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详解中国歼-20的隐身设计,真和F-22差10倍?丨杨叔洞察

来源:网络 作者:网友上传 时间:06-24 手机版

来源:军武速递官方

前阵子的文章,咱们主要从气动布局和飞控系统的角度和大家聊了一下歼20设计上的两大关键技术。反正综合来看:歼20的总体方案就是建立在发动机不如对手的情况下,为了获得更强的超机动和超音速巡航能力,以牺牲部分隐身性为代价采用高度复杂的气动设计和近乎变态的飞控系统打造的超机动隐身四代机。


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虽然依靠独步全球的“升力体边条鸭式布局”,歼20在超巡、超机动方面超越F22肯定是个不争的事实,但是如此复杂的气动外形也必然对隐身设计带来更大挑战。


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比如咱们就拿四代机都要遵守的平行原则来说:机体表面所有边缘都要尽量与主翼保持平行,以便优化反射角度,将入射的雷达波合并集中到几个特定的安全方向,偏离主威胁方向。


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对比歼20和F22的气动外形:由于前置鸭翼不能完全与主翼面平行,歼20的雷达反射为12波系,就是将入射雷达波集中反射到12个主要方向,而F22则是8波系。从隐身设计最基本的原则来看:反射波系越少被发现的概率越低。这方面做得最好的是采用飞翼布局的B2隐身轰炸机:机身前后缘平行,各种接缝锯齿化后同样平行,整个机体棱边只有两个朝向,甚至干脆连垂尾都不要了,整个机身做成扁平的一体,以获得极致的隐身效果。


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那歼20的鸭翼在偏转过程中肯定会增加雷达发射面积,即使可以通过控制偏转角度或者使用吸波材料降低这个影响,但从隐身设计越光滑越好的基本原则来看:鸭翼是一定会破坏隐身的,这个是无论如何也跑不了的。那按照美国方面的估计:歼20的正面RCS要比F22高出一个数量级,F22的公开RCS数据是0.0001平米,歼20可能是0.001。


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但是这点差距对隐身战机来说不是0和1的问题,而是1和1.3的问题,甚至是1和1.2的问题。最简单的道理:以歼20的RCS水平,超视距空战100多公里外,F22的雷达是根本无法有效锁定的,只能到近距离内用雷达长时间精确搜索才能发现,但这就相当于在黑夜开手电筒自暴。因为隐身战机,除了雷达隐身、红外隐身还有一个电磁隐身:要尽量避免长时间打开雷达,被对方的电子侦察手段发现,毕竟F22唯一的败绩就是被EA-18G用不讲武德的方式来骗来偷袭嘛。


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而且对于隐身战机来说:你都能用雷达发现了,这意味着什么?印度空军前参谋长曾有个著名的神言论:苏30MKI的雷达可以在数公里外探测到歼20,当然这个距离我也能探测到。所以歼20对抗F22并不是很多军迷想当然认为的斗兽棋单挑,更多是要依靠背后的作战体系。

毕竟歼20设计之初的定位就是国土防空,更多是要依靠地面远程预警雷达和空中预警机抵消F22的隐身优势,然后发挥自身在远程截击方面超巡、超机动的优势。


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而F22的设计定位是前线攻势作战:即利用隐身优势对一个国土广袤,缺乏先进防空手段的大国实施外线侵略进攻,因此在性能指标上把隐身排第一。所以两种不同定位的四代机,单独拿出一项性能对比,企图分出战力高下是没有任何实际意义的,脱离作战使用谈武器性能的都是耍流氓。

那尽管由于两种战机不同的作战定位导致技战术指标各有侧重,但这并不妨碍我们发挥后发优势在单点技术上超越老同志。这方面最值得一说的就是歼20的DSI进气道,DSI进气道的中文是“无附面层隔道超音速进气道”。


