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歼-20歼击机
作者:了解世界    发布于:2016-03-03 17:44:03    文字:【】【】【

 歼-20歼击机  

  

  

   英文名称: J-20 

  类型: 重型隐形歼击机 

  所属国家: 中国 

  研发单位: 成都飞机设计研究所 

 

-20是成都飞机工业(集团)有限责任公司为中国人民解放军研制的第四代(中国采用欧美主流的战斗机划分标准)双发重型隐形战斗机,用于接替歼10、歼11等第三代空中优势/多用途歼击机的未来重型歼击机型号。 

  

 

  歼-20是成都飞机工业(集团)有限责任公司为中国人民解放军研制的第四代(中国采用欧美主流的战斗机划分标准)双发重型隐形战斗机,用于接替歼10、歼11等第三代空中优势/多用途歼击机的未来重型歼击机型号。该机将担负我军未来对空、对海的主权维护任务。歼-20采用了单座、双发、全动双垂尾、DSI鼓包式进气道、上反鸭翼带尖拱边条的鸭式气动布局。机头、机身呈菱形,垂直尾翼向外倾斜,起落架舱门为锯齿边设计,机身以墨绿色涂装,远观近似黑色,而最新试飞的歼20(2014)采用跟F22一样的灰色涂装。侧弹舱采用创新结构,可将导弹发射挂架预先封闭于外侧,同时配备国内最先进的新型格斗导弹。  

 

  歼-20隐形战斗机于2011111日中午1250分左右进行首次升空飞行测试,1308分成功着陆,历时大约18分钟。整个首飞过程在歼10S战斗教练机陪伴下完成 。试飞不是一次就可以完成的,可以肯定的是任何一种新机型肯定要经过很多次试飞,在试飞中发现问题,并且不断改进,然后才是小批量生产并装备部队。在实践使用中去检验性能,当性能达到军方要求以后才会大批量生产并形成战斗力。 

 

  

 

  201432日,最新一架编号为2011的歼-20第四代战斗机成功首飞,标志着我国歼-20战斗机的研制迎来一个全新的阶段。这架全新的歼-20战斗机在外观上就与之前出现的编号20012002的歼-20战斗机大不一样,令广大军迷兴奋不已。接着,网友再次曝光2011号歼-20四代机地面测试猛图。可以看到在地面上的这架2011号歼-20战斗机弹舱全部开启,透露出杀气。 

  歼-20作为中国第四代重型隐身战斗机,融合全球多种优秀战机的设计于一体。这些技术包括: 

  美国F-22的菱形机头和整体式黄金镀膜舱盖(-20在此基础上进一步优化了升力体设计),从2011号机开始,改用F-35那种内置加强筋的一体化舱盖,据此推测舱盖变薄,以更及时的穿盖弹射方式跳伞,节省了抛盖的0.3-0.4

  美国F35的光电分布式孔径系统(EODAS),也被技术人员整合到歼-20战斗机上。值得骄傲的是,歼-20是世界上第二架应用EODAS的战斗机。  

  美国F-35DSI进气道改进型(-20为可调DSI的次世代进气道)  环球新军事  

  美国F22的弹舱布局:机腹下部为主弹舱,机腹两侧为格斗弹舱。不仅如此,为了加强隐身能力,歼-20还在弹舱上使用了先进的锯齿型舱门。

  中国歼10的鸭翼的改型(中国五代采用了上反鸭翼,与下反主翼等翼面配合,共生涡升效应); 

  多种三代机(如美国F/A-18)采用的大边条及翼身一体设计的改型;  

  俄罗斯T-50的全动垂尾(-20为全动差动垂尾)、推力矢量(实为殊途同归);  

  俄罗斯米格1.44的后机身设计(窄间距双发动机喷口,宽间距外倾双垂尾及腹鳍等都属于超音速减阻措施)的改型。 

  歼-20采用了单座、双发、全动双垂尾、DSI鼓包式进气道、上反鸭翼带尖拱边条的鸭式气动布局。

  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。

  首先鸭翼布局对于超音速巡航十分有利,对于超机动也同样有利。无尾三角翼有利于实现面积律,这是人们早已熟知的。另一方面,由于隐身的需要,机翼后缘不应该是平直的,机翼后缘都带有前掠可以在相同翼展情况下增加翼面积,降低翼载,并增加翼根长度,改善翼根受力情况,但这使得翼根后缘十分靠后,常规平尾的位置很难安排,F-22T-50都只得在机翼后缘斜切一角,才能挤进平尾。由于平尾和重心的距离很近,力臂较短,需用较大平尾面积才行。但采用鸭式布局的话,鸭翼在机翼前方,不和后延的翼根冲突,比较好解决。歼-20的鸭翼相对主翼的位置比歼-10 进一步靠前,增大了力臂,增强了效用,所以较小的鸭翼就可以达到很大的作用。  

