的问题,因为飞机在快速运动中,雷达也在快速扫面,可能瞬间就会错过侧面90度的位置,然后反射面积又会迅速下降到1平米的量级。这样在雷达的屏幕上只是一个迅速闪过的亮点,因为电子器件通常都有一定的本底噪声,容易被当作虚警信号而过滤掉不显示。这是跟上一代战斗机的雷达发射特征有明显区别的地方,上一代战斗机没有隐身设计,雷达反射特征往往各个方向上比较均匀。

  平板的雷达反射特征(X波段)

  我们可以看到,实际上只有机头指向的雷达反射特征是相对理想的,其它方向上都是比较差的。实际上不光是F35,所有五代机的雷达反射特征都是类似的。那么如何降低雷达反射面积呢?我们来看看雷达反射的特点。雷达反射的重要特点是雷达反射面积跟雷达入射角度高度相关。上图是一块平板的X波段反射特征,当雷达波垂直入射时反射面积为10dB,随着雷达入射角度的增大,雷达反射面积迅速减少,减少的速度是指数级别的。当入射角度达到30度时。雷达反射面积已经降到垂直方向上的0.0025倍。请注意这是在没有使用雷达吸波材料的情况下取得的效果。所以我们可以知道,只要增大雷达波入射角度就可以非常有效的降低雷达反射面积。反过来说如果雷达入射角度如果小一点,雷达反射面积就会大很多。

  中美五代机的雷达隐身外形设计

  J20的正面优势是垂尾后掠角度大且高度低

  对机头指向来说,雷达反射主要来自机翼、垂尾、进气道、座舱等部件。对机翼来说,增大后掠角度可以降低机翼的正面反射,这方面F22不占优势,后掠角度比较小。对于垂尾来说对正面反射面积也会有相当大的贡献,所以垂尾前沿的后掠角度就要比较大,比如像J20和F35的垂尾。反面教材就是F22,垂尾前沿后掠角度不够大,而且垂尾非常高大,对正面RCS的贡献比较大,可能不亚于机翼。这个其实也是FC31战斗机修改垂尾后掠角度的一个重要原因。

  F22正面的问题是垂尾后掠角度小而且垂尾过于高大还有进气道隔道

  另外,战斗机正面雷达散射有三个主要来源,座舱、进气道、雷达天线罩。这三者都是空腔,如果有雷达波进入会产生强烈的散射,会在正面产生比较大的RCS贡献。对座舱来说,处理的方法主要就是座舱玻璃镀膜,让其变成导体,这样雷达波就无法穿透了,被反射到其它方向无法返回雷达波入射方向,雷达就无法收到反射信号了。无论J20还是F22和F35都是这么处理的,这方面都没有明显的问题。J20和F35虽然都有座舱玻璃加强框,但都在玻璃下面不影响RCS。对雷达天线罩的处理主要是使用频率选择性材料,让火控雷达工作波长以外的雷达波无法穿透,这样雷达入射角度就会变得非常大,雷达天线罩对正面的RCS就会非常小。战斗机火控雷达通常使用X波段。对付可以穿透天线罩的X波段,主要手段是把雷达天线阵面倾斜安装,通常后倾十几度,就足以大幅减少正面的RCS。然后在进气道设计上,F22是相对比较差的,因为还存在进气道隔道,这个缝隙宽度接近S波段波长,对正面RCS会有相当贡献,而F35和J20采用了DSI进气道,没有进气道隔道所以完全不存在这一问题。所以从正面来说,F22是相对来说最差的。从这一点上来说,不要相信那些说F35的正面RCS不如F22的说法。

  F22侧面最大弱点是垂尾面积太大

  J20的侧面优势是垂尾非常小

  从侧面投影面积来看,机翼和平尾占的比例很小,对机翼和平尾来说,来自侧向的雷达波的入射角度非常大,因此产生的雷达反射面积可能低于万分之一平米。战斗机侧向的雷达反射主要来自两个东西,一个是机身,一个是垂尾。这两个东西在机身侧面的投影面积中本来就很大。所以我们可以看到第五代战斗机的垂尾都不是垂直的而是外倾的,至少15度左右。中美三型五代机,以J20的垂尾面积最小,可能只有F22垂尾面积的一半都不到。J20采用了上单翼下反设计,这样可以用弱反射的机翼遮挡雷达入射角度比较小的机身从而减少机身的雷达反射。因为F22采用了二维矢量喷管,所以喷管的侧面RCS比较小。J20为了解决圆形尾喷口侧面RCS比较大的问题,采用了垂尾和腹鳍遮挡尾喷口的手段来减少三维矢量尾喷口的侧向RCS。总的来说,侧向RCS特征最差的还是F22。