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先讲一下什么是附面层:当战机高速飞行时,靠近机体表面的空气与蒙皮发生摩擦,因空气黏性导致流速降低。这一段流场变化的空气层就叫附面层,如果让这些流速、方向都不稳定的低速气流混合高速气流一起被吸入进气道,轻则影响进气效率,重则喘震甚至发动机熄火。所以为了消除附面层的影响,传统的解决方案是用隔板在机身之间留出空隙。另外,进气道内部也不是直来直去的简单通道,里面有各种复杂的分隔板、排气口,用来去除不同飞行状态下的低速气流。但这种设计对于追求高机动、高隐身的四代机显然是非常不利的:F22附面层隔道形成的空腔不仅会大大增加超音速飞行时的阻力,而且对正面隐身非常不利。


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而歼20的DSI进气道则用一个三维鼓包,高速飞行时将沿机身的乱流层剖开。不仅消除了复杂的吸排气系统,大大减轻了结构重量,而且提高了战机跨音速飞行的机动性,更有利于隐身。


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DSI进气道原理看上去简单,但鼓包的大小、形状、位置要考虑所有速度范围和仰角变化下的进气效率,这背后体现的是计算流体力学的最高水平,需要大量的高速风洞和极高的加工精度。传统的金属材料无法达到如此高精密的加工要求,只能使用复合材料。这点我们可以看到:黄皮歼20进气道鼓包的颜色和其他部位明显有所区别。


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正是由于DSI进气道极高的设计和加工难度,西方国家至今也只有F-35一种战机使用。虽然洛马公司最早在F-16上已经开始研究相关技术了,但咱们在使用氪金眼技能后就立刻自行开发弯道超车。枭龙成为世界上第一款服役的、使用DSI进气道的战机。自此一发不可收拾,不但中档的歼10B、歼10C;高端的歼20、FC-31,甚至连从歼7大改而来的山鹰教练机都用上了DSI进气道。有腹部进气的、两侧进气的、成飞、贵飞、沈飞,迅速把这一顶尖科技白菜化。


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而如果说DSI进气道咱们还是摸着鹰酱过河,那歼20的弹仓设计则是完全的独立自主创新的结果。四代机为了实现全面的隐身,需要将全部武器弹药内置,歼20与F22一样都采用机腹主弹仓加侧弹仓的布置。其中主弹仓用于挂载中距空空弹,侧弹仓各挂载一枚近距格斗弹。


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F22的侧弹仓采用上下两片对开舱门,发射前打开滑轨前段升起,将响尾蛇导弹的引导头暴露于外。此时打开的舱门不仅犹如一盒巨型减速伞影响飞行品质,而且将严重破坏机体表面隐身性。


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而歼20的侧弹仓则用一种更具创造性的旋转式导轨挂架完美解决了F22的问题。其侧弹仓只有一整片向上打开,只要进入格斗状态,飞行员就可打开侧弹仓,旋转机构将导轨挂架外翻推出,然后重新关闭舱门。


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如此一来就可以保证隐身和机动性不受影响的情况下,导弹引导头也拥有更加宽广的搜索视场。发现目标后立即发射,然后再次打开舱门将挂架回收。


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升力体边条鸭式布局、DSI进气道、旋转导轨发射架,歼20身上这些创造性的设计无一例外都体现了中国航空人独具匠心的创新智慧。从当年的遥不可及到后来的望其项背,再到如今的齐头并进。以歼20为开端,标志着中国已经逐步具备挑战美国这个世界第一航空强国的战斗机设计研发能力。


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但是歼20现有的水平远远不是其最终形态:双座版、推力矢量版、歼击轰炸版。未来的歼20又会有哪些改进发展空间呢?这些就让我们拭目以待吧。

歼20为什么比F22轻这么多

歼20为什么比F22轻这么多?根本原因没想到这么简单!

