近日,中国航空工业在珠海航展上首次公开了歼-20隐身战斗机的部分基础数据,其中21.2米的长度,较之外界此前估计的20.5米多出0.7米。同时,铭牌上标注的2.0马赫最大速度,与此前广为流传的2.8马赫有着不小差距,似乎令外界大失所望。但事实上,这两个关键数据曝光之后,国人不仅不应该感到失望,反而应该更加振奋,估计就算美国空军也要倒吸一口凉气,因为这两个数字背后的意义,要比大家想象的大很多。
航展航公开了歼-20部分数据
首先要说明的是,国内之所以对歼-20机身长度和最大速度这两项数据,有些不明就里,还是由于此次公布的数据不够全面。实际上,如果试图真正认知一架战斗机的性能,至少还需要三个数据,分别是机翼面积、空机重量以及最重要的机体截面积。
所谓机翼面积,也就是战斗机两翼的表面积,无论一架飞机的尾翼、鸭翼和矢量喷管如何,机翼始终都是一架飞机最主要的升力来源,其机翼面积与机身长度的关系,能直接反映战斗机的基本性能。举个例子,美国F-35隐身战斗机共有A、B、C三个型号,三者的长度相差无几,但A、B两型的机翼面积为42.7平方米,只有作为航母舰载机的F-35C大幅度增加机翼面积,达到62.1平方米。这是因为,美国海军航母缺乏舰载加油机,增大机翼面积有利于增加机内载油量,F-35C的内油量就从F-35A的8.2吨增加到了8.9吨。同时,大翼面也有利于提高战斗机的低速起降性能,这对于在航母上运作的舰载机来说非常重要。但一般来说,翼面积并不是特别关键的信息,像美国F-22、F-35早就公开了翼面积的详细数据。此次中航没有公布歼-20的机翼面积,只能说是国内一贯谨慎的行事方式。
洛克希德·马丁公司公开的F-35数据
重量对于一架战斗机性能的影响是不言而喻的。理论上来说,重量越低,战斗机的机动性能就越好,后期改进的潜力也越大。全机空重与战斗机尺寸综合起来分析,就可以大致判定战斗机整体设计和材料水平,因此空重的敏感性比翼面积高出不少。一般来说,在一款新型战斗机诞生之后的很长时间里,空重都是保密数据。目前在F-22 、F-35、苏-57、歼-20四款隐身战斗机之中,只有F-35确切公开了13.3吨(F-35A)的空重数据,这还是因为F-35挂着一个“全球联合”的名义,使用国家众多,这种基础数据保密并没有什么意义。相比之下,F-22只在早年给出了一个19.7吨的模糊数据,而这个数据对于F-22的尺寸和美国航空工业的实力来说,是有很大问题的,外界一般认为应该是美国空军对F-22一种作战状态的定义,而不是传统概念上的空机重量。俄罗斯苏-57本身性能并不成熟,而且俄罗斯航空工业近年来在飞机数据上的信用表现不佳,使得外界难以窥见苏-57的真面目。歼-20的这项数据,一直以来更是秘而不宣。
F-35C的机翼是在三个型号中最大
机体横截面积是这三者中最核心也最关键的数据,直接关系到战斗机弹仓尺寸、雷达孔径、机内载油量以及设备安装空间容量,可以直接评估战斗机的许多关键性能。这个数据在各国都是属于需要保密的核心指标,甚至有些战斗机直到退役都没有公布。目前来看,这四款隐身战斗机没有一款公布机体横截面积。正是因为歼-20从未公布过这些关键数据,使得舆论对于歼-20的性能产生了一些误解。事实上,作为目前唯一能与F-22比肩的重型隐身战斗机,歼-20虽然比18.9米的F-22长了2.3米,宽度却反而窄了0.55米,在高度上也低了0.4米。也就是说,相比于F-22,歼-20会显得“纤细”和“狭长”,但这恰恰展示了成飞在设计歼-20时的“高追求”。
相对“纤细”的歼-20