  J20的各水平翼面边沿也遵守平行原则

  所谓平行设计原则是指对战斗机的棱边边沿线在水平投影方向上进行平行设计。战斗机上有很多棱边的边沿线,比如机翼、平尾、垂尾的前后及侧面边沿,进气道唇口、机身、尾喷口棱边、尾撑边沿等等。采用平行外形设计的好处是可以减少水平方向上的波峰数量,将小的波峰合并到大的波峰中。对这些棱边来说,其基本上是一条直线,其产生的反射是一个高度指向的针状波束,如果能够将这些波束的数量减少就可以在空间上减少被雷达探测到的概率。所以隐身战斗机普遍采用了边沿平行设计。甚至是机身上一些锯齿形设计也遵守平行设计的原则,以尽最大可能减少雷达反射。这方面中美五代机都是遵守平行设计原则的。

  尾喷口边沿采用锯齿形设计是减少雷达反射的重要手段

  我们再来看看机尾方向,这个方向上的雷达反射面积基本上是正面的十倍。这当中贡献最大的是尾喷口,因为尾喷口是个中空结构,而且里面基本上都是金属结构。这样的结构是一个非常大的散射源,贡献了大部分的尾向反射面积,当然喷管边沿也有相当大一部分,主要解决方法就是采用锯齿形边沿设计。这方面J20因为发动机推力上有差距,为了避免推力损失,没有采用锯齿形喷口边沿设计,但采用了陶瓷基复合材料制造喷口调节片,也起到了减少RCS的作用。其实很早国内就有尾喷口内设计的雷达波屏蔽器专利公开。国外也有F35尾喷口内安装雷达波屏蔽器的说法。但似乎没有明确的证据能够证明这一技术已经实际投入使用。总的来说,中美三型五代机,雷达隐身外形设计水平最高的是J20,其次是F35,主要弱点是腹部不够平坦,会有比较大范围的反射,但不在水平方向上所以影响有限,F22的问题则比较多是垫底的。

  鸭翼是否真的对雷达隐身不利

  网上经常听到有人说鸭翼最好装在别人的飞机上,以此来证明鸭翼不好,不利于隐形。但实际上这句话跟隐形没有一毛钱关系。这句话是美国F16的设计师在六七十年代讲的,原因是因为当时的美国还没有掌握鸭式气动布局,关键的技术障碍是鸭式气动布局有一个技术难点,就是鸭翼随飞机迎角增大过程中气动特性会出现非线性,简单的讲就是随着机身迎角的增大,鸭翼的气动特性不是连续稳定变化的,有时会出现突变,这就造成鸭式气动布局难以驾驭。后来一直到电传操纵系统出现后才解决了这个难题,解决了这个问题之后,鸭式气动布局相对于常规气动布局的技术优势就充分发挥出来了。八九十年代以后,世界各国研制的战斗机大都选择了鸭式气动布局,如欧洲的阵风、台风、鹰狮39和我国的J10、J20。相对于常规气动布局,鸭式气动布局的技术优势非常大,前面一篇文章已经仔细谈过,这里就不再重复了。

  那么鸭翼是否真的对隐形非常不利呢?对机头方向上的RCS来说,虽然鸭翼会产生反射增大反射面积,但同时也会遮挡后方的机翼,机翼反射面积会相应变小。鸭翼和机身之间的狭窄缝隙会是一个散射源,刚开始J20的验证机还用一个小小的边条来遮挡这个缝隙,但后来到原型机干脆就取消了,可见鸭翼和机身间的缝隙对机头正面的RCS贡献有限。另外鸭翼内部结构很简单,实际上从J10开始鸭翼就是用复合材料来做的,不像机翼内部还有各种金属部件,甚至可以完全用透波型复合材料来做。此时对雷达来说,鸭翼基本上是不存在的。

  实际上鸭翼只有在一种情况下会对正面RCS产生一定影响,那就是当鸭翼偏转角度比较大时。但是这可以通过一些策略进行改进,比如通常的仰俯操纵主要通过机翼上的升降副翼来完成,只在高机动状态再动用鸭翼,这样就可以解决问题。而当需要鸭翼大幅度动作的时候其实应该是近距离空战的时候,而此时可能早就肉眼可见对方了,鸭翼大幅度动作有没有增大RCS已经无关紧要了。