目前F22陆基型的最大起飞重量都已经超过了38吨,而体型更大的F22,空重不少于19-20吨。

很多人疑惑,同为五代机,为什么歼20的空重差这么多?主要是锻造技术和材料上的差异。

F-22的机身和机翼承力结构,由于技术有限在其研制时期主要依赖锻造和铸造加工等手段。

F22和歼20相差了很多年,歼20运用的是最新锻造技术,而且采用的材料是镍合金,和F22相比自然轻了很多。


详解
歼-20的仪表板采用了一个尺寸为8×20英寸的大型全景多功能显示器(MFDS),截止到2014年最大的战斗机显示器,它由罗克韦尔·柯林斯公司的凯撒电子分公司研制。实际上它是由两个并排在一起的8×10英寸投影显示器组成,其分辨率分别为1280×1024。这两个显示器是完全互为备份的。当一个发生故障时,所有的功能都可在另外一个显示器上显示。MFDS将显示传感器、武器和飞机状态数据,以及战场环境、战术和安全信息。大范围的战术水平态势可以全屏显示,也可以在平面上分割成若干小窗口分别显示不同的信息。

采用两种方式对系统功能进行控制:一种是触摸屏方式;另一种是通过设置在驾驶杆和油门杆上的各种开关和电位计旋钮实现的(HOTAS)。两台显示器分别由两个处理机提供对原始信息的加工处理。MFDS采用微型有源矩阵液晶显示器(LCD)作为成像源。每个显示屏的投影系统分别由3个弧光灯进行照明。Collins公司提供所有的显示驱动和第一层次的应用软件。

歼-20的头盔显示器系统(HMDS)将取代传统的平视显示器(HUD),不仅节约了费用,而且也显著地降低了系统的重量。HMDS是由视觉系统国际(VSI)公司研制的,这是一家由美国罗克韦尔·柯林斯公司和以色列EFW公司组成的合资公司。它还为F-15和F/A-18E/F提供联合头盔提示系统。HMDS包括三大部分:头盔显示器、DMC-H、头盔跟踪系统。HMDS系统是光电系统和飞行员头部位置跟踪装置的组合,它将为飞行员显示关键的飞行状态数据、任务信息、威胁和安全状态信息,同时系统还可以为飞行员引导机载武器和传感器(如雷达和EOTS)指向所关注的区域;或发出视觉提示,告诉飞行员应该关注的区域。

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,两个仓之间相弹仓互被隔断,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。

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2至3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。另外,如果格斗战全过程打开则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。

只从歼20亮相以来,其巨大的机身尺寸就一直是一个谜。很多爬墙党和国外军事专家企图通过参考比对和卫星照片对歼20的具体尺寸进行分析。然而,这些方法都存在较大的误差。目前,维基百科给出的歼20的机长为20.4米,翼展为13.5米。该数据的最终来源为美国《航空航天周刊》2014年根据卫星图片分析猜测的数字。

由于,歼20的具体数字军方一直没有公布,其真实尺寸也一直是一个谜。外界只能大致觉得这是一架很大战机。然而,歼20的真实尺寸终于遮遮掩掩的公布了。11月2日,中国军事网络上出现了1张3架歼20战机和3架歼16战机的俯拍合影的照片。由于歼16战机机长具体数据是已知,根据这张照片,就可以精确推断出歼20的机身尺寸。

歼16战机是在苏30MKK战机基础发展而来的一款重型多用途战机。该战机的具体尺寸为机长21.94米,翼展14.7米。通过歼16的具体比照可知,歼20的机身长度为20.77米,翼展12.99米。

比较美国高端重型战机F22可知,歼20的机身几乎比F22长了2米。但是,如果在比较两机空重的话,则会惊奇的发现,歼20的空重足足比F22轻了5吨,这就比较尴尬了。有人说,歼20空重的大幅度减轻是因为取消的航炮。但是,航炮加上相关的机械设备,也仅有0.5吨,这完全是解释不了的。

歼20的空重之所以大大出乎人们的意料,除了复合材料的大量应用之外,还和我国这些黑科技的发展分不开。它们是金属3D打印技术、液态金属电磁约束成形技术。

金属3D打印技术作为整个3D打印体系中最前沿和最具潜力的技术,是先进制造技术的重要发展方向。利用快速成型直接制造金属功能零件可以极大的节省原材料、减低零件的死重,成为了快速成型主要的发展方向。目前,直接制造金属功能零件的快速成型方法包括:选择性激光烧结方法、选区激光熔化方法、电子束选区熔化方法、激光近净成形方法等等。

在该方面的研究,我国处于世界先进行列。2014年12月7日,我国科研人员就展示了应用航天3D打印机,打印钴铬合金材料的航空发动机叶轮。可见,这方面的工业化应用已经具有很成熟的条件。

