殲20戰(zhàn)斗機主要武器:
霹靂21組合動力遠距空空導彈,霹靂12D(SD-10D)主被動雙模式制導中距空空導彈,新型霹靂10近距空空格斗導彈,雷石6精確制導滑翔炸彈,中短程空地導彈,改裝為北斗精確制導炸彈的自由落體炸彈等各種先進的精確制導武器,30mm機炮,兩具紅外曳光箔條干擾彈,四具火箭彈發(fā)射器,霹靂8近程空空格斗導彈。發(fā)動機推力:AF31,12.5噸×2(不能實現(xiàn)超巡、高機動)。目前使用WS-10B太行發(fā)動機,推力15.5噸×2,如使用WS-15則為18噸×2,實現(xiàn)超巡、超機動。
殲20戰(zhàn)斗機氣動布局
鴨式布局對于超巡十分有利,對于超機動也同樣有利。無尾三角翼有利于實現(xiàn)面積律,這是人們早已熟知的。另一方面,由于隱身的需要,機翼后緣不應該是平直的,機翼后緣都帶有前掠可以在相同翼展情況下增加翼面積,降低翼載,并增加翼根長度,改善翼根受力情況,但這使得翼根后緣十分靠后,常規(guī)平尾的位置很難安排, F-22 和 T-50 都只得在機翼后緣斜切一角,才能擠進平尾。由于平尾和重心的距離很近,力臂較短,只有用較大的平尾面積才能管用。T-50 的平尾面積縮小,但如果力臂可以拉長的話,本來可以進一步縮小的。但采用鴨式布局的話,鴨翼在機翼前方,不和后延的翼根沖突,比較好解決。殲20的鴨翼相對主翼的位置比殲-10 進一步靠前,增大了力臂,增強了效用,所以較小的鴨翼就可以達到很大的作用。
殲20這樣的遠距耦合鴨翼的優(yōu)點早已為人們所熟知,但為什么在戰(zhàn)斗機上只有歐洲“臺風”才使用呢?因為鴨翼可以有兩個作用:配平和渦升力。遠距耦合鴨翼有利于配平,但不利于產生渦升力。配平力矩強有利于加速改變機頭指向,渦升力強有利于穩(wěn)定盤旋,兩者各有各的用處,但通過鴨翼的位置很難兼顧兩者要求。另一方面就是飛行員的視界,遠距耦合鴨翼常常遮擋了飛行員側下方的視界,十分不利于空戰(zhàn)格斗,歐洲“臺風”就有這個問題。但殲20的長度很長,對空戰(zhàn)視界的影響很小,因為鴨翼下的視野早已被機翼擋住了,即使不安裝鴨翼,那片視野也同樣看不到。
根據(jù)測算,殲20的機身長度達到 21.30 米,比 F-22 的 18.92 米和 T-50 的 20.40 米都要長,和米格 1.44 的 21.60 米差不多。殲20的進氣口在機身兩側,機體本身較寬大,而機尾噴口是緊密并排的,所以可以肯定殲20的進氣道有相當程度的彎曲。加上 DSI 的有限遮擋,發(fā)動機正面不暴露在直射雷達之下是可以肯定的。殲20機身為什么那么長現(xiàn)在還不清楚。
殲20的“ DSI ”恰好在這三個方面都用最小的折衷做到了。DSI 本來就是用來分離附面層的,DSI 的附面層分離效果好,阻力小,總壓恢復好,但 DSI 只能對一個有限的速度范圍優(yōu)化,很難做到對很大的速度范圍都高度有效。另外,DSI 的凸曲面設計本來就相當復雜,需要考慮三維流場和壓力分布。為了隱身,四代的機頭是菱形截面,進氣口是像 V 形一樣向兩側傾斜,在大迎角下流場更加復雜。為了改善大迎角下進氣口對空氣的“捕捉”效果,進氣口像 F-15一樣帶一點后掠。為了不給 DSI 設計帶來太大的困擾,后掠沒有 F-15 那么大。但 V 形機頭下半部的前機身預壓縮能力補足了進氣口后掠不足的缺憾。另外,正因為進氣口后掠,下唇位置靠后,所以凸曲面位置偏上,和凸曲面剖開造成兩撇“胡須”的下一半的位置正好對上。