  此外,我们站在另一个角度来论证一下。假设鸭翼对J20机头方向上的RCS有比较大的影响,那么对常规气动布局来说,平尾对机尾方向上产生的影响也是类似的。而且即使是来自机头正前方的照射过来的雷达波,在到达平尾末端时也会产生绕射,从而对机头指向的RCS产生负面影响,换句话说此时平尾也会贡献RCS。虽然双方都希望以自己RCS最小的方向指向对方,但是实际相遇时各自所处角度是随机的,各个角度都有可能,特别是双方RCS水平相差不大时。站在气动布局的角度考虑,无论是鸭式气动布局还是常规气动布局都一样,发现对方的概率是接近的,不会出现某种气动布局占据很大优势的情况出现。所以,鸭翼对隐形非常不利这句话无论如何都是错误的。

  某鸭式气动布局的隐身战斗机RCS是0.001~0.005平米级别的

  在一份鸭翼RCS技术研究的论文中,透露出一个信息,某鸭式气动布局的隐身战斗机RCS是0.001~0.005平米级别的,这一水平明显是超过F22战斗机的。这个鸭式气动布局的战斗机是谁想必大家都清楚。虽然关于F22战斗机的正面RCS有各种各样的夸张说法,从百分之一平米到万分之一平米都有,但比较权威的数据是0.01平米。

  J20进气道侧面安装的隐身格栅

  珠海航展展出的国产超材料制作的隐身格栅

  雷达吸波材料

  我国J20战斗机采用的雷达吸波材料是超材料,在技术上比美国采用的雷达吸波涂料领先一代。用超材料来实现隐身相对于传统的雷达吸波涂料有什么技术优势呢?首先是覆盖频带宽,有很多研究成果表明,超材料完全能够覆盖1-18GHZ频段,也就是大部分军用雷达常用频段,甚至可以覆盖更宽的范围,比如太赫兹频段。而传统的雷达吸波涂料最多只能覆盖到S波段。因为雷达吸波涂料受其工作原理限制,隐身频段和涂层厚度相关,其最大工作波长最多只能达到涂层厚度的十分之一左右。而在作战飞机上能够涂装的吸波涂料厚度是有限制的,这就导致传统的雷达吸波涂料无法实现对L及以上波段的雷达波的隐形。这个就是我国先进米波雷达早在2013年就可以在四五百公里外连续跟踪F22的根本原因。

  早在2013年我国的先进米波雷达就可以在四五百公里外连续跟踪F22战斗机

  用超材料来实现隐身的另一好处是不会出现起泡、裂纹和剥落现象。传统雷达吸波材料的缺点就是容易出现起泡、裂纹和剥落现象。

  F22座舱前面的隐身涂料已经龟裂

  2019年8月,美国EAA“天空冒险”(Airventure)航展上,F-22战斗机飞行表演队两架来自弗吉尼亚州兰利空军基地的F-22进行了飞行表演。其中一架F-22机身表面的隐身涂层出现了明显的龟裂和剥落现象。

  F22座舱前面破裂剥落的隐形材料涂层

  其实不光是F22,美国的F35也面临着同样的问题,甚至每次飞行回来后都要重新修补,否则就会影响隐身能力。

  F35的隐身涂料也存在起泡剥落的问题

  超材料是隐身结构性材料

  超材料是一种隐身结构材料,也就是说超材料不但可以实现隐身也可以充当结构材料。这和隐身涂料是不一样的,隐身涂料和结构材料比如飞机蒙皮本身不是同一种材料,其各项性能指标是不一样的,特别是热膨胀系数不会完全一样,这样在飞行过程中,涂覆在结构材料外面的隐身涂料不断经历和空气摩擦引起的温度变化,时间久了就容易起泡、龟裂或者剥落,就像F22和F35遇到的情况。而超材料本身就是结构材料,根本就没有这种两张皮的结构,所以可以完全避免这种材料起泡剥落的情况。

  F22的地勤正在剔除龟裂剥落的隐形涂料

  采用超材料的另外一个好处是可以大大简化后勤维护,缩短维护时间,降低维护条件,大大节省维护成本。维护也不一定非要用恒温恒湿的机库。而F22的维护是离不开恒温恒湿机库的,不但维护过程复杂,而且维护时间长,大大影响了F22的出勤率。