液态金属电磁约束成形技术是将电磁场用于金属材料的熔化精炼和约束成形金属熔体等加工技术,是一种高纯净、低污染、短流程的材料制备工艺。近年来,该技术在材料、冶金等领域被广泛关注。该技术主要包括冷坩埚感应熔炼技术、电磁铸造技术、电磁悬浮熔炼技术和电磁约束成形定向凝固技术。研究表明,电磁约束成形定向凝固技术在高熔点、高活性、易氧化特种合金的成形制备中明显地优势。

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歼20和美国的YF-23,F-22,俄罗斯T50这几架五代隐形战机综合性能相比谁更有优势?

如果单就技术指标的先进程度而言我“估计”YF23那是头把交椅,F22和YF23比还是稍有差距的,T-50只比J-20早飞了一年,各项功能还都没飞出来呢,但是隐身性能可能要比其他三种(1YF23、2F-22、3J-20)要稍弱。机动性上咱没看过23的,但是22在中低空肯定没有J-20好,尤其稳盘能力绝对不如20,气动在那放着呢。T-50的机动性能如果能达到技术指标的话,不会差到哪里去,苏霍伊战机历来强调机动能力。发动机推力方面20现在肯定没法跟22比,F119那玩意厉害。俄毛的AL41怕是不如F119,更遑论F35用的F135了。不知道过两年WS15能出来不能,如果出来的话跟F22还有得一比。

歼-20战机首次7机同框,歼-20采用了哪些全世界首创的技术和材料?

歼-20战机首次7机同框,歼-20采用?碳纤维复合材料,同时采用L波段前缘襟翼相控阵雷达,压缩空气喷口的技术,它的问世,引起了世界瞩目,是我国空中军事又大突破系。2011年1月11日,中国成都歼-20进行了公开的首飞。引起了国内乃至国际的关注。为何歼-20能够如此引人注目?那自然是因为它有不同于其他战机的优秀之处。

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? 一、“霹雳”系列导弹

,? 这两款导弹的攻击能力简直可以用无敌来形容,基本上可以让200公里范围内的敌方难以近身。难怪美军高官曾声称,我国的霹雳-15空空导弹,让美军的所有导弹都过时了。这种说法虽说有些夸大的意味,但也能体现出“霹雳”系列导弹的威慑力有多大。

? 二、压缩空气喷口

? 有细心的网友对比了歼-20和F-22的内置弹舱,发现歼-20的弹舱前段扰流片下方,似乎在左右两边各安装了一排压缩空气喷口。歼-20隐身战机的这种设计是全球首创,连美方引以为傲的F-22战机都没有类似的设计。据了解,采用这样的设计可以降低弹舱内的噪音震动,可以让歼-20执行作战任务时,以最佳姿态迎敌。

? 三、最大升力系数

? 歼-20隐身战机在设计上还有非常独特的一点,那就是它的最大升力系数是目前五代战机中最高的,这对于提高战机的机动性能有着至关重要的作用。而且,歼-20隐身战机的超音速阻力系数极有可能是最小的,使其对于超音速巡航也极其有利。


? 这次首飞,将我国科研人员别具匠心的设计灵感展现得淋漓尽致,也将中国的军事科研实力展露得一览无余。歼-20隐身战机的诞生,是我国在战机研发道路上的一块闪耀的里程碑,更标志着中国科技又迈上了一个新的台阶。

我国造出最强隐身战机?

我国造出最强隐身战机?