F-22采用加萊特進氣口,也稱雙斜切雙壓縮面進氣口,或者斜切菱形進氣口,不同的說法,都是一個意思。這個設計比 DSI 超音速性能好,適應的速度范圍更大,但畢竟還是固定進氣口,最終逃不過固定進氣口的限制。好在 F-22 有兩臺變態(tài)的發(fā)動機,超音速巡航沒有問題。T-50 的超音速巡航性能現(xiàn)在不清楚,T-50 的進氣口和 F-22 有所不同,但原理大致相似。
F-35采用 DSI,只有一臺發(fā)動機,盡管推力變態(tài),還是力不從心,最高速度只有 M1.6,超巡就免提了。殲20要做到超巡,但中國沒有 F-22 這樣變態(tài)的發(fā)動機,只有用可調進氣口來幫忙,達到足夠的超巡性能。四代的進氣口上唇可以下垂,像 F-15 一樣,這就是可調進氣口。和 F-15 不同的是,F(xiàn)-15 的可調進氣口是暴露在外的,而四代的可調進氣口是包攏在進氣口結構內的。四代這樣做當然是出于隱身的考慮,但可能造成進氣口唇口較厚、阻力增加的問題。工程設計本來就是得失權衡的過程,只要最終結果得大于失,這就是值得的。不過四代的進氣口上唇下垂如何避免和 DSI 的鼓包打架,這還是一個有趣的問題,有待更多的細節(jié)圖片才能解惑?;顒由洗胶凸潭ㄍ鈿ぶg不可避免的間隙里,如何避免雜物和塵土嵌進去,造成可調上唇動作受阻,這也是一個具體的工程問題。四代的進氣口可算是 DSI、加萊特和 F-15 那樣的可調鍥形的結合體,這也給了四代正面大青蛙一樣的特征。
有的示意圖上,殲20的鴨翼是箭形的,但從正面照片來看,鴨翼是梯形的。按照盡量減少邊緣角度的 edge alighnment 原則,機翼形狀應該和鴨翼一致,機翼、鴨翼前后緣對齊。如果最后證明鴨翼不是梯形而是箭形的,那也無妨,鴨翼和機翼的前后緣不一定需要左面對左面,左面對右面也是可以的。機翼采用 M 形或 W 形雖然也符合 edge alighnment 原則,但增加了內角和凸角,增加后向雷達反射特征,能避免最好避免,只有在前掠后緣導致翼根長于機體長度的時候才不得已而為之。雙垂尾的形狀估計了鴨翼一致,有利于邊緣對齊。垂尾翼尖斜切一刀,估計機翼、鴨翼也有同樣角度的斜切一刀。米格戰(zhàn)斗機的垂尾經常有這么一刀,F(xiàn)-15 的翼尖也是這個樣子,這是為了躲開翼尖渦流造成的額外阻力。
殲20的鴨翼是全動的,殲20的雙垂尾也是全動的。已知戰(zhàn)斗機中,只有 T-50 是全動垂尾,F(xiàn)-22 和 F-35 都是常規(guī)的固定垂尾加可動舵面。全動垂尾和全動平尾一樣,都是飛控要求和水平提高的結果。傳統(tǒng)的橫向穩(wěn)定的飛機設計中,后機身的水平方向投影面積應該大于前機身,這樣飛機就像風向標一樣,在橫向是自然穩(wěn)定的。后機身是指整機重心以后的部分。現(xiàn)代戰(zhàn)斗機的發(fā)動機占了飛機重量的不小的一部分,飛機重心越來越靠后,所以機翼也靠后,造成 F-18這樣機頭像仙鶴一樣長長地伸在前面的樣子。但這樣,后機身的投影面積就越來越依靠垂尾,一個垂尾不夠,有時還需兩個垂尾。雙垂尾還有額外的好處,可以把舵面差動動作(也就是同時向外,或者同時向里),充當減速板使用。像 F-18 那樣的外傾雙垂尾的舵面差動動作的話,還可以產生額外的壓尾力矩,幫助飛機及早抬頭,縮短起飛距離。外傾的雙垂尾還有降低側面雷達反射面積的的好處。對于遠處照射過來的雷達,入射角基本上可以等同于水平入射,直立的垂尾像鏡子一樣反射,外傾的垂尾就明顯降低了雷達反射特征 。