  F22的维护必须要恒温恒湿的机库

  隐身超材料使我国的先进飞机和大型无人机告别“涂料电磁调制时代”,这个涂料电磁调制通俗的讲就是雷达隐身吸波涂料。通过采用隐身超材料技术,我国的隐形战机和大型无人机实现了电磁调制、传感、结构、承载一体化设计,让装备的电磁调制性能成数量级提升的同时。新一代隐身超材料是业界唯一实现免维护,全频段、全方位隐身的跨代技术,可减轻战机隐身结构50%的重量,并从根本上解决了传统涂料隐身无法维护的问题,全寿命周期使用成本降低50%。综上所述,我国的J20在隐身材料技术领域技高一筹,广泛采用了超材料作为隐身材料,要比美国采用的雷达吸波涂料领先一代。

  J20是我国空军首个性能遥遥领先于国际先进水平的大型主战装备

  前面一篇文章我们谈到了中美两国的第五代战斗机的的性能对比,我国J20战斗机的航电系统架构领先F22战斗机一代和F35是同代。J20的火控雷达采用的是数字阵列雷达,比F22和F35使用的主动有源相控阵雷达领先一代。J20的雷达功率器件使用了第三代半导体器件氮化镓功率器件,技术上比美国F22和F35火控雷达使用的砷化镓功率器件领先一代。氮化镓功率器件的功率可以达到上一代砷化镓功率器件的十倍。在雷达性能上,J20的火控雷达对第三代战斗机大小的目标可以达到300公里左右的探测距离,要比F22的200公里探测距离远得多,比F35的160公里探测距离领先更多,配合300公里射程的PL15远程空空导弹,可以做到抢先发现,抢先攻击。J20配套的PL15远程空空导弹射程也比美国AIM120D的130公里远得多,导致美国不得不启动AIM260项目来追赶PL15。在讨论区很多人说你这里到处都是领先一代,那不成六代机了,要说明的是这里说的都是单项技术的代次,和战斗机的划代不是同一个概念。这是回顾上一篇的内容。

  军事专家证实WS10B也是有矢量喷管的 这个其实我们去年的文章都已经聊过了

  那么这篇文章我们就来接着聊,前一篇文章的讨论区里很多人又开始喷发动机。那么,J20的发动机目前是什么水平呢?很多人认为J20装备的是俄罗斯的AL31发动机,其实根本就不是,J20从首飞开始到服役用的都是WS10B发动机,而且是带矢量喷口的。关于J20的首飞发动机,实际上在2011年年底央视就已经公开了,只是很多人当时并没有注意。换句话说这件事其实早就官宣了,我们去年有一期视频节目就有当年的央视节目为证,感兴趣的可以看下本号的视频节目。然后我们来说说WS10B的性能,WS10B虽然看编号像是WS10A的改进型号,但实际上变化非常大。因为WS10B用的核心机不是WS10A的核心机而是高推核心机。WS10B的中间状态推力在97千牛左右,加力推力144千牛。这些参数深圳卫视在报道J10C服役时曾提到,只是中间状态参数说的比较含蓄,说超过90千牛。其实如果大家对发动机有所了解的话,就应该知道即使90千牛的中间状态推力也比WS10A的7.5吨中间状态推力要高出20%以上。这样的性能提升已经是跨代的性能提升,是原来太行发动机的核心机绝对做不到的。换句话说WS10B的核心机已经换了。虽然跟F22战斗机使用的F119发动机相比性能上仍有差距,但不是代差。而且WS10B采用的是三维矢量喷口比F22采用的二维矢量喷口强大的多,两者完全不在一个维度上。

  J20矢量尾喷管偏转动作明显

  实际上J20的飞行性能比如超音速巡航速度和空中机动性能一点都不比F22差。既然WS10B的性能和F119相比仍有差距,为什么会出现这种情况呢。因为战斗机作为一个复杂的系统,和其它战斗机比拼时,实际上是从系统顶层的性能开始比拼的,并不是一上来就把零部件性能拿出来,谁的发动机性能先进谁就赢了。因为系统性能高低比如飞行速度的高低、空中机动性能并不完全取决于动力,还要看气动设计水平。飞行性能体现的是动力和气动的综合能力。如果气动设计不当,即使使用推比10一级的发动机,也无法实现超巡,F35就是现成的例子。