随着福建舰下水,我国的第二型隐身战机歼-35的消息也多了起来。根据现在已经流出的情报,歼-35生产了3架原型机,均在进行不同的测试。

虽然对于歼-35的各项具体数据我们还不得而知,但已经可以确定歼-35的战斗力足以超越F-22与F-35。

F-22的缺陷:

很多人一说起F-22都会认为其是世界上综合性能最强的战机,其实经过几十年的发展,F-22已经不适应现代战争的模式了。

换句容易理解的话,就是F-22不适合这个版本了。这一点从美军早早就拆掉了F-22生产线,然后换装F-35就能看出来。

F-22最大的问题是小。隐身技术的原理是缩小战机的雷达反射截面,F-22为了达到隐身需求造了个很小的机身。

因为小导致F-22的内油量不够,作战半径仅有800多公里,和我国作为轻型战斗机的歼-10一个水平。所以腿短一直是F-22的硬伤,美国不把F-22部署在韩国、日本等中国周边地区,它都到不了中国沿岸。

当年美国造出F-22是为了对抗苏联,将其部署在欧洲倒是很容易飞到苏联领空。不过后来苏联解体,中国的军事力量起来了,这款战机腿短的缺陷开始被无限放大,因此现在F-22的定位已经变成了美国的“本土保卫者”。

很多人都设想过歼-20对抗F-22的情况,然而以F-22的航程,在中国空军出现在美国本土前这种局面基本不可能出现。

除了航程,机体小给F-22带来的另一个限制是很难改装。机体小意味着难以塞进更多或更大的零部件,在原本的零部件都难以更换的情况下F-22基本不存在改装的可能。

从F-22战机1997年首飞到现在20多年过去了,F-22就一直只有F-22A这一个型号。所以F-22现在用的各种子系统,都是20多年前的老技术。

F-35的缺陷:

F-35虽然克服了F-22机体小的问题,但自身为了达到多军种通用这一目标依旧有很多缺陷。

比如说超音速巡航时会破坏隐身涂层,造成隐身能力下降、飞行员座舱时不时会有超压问题,造成飞行员耳鸣甚至是受伤、以20度迎角飞行时飞机可能偏航甚至失控等等问题。

有军事专家专门列出了F-35的设计缺陷,发现这款飞机上已知的缺陷居然达到了10项。加上专门为F-35的头盔上携带的缺陷以及美国卖出去的F-35身上的缺陷,这些问题达到13项,可以说非常恐怖了。

所以F-35对美国几个军种来说属于勉强能用的水平(美国海军陆战队除外,四等马润没有选择的权力),美军要是能完全左右国会早把F-35踢开重新立项一款五代机了。

歼-35一旦诞生,只要它发挥正常,这款中国造的五代机就将成为全球最强(舰载)隐身战机。这倒不是说中国科研人员有多厉害,实在是歼-35的同行们不给力。以沈飞设计歼-16的成功经验,以及我国成飞设计歼-20的经验,歼-35只要不好高骛远基本不会有啥问题。

歼-35和歼-20:

而且歼-35晚比歼-20诞生这么多年,且还有歼-20和歼-16的设计经验,在某些技术指标上或许能超过歼-20。

比如说雷达,这10~20年来我国的氮化镓技术上的进步可以用恐怖来形容,现在中国的机载雷达已经超过了美国至少半代,超过了法国两代。而歼-35晚比歼-20首飞10来年,雷达技术上很可能有比歼-20更高的技术指标。

再比如机身材料,我国这些年来的复合材料发展也很快,歼-35机身用大量更轻巧的复合材料,在歼-20和歼-35同等体积、同水平气动布局以及同等燃油量的情况下,歼-35势必比歼-20飞得更远。

当然,在现实中歼-20是重型战斗机,歼-35是中型,二者在内油量等硬指标上不可逾越,所以歼-35的实际航程没法和歼-20比。

虽然歼-35还没亮出性能指标,但我们仍旧能确定一项它对上歼-20的优势,那就是隐身涂料对高湿高碱性环境的抗性。

战机的隐身涂料相当金贵,全球第一款隐身战机F-22平时就必须待在恒温机库中,有时候还得给机库填充惰性气体,不然隐身涂料很快就会被氧化掉。

而海洋上的高湿高碱性环境对战机的隐身涂料侵蚀性会更进一步,所以歼-35作为一款隐身战机上舰,海洋环境对其隐身涂料的挑战性很大。

我国的歼-20通过制造含有隐身涂料的蒙皮,解决了像F-22这种必须待在恒温机库中的问题,但对上海洋环境依旧力有不逮。此次歼-35上舰,说明中国在相关技术上又得到了突破。

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