F-22是美国在80年代末期研发的一款隐身战斗机,彼时美国航空工业水平相比苏联已明显领先,在苏-27战斗机于1985年验收服役之后仅两年,美国在F-15A基础之上衍生的第二代改进型号F-15E多用途战斗机就已经诞生,两者的技术差距已经拉大到10年。倘若按照美国的规划,在90年代末期批量服役的F-22,将使美国空军获得对苏联空军的压倒性优势,但苏联解体改变了这一切。苏联空军在1992年之后不复存在,继承了苏联空军大部分家当的俄罗斯空军,又在以远比生产速度快的节奏退役战斗机,而当时中国空军的主力甚至还是60年代的歼-6战斗机。最终,失去对手的美国空军,被国会砍掉了一大半F-22,更重要的是,这也对F-22的性能造成了很大影响。
F-15E是第一款由战斗机改进而来的多用途战斗机
美国空军早年针对F-22提出了经典的4S标准,但这个标准是用来对付苏联空军的,既然对手都不存在了,F-22的性能要求也就“水降船低”,虽然还是达到了最初的4S标准,但也就是勉强达标而已,远没有榨干技术和材料的潜力。如此成型的F-22最终成为一款偏重求稳的型号(相比于YF-23),或许美国空军认为只要达到4S的及格线,就可以充分压制衰落的俄罗斯空军,同时也能避免高性能带来的高风险。
F-22的重量是一个探究了很久的问题
F-35作为一款1994年才正式启动的战斗机,更是将这种思路展示得淋漓尽致。其核心思想就是在中俄空军威胁不大的情况下,通过降低机动性、超音速巡航性能,来降低成本和技术风险,从而扩大生产规模和影响范围。再加上三军通用的苛刻要求,使得F-35虽然有一台性能旷古绝今的F-135发动机,但最出众的反倒是隐身和航电性能。从效果上来看,美军这两款隐身战机面临的态势与美国空军的判断基本一致,即便俄罗斯T-50(苏-57原型机)在2010年首飞,美国空军也只是漫不经心地抛出了一份数百页的报告,本质上只有一句话:从苏-27基础上衍生而来的T-50,不能对美国空军造成有效威胁。但等到中国歼-20在2011年首飞之后,美国空军的态度就截然不同了。
不争气的苏-57总是被人低看一眼
国内成飞、沈飞两家战斗机设计单位,在竞争空军的隐身战斗机项目时,各自方案有明显区别。从表面上看,沈飞的气动设计比较新颖,甚至颇有一些激进,相比之下,带着鸭翼的歼-20,反而有一种“歼-10改”的落后气息。但实际上,这只不过是被表象误导的认识,两者的实际设计理念恰恰相反。沈飞的设计方案表面上追求技术上的先进,但实际上缺乏科学合理的总体规划,也没有深厚的技术积累,本质上缺乏跳出歼-11的窠臼研发全新款隐身战斗机的信心。相比之下,成飞抛出的歼-20隐身战斗机方案,看起来是“歼-10改”,但其设计追求比美国F-22都要高出一大截。
歼-10、歼-20均采用鸭翼设计
歼-20采用鸭翼距重心远、力臂长的远耦合鸭翼设计,是为了提高战斗机从高亚音速进入高超音速时,重心转移所需要的气动配平能力。同时,机翼有较大的后掠角和较小的相对厚度则是为了超音速巡航,远耦合鸭翼加上大弦长的机翼,歼-20机身想不长都不行,这也是最终看起来“狭长”的根本原因。而这种“狭长”带来的优势也有很多,除了上面提到的超音速能力之外,长机身也提高了飞机内部容积,增加了机内弹仓体积,这就是大载弹量。同时,内部载油量也能达到较为理想的水平,配合燃油经济性好的DSI进气道,这就带来了超大航程。再加上全面隐身设计和矢量喷管、优秀气动布局带来的超机动性,成飞的方案实际上是针对刚刚跨入4S标准的F-22,准备在超音速、载弹量、航程领域超出,在机动性、隐身领域持平的超高标准。考虑到当时国内刚刚完成歼-10的小批量生产,这些目标已经不能用“有追求”来形容,应该叫做“追梦”。
F-22曾经是难以逾越的高峰
成飞最强悍的地方在于,这场“追梦”在当时就有追上的可能。成飞的方案虽然在隐身、超音速巡航、超机动性领域应用了大量新技术,但很多都与自身在歼-10上验证的一系列技术相结合,属于典型的渐进式迭代方案,这表明成飞的方案绝非一时心血来潮,而是长时间、有逻辑的战略准备。换句话说,成飞在当时既给空军提出了一个超越F-22的型号,同时又指出了一个在理论上可行的方案,这恐怕是当时空军都没有想到的事情。如果说当时空军是真的是被惊掉了下巴,那也不是北方那家设计单位看似新颖实则保守的方案,而是成飞看似老旧的“歼-10改”,实则大胆“追梦”的歼-20。