  歼-20这样的中距耦合鸭翼的优点早已为人们所熟知,但为什么在战斗机上只有欧洲台风才使用呢?因为鸭翼可以有两个作用:配平和涡升力。远距耦合鸭翼有利于配平,但不利于产生涡升力。配平力矩强有利于加速改变机头指向,涡升力强有利于稳定盘旋,两者各有各的用处,但通过鸭翼的位置很难兼顾两者要求。另一方面就是飞行员的视界,远距耦合鸭翼常常遮挡了飞行员侧下方的视界,十分不利于空战格斗,欧洲台风就有这个问题。但歼-20的长度很长,对空战视界的影响很小,因为鸭翼下的视野早已被机翼挡住了,即使不安装鸭翼,那片视野也同样看不到。

  根据测算,歼-20的机身长度达到 20.30 米,比 F-22 的 18.92 米要长,和 T-50 的 20.40 米差不多。歼-20的进气口在机身两侧,机体本身较宽大,而机尾喷口是紧密并排的,所以可以肯定歼-20的进气道有相当程度的弯曲。加上 DSI 的有限遮挡,发动机正面不暴露在直射雷达之下是可以肯定的。而歼-20较长的机身设计是为了平衡发动机推力不足与高速、隐身和载弹量等方面之间的矛盾,减少为达到载弹量、航程等设计指标而加大机体横截面积而增加机身阻力的影响。

  F-22 同样弯曲进气道,但相比之下其总长要短很多,这可能是因为美国的进气道设计水平和发动机长度的关系,也可能是 F-22 采用固定进气道,而歼-20采用可调进气道的缘故。  

  歼-20的鸭翼是全动的,歼-20的双垂尾也是全动的。国外已知战斗机中,只有 T-50 带有全动垂尾,F-22 和 F-35 都是常规的固定垂尾加可动舵面。

  全动垂尾和全动平尾一样,都是飞控要求和水平提高的结果。传统的横向稳定的飞机设计中,后机身的水平方向投影面积应该大于前机身,这样飞机就像风向标一样,在横向是自然稳定的。后机身是指整机重心以后的部分。现代战斗机的发动机占了飞机重量的不小的一部分,飞机重心越来越靠后,所以机翼也靠后,造成F-18这样机头像仙鹤一样长长地伸在前面的样子。但这样,后机身的投影面积就越来越依靠垂尾,一个垂尾不够,有时还需两个垂尾。双垂尾还有额外的好处,可以把舵面差动动作(也就是同时向外,或者同时向里),充当减速板使用。像 F-18 那样的外倾双垂尾的舵面差动动作的话,还可以产生额外的压尾力矩,帮助飞机及早抬头,缩短起飞距离。外倾的双垂尾还有降低侧面雷达反射面积的的好处。对于远处照射过来的雷达,入射角基本上可以等同于水平入射,直立的垂尾像镜子一样反射,外倾的垂尾就明显降低了雷达反射特征。 

  不过外倾的双垂尾在飞控上比较别扭,不光产生偏航力矩,还产生滚转力矩,要达到飞行员的无忧虑操作,需要较高的飞控水平。歼-20比这还进了一步,采用了全动垂尾。全动垂尾变被动的自然稳定为用主动控制达到方向稳定,好处是可以用较小的垂尾,重量和阻力都较小,雷达反射面积也小,坏处是对飞控要求进一步提高。歼-20采用这样极端的技术,说明了成飞对先进飞控的信心。 

  F-22采用加莱特进气口,也称双斜切双压缩面进气口,或者斜切菱形进气口,不同的说法,都是一个意思。这个设计比 DSI 超音速性能好,适应的速度范围更大,但毕竟还是固定进气口,最终逃不过固定进气口的限制。好在 F-22 有两台变态的发动机,超音速巡航没有问题。T-50 的超音速巡航性能不清楚,T-50 的进气口和 F-22 有所不同,但原理大致相似。 

  F-35采用了DSI,只有一台发动机,尽管推力强大,还是力不从心,最高速度只有1.6马赫,无法实现超音速巡航。歼-20要做到超巡,但中国没有 F-22 这样变态的发动机,只有用可调进气口来帮忙,达到足够的超巡性能。四代的进气口上唇可以下垂,像 F-15 一样,这就是可调进气口。和 F-15 不同的是,F-15 的可调进气口是暴露在外的,而四代的可调进气口是包拢在进气口结构内的。四代这样做当然是出于隐身的考虑,但可能造成进气口唇口较厚、阻力增加的问题。工程设计本来就是得失权衡的过程,只要最终结果得大于失,这就是值得的。不过四代的进气口上唇下垂如何避免和 DSI 的鼓包打架,这还是一个有趣的问题,有待更多的细节图片才能解惑。活动上唇和固定外壳之间不可避免的间隙里,如何避免杂物和尘土嵌进去,造成可调上唇动作受阻,这也是一个具体的工程问题。五代的进气口可算是 DSI、加莱特和 F-15 那样的可调锲形的结合体,这也给了四代正面大青蛙一样的特征。 