  这是17年前顾诵芬写的文章 今天再来看数据仍然有些保守 原因你懂的

  J20为什么可以在动力性能落后的情况下实现超越F22的飞行性能呢,核心原因在于J20的气动设计水平比F22高得多。J20的最大升力系数在2.1~2.2,而F22最大的升力系数最多在1.7左右。十几年前国内就有专业文献提到J20的升力系数,今天再来看还是有些保守。无论怎么说J20的升力系数相对F22都有30%左右的优势,甚至实际数字可能比这个还要高。这是因为J20的鸭式气动布局要比F22的常规气动布局强大很多。我们知道现代战斗机气动性能的提升都跟涡流有关。J20有两套涡流发生器,一个是鸭翼,一个是机身边条。鸭翼能够产生的涡流比F22使用的常规气动布局能够产生的涡流要强大得多。因为F22产生涡流主要靠进气道侧嵴,但是这东西的展向尺寸太小,产生的涡流尺寸和强度都很有限。而鸭翼的展向尺寸要大得多,产生的涡流尺寸就要大得多,这样涡流在经过机翼和机身上方时,气流速度更快而且压力更低,机身和机翼上下的压力差就更大,所以升力系数就更大。而且不仅如此,流经鸭翼下方的空气压力比上方大,经过鸭翼下方后会向上越过机翼上方,这样可以进一步向涡流补充能量,进一步加强涡流强度。这就是鸭式气动布局升力系数远高于常规气动布局的根本原因。

  首先,升力系数更高带来的是机动性上的巨大优势,因为升力系数高就意味着翼载荷更低,这就意味着J20的机翼载荷比F22低30%以上。有人说了,F22的机翼面积78平米,而J20只有68平米左右,这不影响机翼载荷吗。实际上这完全不影响机翼载荷,这是因为鸭式气动布局和常规气动布局的配平方式是不同的。常规气动布局重心在前,机翼升力在后,为保持平衡,平尾升力为负,这样才能平衡,也就是说F22机翼的升力等于机翼产生的升力扣去平尾产生的负升力。我们知道F22的平尾面积大概是10平米左右,78平米扣掉10平之后就是68平米,和J20基本一样。但J20产生正升力的不光有机翼还有鸭翼,也就是机翼面积还要加上鸭翼的面积。因为鸭式气动布局也叫抬式气动布局。重心在中间,鸭翼和机翼产生的都是正升力,三者相互平衡,这是鸭式气动布局的配平方式。同时因为J20机身上方的涡流强度和尺寸比F22更大,所以J20机身产生的升力也要超过F22机身产生的升力。因为五代机普遍是机身升力体设计,J20机身面积其实也比机翼小不了多少,这就进一步加强了J20的翼载荷优势。正是因为鸭式气动布局在气动上的巨大优势,再加上本来就不差的发动机,以及高出一个维度的矢量喷口。J20空中机动性都要比F22强大很多。

  很多年前J20就做过三倍音速飞行的气动实验

  很多人以为靠目前J20的发动机是实现不了超音速巡航的,其实这也是一个错误观点。因为虽然J20的发动机和F119比起来性能上还有些差距,但是差距不大,大家是同代动力,没有代差,推力大小还在同一个台阶上。WS10B的中间状态推力在97千牛左右,跟F119的105千牛相差不大,加力推力144千牛和F119的155.7千牛也相差不了太多。而J20的气动阻力要远小于F22。首先J20的长宽比更大,这样有利于减小超音速阻力,翼展在12.88米左右比F22战斗机13.56米的翼展更小,而且后掠角度更大,机翼面积和垂尾面积也要小不少,这些对减小超音速飞行时的波阻和摩擦阻力都非常有利。F22二维矢量喷管阻力小的优势早就淹没在系统阻力里面了。而且作为鸭式气动布局不存在常规气动布局带来的配平阻力问题,因为常规气动布局的平尾为了产生负升力会产生配平阻力,而鸭式气动布局则完全没有这一问题。J20在阻力系数上至少比F22有领先15%以上的优势,这就完全抵消了F119在推力上的技术优势而且还有剩余。所以J20在WS10B的推动下飞行速度不比F22差,最大飞行速度肯定是超过2马赫的,这一点从多年前J20就做过飞行速度3马赫的试验就可以看得出出来。因为两年前就有报道提到J20一分钟可以战斗巡航52公里,这就是2.55马赫以上的速度了,如果是高空以平流层的音速计算可以达到2.92马赫,这就是为何J20要做三马赫飞行试验的原因。

  实际上经过多年发展,我国航空发动机的水平现在又向前走了很远。WS15发动机已经经过多个小批次量产,目前已经到了可以进入部队服役的状态。如果服役试用一段时间没问题,就可以设计定型了。WS15发动机性能比WS10B又提高,中间状态推力在108千牛左右,加力推力156千牛。可以说已经追上F119发动机了。而且加力耗油系数只有1.98,比F22的2.4要好得多。发动机大修间隔已经提到4000小时,完全够用了。后续加力推力18吨左右的改进型号可能已在试飞当中了,这些都已经算锦上添花了。


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