追梦成功的歼-20
当然,并不是说其他国家都意识不到机体变长对隐身战斗机的好处。苏-57就是三款重型隐身战斗机中长度第二的型号,其长度达到19.8米,已经是在没有脱离苏-27升力结构情况下的极限长度了。美国F-22的设计时间过早,当时的航空理论并没有发展到如今的高度,同时又面临潜在对手实力比较弱小的现实,因而没有一味追求技术上的高精尖,也是可以理解的。而F-35作为一款单发战斗机,机体不可能做到太长,否则会导致机体结构密度过大等一系列问题,完全得不偿失。当然,机体变长并非没有缺陷,最主要的问题就在于高速飞行时,狭长的机体会导致机体应力集中,类似于“折筷子”的状态,这对气动布局、升力结构和机体材料提出了很高的要求,目前来看,歼-20应该是得到了比较妥善地解决。
为了满足F-35B垂直起降,F-35系列付出了很大代价
另外,成飞方案中的很多新技术,不仅是渐进式迭代的成果,更是前瞻性谋划和扎实沉淀积累的结果。举一个例子,DSI进气道。这是美国航空界在90年代开始研究的一项新兴技术,其最大的特点就是结构很轻,可以省下数百公斤的进气道口调节设备,同时还可以对进气道进行一定遮掩,提高飞机的隐身性能。成飞在短时间内将性能不凡的DSI进气道技术钻研消化,并将其应用于当时试飞的“枭龙”战斗机,在得到正反馈之后,迅速“白菜化”应用到歼-10、歼-20,甚至教练-9这种教练机上。时至今日,DSI进气道仍然只有中美两个国家使用,无论是俄罗斯还是英国、法国,都没有掌握DSI进气道的技术,并不是这些国家没有意识到DSI进气道的优势,但却都没能在短时间内实现突破,唯有成飞敏锐地发现关键前沿技术,组织力量进行攻坚并大获成功。
歼-20的DSI进气道和主弹仓
DSI进气道的表面看起来不过是个小鼓包,本质上却是不规则的弧形,想要真正成熟运用,必须对表面造型的掌控达到炉火纯青,每一个曲面细节都能顺手拈来。想要做到这一点,说难也不难,只要在从低速到高速,以及不同高度的风洞中,吹个几千上万次,大致就能够掌握。然而,且先不论拥有如此规模风洞群的国家本就屈指可数,就是在功率动辄几十、几百兆瓦的高速风洞中吹上千小时的代价,就没有几个国家负担得起,毕竟这仅仅是进气道口的设计而已。说白了,顶尖航空工业就是一个挥金如土的行业,没有足够的资源,就不要想在这个行业上做到领先。
成飞正是通过在歼-10B、歼-10C应用DSI进气道、有源相控阵雷达、先进航电架构等一系列准备应用于歼-20的技术,成功地降低了歼-20的技术风险。当然,这也并非不可复制的道路,俄罗斯在开发苏-57之前,也同样在苏-30SM和苏-35上应用了过渡性技术。但与中国歼-20成鲜明对比的是,俄罗斯苏-57至今还在苦苦煎熬。方法并不复杂,重要的是什么人去做。
苏-35的优秀不代表苏-57的优秀
而随着歼-20性能的不断成熟,其影响力也就越发显著。美国内部这些年针对F-35的“挑错行动”层出不穷,除了内部的利益纠葛之外,本质上可以简化成一句话:F-35不能有效对歼-20形成优势。这对于向来“享受”于领先地位的美国军队而言,是非常难以接受的。而美国目前也无法舍弃F-35,毕竟F-35虽然单机性能上不能压制歼-20,但还有数量优势。因此,美国及其盟友还在持续采购F-35,但随着时间的演进,歼-20的性能不断完善,对美国空军的压制就越强。
F-35的生产数量已经很多
