殲20,中國戰機崛起之路

2021-02-20 南風窗

殲-20在全世界第五代戰機中已經坐穩了三甲位置,基本可以滿足突防第二島鏈的設計初衷。


1997年,臺海曾密布的戰雲剛剛散去不久,距亞洲萬裡之外的美國天空之上,首次起飛了世界第一架第五代戰鬥機:被稱作「猛禽」的F-22。這架造型優美的鐵鳥,在其F119-PW-100低涵道比「加力渦扇發動機」仿佛能撕裂天空般的尖銳鳴叫中,宣告屬於它的空中霸主時代到來。

被中國軍迷親切稱為「愛芙娘娘」的F-22首飛的同一年,成都飛機工業集團611所裡,以楊偉總設計師為首的工程師團隊也默默開始了中國第五代戰鬥機的立項工作。首架殲-20技術驗證機於2009年製造成功,並於2011年1月在成都黃田壩軍用機場實現首飛,在2016年11月珠海航展上向全世界做出了成功展示。

從此,中國繼美國之後,也擁有了自主智慧財產權的第五代戰鬥機,從空軍大國邁進了世界頂尖的空軍強國之列。

1996年的「臺海危機」由於幾方都保持著相對的冷靜和克制,最終有驚無險。

然而,此次對峙讓中國大陸、中國臺灣和美國都對自身的軍事實力有了更具針對性的認識。「臺海危機」在某種程度上提前了F-22的亮相時間

當時解放軍空軍的主力以老舊落後的機種為主,如射程近、雷達性能單一的殲-8,超音速性能尚可但亞音速性能較差的殲-7,甚至只可用作亞音速纏鬥的殲-6……這些機種在電子設備水平上遠遠落後於美國航母上的F-18E/F「超級大黃蜂」,也不及臺灣空軍主力裝備的F-5「戰士」和F-104「寡婦製造者」以及具有超視距打擊能力的IDF戰鬥機。而且,臺軍當時也已列裝了少量F-16「戰隼」以及幻影2000戰鬥機,雖然未能形成有效戰力,但也是臺軍重要的底牌。

蘇聯解體後,冰封30年後重啟的對華軍事合作中,俄羅斯遵守了中國軍方與蘇聯的大額軍機合同,向中國交付了24架在各項性能尤其是機動性上處於世界前列的蘇-27「側衛」戰鬥機,並在1995年達成出口生產線的協議。

但「臺海危機」時,解放軍的蘇-27飛機戰力並未形成規模,作戰適用性較窄,與其他軍種和機型也缺乏良好的配合,只是充當空中中距雷達警戒和打擊力量。而且軍方並不想把寶貴的、來之不易的蘇-27投入空中近戰。當時解放軍空軍只能進行代價高昂的封鎖作戰,但缺乏精確打擊和電子對抗的能力,導致面對臺灣本土的優勢防空火力時,很難進行全面有效的打擊。

「臺海危機」落幕後,中國軍方痛定思痛,決心在軍機的設計製造上不再受制於人,大力進行高水平空軍建設,大成本投入新機種新裝備研發,尤其是作戰半徑大、機動性強、可以在空中格鬥中佔據上風的第五代單座雙發重型戰鬥機的研製。

只有實現4S的戰鬥機才能被稱作第五代戰機(按俄國標準為第五代,美國標準為第四代),4S即:Stealth(隱身性);Super Sonic Cruise(超音速巡航);Super Maneuverability(超機動性);Superior Avionics for Battle Awareness and Effectiveness(超信息化)。

雖然在F-22首飛之前,美國也研製出了造型獨特的F-117「夜鷹」戰鬥轟炸機和單架價值20億美元以上的B-2戰略隱身轟炸機等隱身機種,但只有接近戰鬥機的F-117可以被稱作四代機,可它在技術指標上仍達不到4S的水準。

△正在進行空中加油的F-22戰鬥機

所以,全世界戰鬥機設計師可以參考的第五代戰鬥機,就只有F-22這根獨苗。而F-22雖然研製時間較早,但至今仍是一架近乎完美的戰鬥機,可以說五代機的行業標準由F-22定製也不為過。無論是以俄羅斯蘇-57為首的基本定型的戰鬥機,或如印度AMCA、土耳其TFX、伊朗F-313、韓國KFX、日本心神等其他國家的驗證機,設計思路和氣動布局都明顯居於F-22的陰影籠罩下。

殲-20的設計也並不例外。由於有F-22這個假想敵,殲-20的設計起點必須很高,否則意義不大。由於中美雙方的技術差距,尤其是發動機方面差距很大,在戰機的氣動布局上,611所只能另闢蹊徑,走上適合自己的設計之路。

