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歼-20发动机不比美俄差分毫
2018-01-05 14:32:52

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 歼-20

 

  歼-20小批量服役后,大家对于其发动机尾喷口的隐身效果十分关注。不少人认为歼-20采用圆形的三元喷口,天生不利于隐身,没法像F-22的二元喷口那样实现红外和雷达隐身,而且其性能也比不上俄罗斯刚刚露面的第五代涡扇发动机“产品30”以及F-35战斗机使用的F-135发动机,事实是这样吗?

  歼-20发动机具备与F-35相似的隐身功能

  歼-20的发动机尾喷管能不能隐身?很多人都注意到了其发动机外部与机身连接处的包覆部分,采用了一种奇特的结构——锯齿形裙边结构。大家很快就想到了F-35的发动机尾喷口,也有类似的锯齿形裙边结构,不过与歼-20稍有不同的是,F-35发动机的锯齿边,直接出现在发动机尾喷口的边缘处,那么,锯齿形裙边结构,是不是跟隐身有点关系呢?

  (F-35和歼-20两种锯齿形裙边轴对称喷管设计方案,可以看出锯齿的具体位置和结构有所不同,但总体隐身思路是一致的。)

  实际上确实如此。所谓锯齿形裙边喷管技术,在三元喷管上又称锯齿形裙边轴对称喷管,在技术原理上与歼-20机身机翼以及起落架舱、内置弹舱开口的锯齿或者平行线外形设计类似,最终目的是使得反射的雷达波能量不会集中在敌机最常出现的方向上,而是尽量集中反射向在敌机较少出现的方向。更具体而言,当雷达从前方小角度照射到机身与喷管时,会有一部分能量沿表面爬行而产生“表面波”。表面波爬行到电磁性质不联机的边界时,就会沿垂直于边界的平面发出碟状散射。将喷管后缘改成锯齿状可让后缘散射往斜方向发展,降低前半球回波,使得雷达波向非重要方向散射。因此通过锯齿修形,可以减少发动机正后方的雷达波反射信号特征,这会令尾追或者跟踪的敌机、雷达制导导弹更难于搜索跟踪。也就是说,最大限度压缩后向雷达散射截面积RCS。

  与此同时,锯齿形裙边喷管技术还能实现很好的红外隐身效果,能达到“一石二鸟”的目的。从技术角度来看,所谓降低发动机的红外辐射特征,办法无非就是降低发动机尾喷管喷出的高温气流的温度,使其红外辐射下降。怎么降温?就是通过增强外界气流与发动机喷流的掺混,降低喷流的核心温度。而试验证明,锯齿形裙边喷管,恰恰能起到这种效果。

  我们虽然已经知道了歼-20的锯齿形裙边隐身修形是一种非常有效的红外隐身设计,但它具体能起到多大的效果,没有公开资料说明。不过与它采用相同技术的F-35战斗机曾经有研究人员专门对其进行过仿真测量试验。根据公开的仿真测量试验结果,有锯齿形裙边的喷管计算模型在喷管出口环形边缘100毫米内喷管出口附近喷流的温度普遍降低,分别取同位置、等距离的3个截面,提取中间截面上的温度分布数据发现,在射流核心区域,有/无锯齿形裙边喷管温度场的计算温度基本相同,但当接近锯齿形裙边所在的径向位置时,有锯齿形裙边喷管温度场的计算温度有所降低,平均约降低28K,经过计算可知红外辐射强度降低最大的角度为30o左右,降低幅度接近10%。

  由于F-35被公认为具备相当的隐身性能,其RCS雷达反射截面积在0.1平方米左右,很显然,歼-20由于采用了与其原理一致、结构类似的发动机隐身技术,其后机身隐身效果应该与F-35相当。

  俄“产品30”也采用锯齿形裙边设计

  此前网上有一种观点,认为苏-57是一款“不怎么隐身”的战斗机,那么从其发动机“产品30”来看,苏-57真的不隐身吗?

  从此前俄罗斯媒体报道中展示的一张很可能是“产品30”发动机的矢量尾喷管的特写图来看,其尾喷管边缘也采用了锯齿形结构,即在F-35和歼-20发动机上得以应用的锯齿形裙边设计,俄罗斯人也从善如流予以采用,其尾喷管的锯齿形裙边结构与F-35的F-135发动机尾喷管结构极为相似。

  由此可见,俄罗斯在苏-57和“产品30”上,采取了与美国F-35相同的隐身技术思路。

  锯齿形裙边隐身技术分析

  从歼-20、F-35和苏-57三款五代机的发动机尾喷口结构设计我们可以得出结论。

  首先,有F-35的试验和实践结果在先,足以表明锯齿形裙边隐身技术的确是一种行之有效的隐身技术。

  其次,当然从雷达隐身效果角度讲,歼-20、F-35和苏-57发动机所使用的锯齿形裙边轴对称喷管技术要比F-22采用的二元隐身喷管技术隐身效果稍差,这虽使隐身性能有所降低,但由于锯齿形裙边轴对称喷管相比二元喷管推力损失小、结构简化、成本低、质量减轻显著。加上三元矢量喷管技术在超机动性方面相比二元矢量喷管的压倒性优势。综合衡量,可以说苏-57和歼-20在隐身和超机动性上取得了较好的平衡,综合效能甚至比F-22稍优。

  第三,歼-20、F-35和苏-57系中美俄三国独立研发,在技术上不存在谁抄袭谁的问题,三者在三元矢量喷管的隐身结构上不约而同选择了锯齿形裙边结构,很显然都经过了大量的研究和试验,结果就是三者殊途同归,三个国家的发动机技术专家们一致认为“锯齿形裙边技术是处理三元矢量喷管雷达和红外隐身的最佳方案”。

  涡扇-15未来不比F-135和“产品30”差

  有一点必须强调,目前歼-20战斗机虽然在发动机上使用了锯齿形裙边隐身设计,但目前的第一阶段歼-20战斗机,使用的并非是涡扇-15新一代大推力发动机,而是经过国产改进的一款现役发动机。但由于在歼-20第一阶段方案上锯齿形裙边隐身技术已经得到了很好的应用,所以虽然涡扇-15尚未有官方图片刊出,我们依旧可以大胆推测未来涡扇-15也将会继续使用“锯齿形裙边隐身结构”这一设计。从这一角度来看,涡扇-15和俄罗斯“产品30”以及F-135同为推重比10一级的第五代军用小涵道比涡扇发动机,又采用了同样原理和结构的尾喷管隐身技术,三者的性能很显然十分接近。起码在隐身性能这一领域,我们的涡扇-15绝不比俄罗斯“产品30”和F-135落后分毫!不久之后即将问世的涡扇-15,肯定将会是一款能够与F-135、F-119和“产品30”分庭抗礼的新一代发动机,它也将会是歼-20逐鹿蓝天的坚实基础和保障!     兵工科技

主编:孙小伟   编辑:杨子梦

 

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