当然,需要认识到的是,歼-20仍处于尚未完全成熟的状态。无论是只能携带四枚霹雳-15中距空空导弹的主弹仓,还是长期无法追上美国F-119、F-135发动机的动力系统,都是歼-20的相对不足。本质上来说,是因为中国航空业确实没有达到一举推出完整隐身战斗机的高度,成飞以旷世之才推出了歼-20,但各项指标也只能有所取舍。尽管如此,仅凭与F-35、F-22持平的隐身性能和大航程优势,歼-20也足以在机动性和火力落后的情况下,有效应对美国空中力量的压力,这也是目前歼-20高速生产的根本原因。
就目前来看,距离下一代战斗机出现大概还有15年的时间,在这期间,F-22、F-35、歼-20、苏-57注定是全球航空领域最强的四款型号。其中,美国航空工业的实力最强,但偏偏受制于F-22和F-35的基础设计,空有矢量喷管等一系列先进技术却升级有限,实在是憋屈至极。苏-57的根本问题在于俄罗斯航空工业的衰落,这不是一两项技术或一两种优秀方案能够解决的问题,除非俄罗斯经济全面迅速恢复,否则无论苏-57达到什么样的技术状态,都很难有上佳表现。而歼-20本身的设计理念在这四者中高居首位,中航工业以及国内的经济实力,又能提供足够的支持,因此完全版歼-20反而有可能是最终技术水平最高的一款。
至于歼-20为何最大速度只有2.0马赫,这个原因其实比较简单。其实,F-22和苏-57两款重型隐身战斗机的最大速度都在2.2马赫左右,F-35的最大速度甚至只有1.6马赫。并且F-22和苏-57最高速度的相似并非巧合,而是因为在目前的航空技术水平下,战斗机很难以超过2马赫的速度长时间飞行。在飞行器速度超过2.5马赫进入热障区后,飞机必须进行相应的耐热处理,2.2马赫是在目前科技条件下,兼顾其他性能的一种折中选择,各国基本都处于这一水平。歼-20相比低了0.2马赫,原因在于目前并没有应用涡扇-15发动机,是涡扇-10推力不足导致了这个结果。至于传闻中的2.8马赫,其实并没有这个可能,虽然飞行器热故障的高峰是在3.0马赫左右,但实际上在2.5马赫左右,战斗机就已经需要在成本、材料以及机动性能上付出不小的代价,而收益却寥寥无几。
F-22最大速度也就2.25马赫
此外,无论是国内国外一直有声音认为,歼-20之所以应用鸭翼,是因为动力不足,被迫以复杂技术形态换取机动性能。这个逻辑比较简单,听起来可靠性也很高,但实际上并不准确。歼-20确实因为动力不足不得不付出了一些代价,但这些代价并不包括鸭翼。实际上,鸭翼是当时成飞甚至中航工业,唯一经历由实验室到实际生产的成熟气动布局,本质上是国内最擅长的偏保守稳定性措施,而不是所谓“激进的复杂技术”。之所以应用鸭翼,是因为在追求高性能带来高风险之后,还换用其他不熟练的气动布局,必然会面临从理论到实际应用出现的种种问题,两者交织之下,不要说歼-20会有后来的成功,即便空军都不太可能接受这种技术冒进、风险极高的方案。更有趣的是,也正是因为前期动力不足,使得成飞压榨了歼-20气动布局的每一丝潜力,所谓“不疯魔,不成活”,正是有F-22和F-35隐身战斗机的压力,才成就了如今性能优异的歼-20。
歼-20虽然飞得晚,但是可能飞得最高
时至今日,歼-20的性能虽然还称不上完美,但对美国空军的威胁也是显而易见。换句话说,假如歼-20没有出现,那么中国要面临的局势将无比艰难,在俄罗斯苏-57研发延宕、国内无法引进的情况下,美国目前生产数量超过700架的F-35隐身战斗机,可以轻松压制各型三代及三代半战斗机,危机四伏也不过如此。然而,在歼-20横空出世之后,美国看似完美的F-35战斗机发展规划就被堵在半路,进退两难,以至于手握一堆先进航空技术,却始终无法应用于F-22、F-35,技术优势暂时性变成了空中楼阁。而这一切,为中国空军争取到了在下一代战斗机再论胜负的宝贵时间,对国内经济和安全领域的收益更是无法估量。
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