  歼-20比较引人注意的倒退是那一对腹鳍。在传统设计中,腹鳍是后机身投影面积的一部分,是为了降低过高的垂尾用的,在大迎角垂尾受到机体遮挡时,腹鳍的方向稳定作用也比垂尾更显著。但四代采用全动垂尾的目的就是用主动控制代替被动的自然稳定性,再用腹鳍在道理上说不通。即使在大迎角垂尾作用受到削弱时,也可以通过副翼和襟翼的差动动作造成不对称阻力,达成偏航控制。B-2 和 YF-23 就是这样控制的。事实上,所有第五代战斗机中,歼-20是唯一采用腹鳍的,F-22F-35T-50 都没有采用腹鳍。T-50 或许可以用推力转向补充大迎角方向稳定性的主动控制,F-22F-35 可没有这样的能力,F-22 的推力转向只能上下动,不能左右动。事实上,在西方的第三代和三代半战斗机中,只有F-14F-16采用腹鳍,F-15F-18、鹰狮、台风、阵风都没有腹鳍。苏联第三代的苏-27有腹鳍,米格-29也没有。那为什么三代回到已经过时而且和主动控制思路相悖的腹鳍呢?有可能这是米格 1.44 的影响,这是可动腹鳍,用于大迎角时的主动控制,或者这只是四代技术验证机阶段的过渡措施,作为减小面积垂尾的保险。

  对于外军研制隐形战机的经验,隐形能力和气动外形往往不能兼备,而普遍认为鸭式布局会影响战机的隐身效果,所以外军已装备或在研的隐身战机都无鸭式布局先例。这种理论是否会在J-20上得到印证,还不得而知,但用常规眼光来看,J-20战机空中机动时前端鸭翼的偏转,以及机尾固定的腹鳍,都会在飞机前方和侧面形成较大的雷达反射面。或许这也是J-31保持常规气动布局的原因。 

  

  歼-20在机腹部位有一个主弹仓,机身两侧的起落架前方各有一个侧弹仓。 

  歼-20的侧弹舱门为一片式结构,这个弹舱舱门向上开启,弹舱内滑轨的前端向外探出,使导弹头部伸出舱外,再直接点火发射。 

  值得注意的是,歼-20的侧弹仓门,为一片式结构和起落架仓门是衔接的,共用一条锯齿缝,两个仓之间相互被隔断,但是表面盖板却是相邻的。这样的设计减少了一条散射缝,对隐身有利。歼-20在弹出导弹发射架后,弹仓舱门依然可以关闭。这样的设计有利于减小阻力和飞机的雷达反射面积,是一种非常好的隐身设计。西方的隐形战机在空中发射导弹时,必须打开导弹舱门,然后导弹发射挂架伸到舱外实施发射。这个过程虽然短暂,但是却是最致命的,因为正是在这个时刻,暴露的舱门和舱内结构使得隐形战机不再隐身,雷达反射截面突然增大,从而使得敌方的防空雷达有机可乘。科索沃战争时,美国一架F-117战机,就是在发射导弹时暴露了自己,从而成为世界上第一架被击落的隐身飞机。 

  这个结构非常简单,只需要一个旋转机构和一个液压作动筒,就完成了全部发射动作,如图所示,新型格斗导弹被安装在一个旋转机构的挂架上,当导弹发射时,侧弹舱舱门打开,导弹挂架被旋转机构转出舱外,然后侧弹舱舱门关闭,导弹在挂架上发射。应该说,歼-20的格斗导弹发射方式设计的更聪明,避免了很多气动和强度上的麻烦。一般来说,格斗弹锁定时机往往只有23秒的时间,从按电钮-电机启动-舱门全开-导弹发射这4个步骤下来耗时至少得3秒,确实会贻误战机。歼-20的格斗导弹可以事先放在舱外,这就是巨大的发射时机优势,可以比F-22更早发射。如果格斗战全过程打开侧弹舱对气动效果影响较大,飞机的颤动和乱流导致的阻力增大会降低机动性能。

  外国媒体称歼20战斗机的第01批次将使用从俄罗斯进口的AL-31FN cep3发动机,这款发动机的性能参数类似于99M1发动机,该型发动机具备FADEC系统,让歼20战斗机首次实现了飞火推一体飞控。据悉,由于涡扇-15发动机研制进度严重落后,这种发动机还没有进行高空台试飞,已基本不可能装备首批量产型歼-20战机。据悉,根据歼-20战斗机螺旋提升发展计划,首批歼-20量产型战斗机将在2015年左右交付解放军空军沧州试训中心,2017年左右交付解放军空军一线部队,2019年左右实现IOC能力。这个批次的歼20战机将准备俄制99M2发动机或117S发动机,到2020年左右,随着涡扇15发动机的成熟,歼20战斗机将发展出第二个批产型号装备国产发动机的歼20A

 

  

  

   

  

  

    服役部队 

  

  

 

人民解放军空军和海军航空兵部队 2016-03-0317:48:30

脚注信息

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