不過外傾的雙垂尾在飛控上比較別扭,不光產生偏航力矩,還產生滾轉力矩,要達到飛行員的無憂慮操作,需要較高的飛控水平。殲20比這還進了一步,采用了全動垂尾。全動垂尾變被動的自然穩(wěn)定為用主動控制達到方向穩(wěn)定,好處是可以用較小的垂尾,重量和阻力都較小,雷達反射面積也小,壞處是對飛控要求進一步提高。殲20采用這樣極端的技術,說明了成飛對先進飛控的信心。
但殲20飛控之變態(tài)不在于此,而在于可動邊條。在眾多側視圖中,不大為人注意的是鴨翼和機翼之間的邊條,有一條清晰可見的縫線,這只能是可動邊條。四代的遠距耦合鴨翼注重配平作用,有助于敏捷的機頭指向,但對于穩(wěn)定盤旋所需要的渦升力沒有太大的幫助。歐洲“臺風”在鴨翼和機翼之間增設了一對小小的擾流片,用于產生渦升力。四代大大地進了一步,鴨翼和機翼之間的邊條是可動的。由于和機翼在同一水平面上的緣故,四代的鴨翼略帶上反。一般說上反翼增強橫滾的穩(wěn)定性,用于自然穩(wěn)定性不足的下單翼。四代鴨翼相當于上單翼,上單翼用上反十分罕見,對敏捷性是負面影響,但鴨翼面積太小,這點影響可以忽略不計。但鴨翼略帶上反,減少對邊條的遮擋,可以增強邊條的作用。殲20的邊條是小小的,比較狹窄,畢竟在鴨翼后面,太寬大了沒用。但這不等于邊條就無所作為,尤其是邊條可以可控下垂。可動邊條可以強化渦升力,并且可以控制渦流走向。米格-29K也采用了類似的技術,不完全一樣,但思路相近。米格-29K 的大邊條下有一對可以在起飛著陸時放下的擾流片,這一對擾流片大大增強了渦升力,所以不需要蘇-33 那樣的鴨翼就可以實現(xiàn)航母上的滑躍起飛。不同的是,米格-29K 的擾流片只在起飛、著陸時使用,對機動飛行沒有助益,殲20的可動邊條在所有時候都可以發(fā)揮作用,這就是全新設計和改進設計的差別,也是飛控的差別。
殲20比較引人注意的“倒退”是那一對腹鰭。在傳統(tǒng)設計中,腹鰭是后機身投影面積的一部分,是為了降低過高的垂尾用的,在大迎角垂尾受到機體遮擋時,腹鰭的方向穩(wěn)定作用也比垂尾更顯著。但四代采用全動垂尾的目的就是用主動控制代替被動的自然穩(wěn)定性,再用腹鰭在道理上說不通。即使在大迎角垂尾作用受到削弱時,也可以通過副翼和襟翼的差動動作造成不對稱阻力,達成偏航控制。B-2 和 YF-23 就是這樣控制的。事實上,所有第五代戰(zhàn)斗機中,殲20是唯一采用腹鰭的,F(xiàn)-22、F-35、T-50 都沒有采用腹鰭。T-50 或許可以用推力轉向補充大迎角方向穩(wěn)定性的主動控制,F(xiàn)-22、F-35 可沒有這樣的能力,F(xiàn)-22 的推力轉向只能上下動,不能左右動。事實上,在西方的第四代和四代半戰(zhàn)斗機中,只有 F-14和 F-16采用腹鰭,F(xiàn)-15、F-18、“鷹獅”、“臺風”、“陣風”都沒有腹鰭。蘇聯(lián)第四代的蘇-27有腹鰭,米格-29也沒有。那為什么四代回到已經“過時”而且和主動控制思路相悖的腹鰭呢?有可能這是米格 1.44 的影響,這是可動腹鰭,用于大迎角時的主動控制,或者這只是四代技術驗證機階段的過渡措施,作為減小面積垂尾的保險。