△殲-20

研發一款全新戰機,是涉及上百個專業的跨學科大型複雜系統工程。研發過程包括制定設計方案、初步以及詳細設計、試製和驗證機試飛、最終定型等。各階段、各環節均需要大量的單位部門之間的聯動協同。殲-20就是這樣一個團隊強大合力的產物。

在新機研製的同時,相關配套單位的科技實力也在飛躍性發展中。以複合材料為例,複合材料結構類型和用量都有了大幅進展。如何讓新機第一時間調整設計,享受技術進步的紅利,這對設計團隊和製造團隊都是巨大的挑戰。

「成飛」定期讓研究所強度部與複合材料廠進行深度的交流,並促成深度合作。複合材料在殲-20上的應用,從非主承力結構擴大應用到機翼等許多主承力結構,實現整體化結構,戰鬥機的複合材料應用水平大幅提升。

研發過程中,團隊也面臨著許多兩難抉擇。比如機電綜合管理系統方案調整時,總師系統團隊發現,隨著設計研發工作的推進,如果把目前既定的機電管理系統更改為新的系統架構,飛機性能應會有大幅度提升。如果更改為新架構,就要把已經完成的前期工作全部推倒重來,大概率會影響首飛時間。如果不做更改,雖然保證了時間,但將來也會全面返工。最終,機電綜合管理系統的工程師們通過緊密的協調,既更改了方案,又趕上了「首飛」。

正是艱苦卓絕的努力,最終讓殲-20成為了集中國航空領域高新科技之大成的旗幟性產品,也成了中國國防能力高速發展的重要象徵。

殲-20採用單座、雙發、全動差動雙垂尾、DSI鼓包進氣道(無附面層隔道超音速進氣道)、上反鴨翼帶尖拱邊條的鴨式氣動布局,並擁有一對腹鰭。殲-20在世界上獨創的「升力體、邊條翼、鴨翼」布局,使得飛機既有很好的隱身性,又有很強的超音速和機動飛行能力。

殲-20最重要的特點之一就是鴨翼布局,即在前機身兩側有一對小型的前翼。遠在二戰時代,各國就對這種氣動布局有過研究,也有一些著名戰機採用了鴨翼布局,比如「陣風」「颱風」「鷹獅」等。

20世紀60年代,蘇聯也針對鴨翼布局對米格-21進行了驗證,但最終沒有採用。殲-10總設計師宋文驄在早年闡述「鴨翼」的論文中,曾經對這一布局進行了深入探討,並最終把鴨翼運用在四代機殲-10上。雖然對鴨式布局的評價褒貶不一,但將鴨翼布局運用在五代機上,通過針對性設計,儘量讓鴨翼對配平和渦升力矛盾做優化處理,這是一個巨大的探索和創新。

殲-20的鴨翼和雙垂尾都是全動的,結合機翼和鴨翼間的可動邊條做整體布局。殲-20還採用了分布式綜合光電系統、有源相控陣雷達等先進的技術。

動力方面,目前殲-20採用標量發動機,可以基本滿足空戰格鬥需求。而為了第五代戰機專門研製的渦扇-15「峨眉」已經處在研製的尾聲,推重比9以上的矢量發動機「峨眉」正式服役後,殲-20戰鬥機的性能又將得到大幅提升。

武器方面,殲-20採用了側彈倉懸掛的方式。側彈倉可以在飛彈待發狀態關閉,格鬥中的隱身性能有較大提升。但是載彈量相對較少,相信這個缺點會隨著飛彈小型化技術的突破得到改變。

△殲-20採用了側彈倉懸掛的方式。側彈倉可以在飛彈待發狀態關閉,格鬥中的隱身性能有較大提升

目前世界上的單座雙發五代機非常稀少,可以跟殲-20橫向比較的成熟機型只有F-22和蘇-57而已

從氣動布局來看,F-22為常規氣動布局,其氣動外形採用兼顧亞音速和超音速巡航的蝶形機翼設計。蘇-57則參考了F-22的氣動外形,創新性地在機翼前緣延伸部分加裝了可動邊條,但整體布局還是一脈相承於蘇-35,線條硬朗。而殲-20的鴨翼加三角翼,腹鰭加雙垂尾的氣動布局,顯得非常有特點,設計感突出,與F-22同為整體式座艙。

從動力輸出來看,F-22使用的F119發動機是推重比達10以上的矢量發動機,作超音速巡航時可以不開加力,F119是F-22超級機動能力的保證。蘇-57採用AL-41F1-117S噴氣發動機,發動機本身可能略遜F119一籌。而殲-20的發動機應是國產「太行」改進型標量發動機,極有可能在近期裝備國產「峨眉」矢量發動機。

從隱身能力來看,F-22採用了先進的紅外隱身技術。美軍資料稱,F-22的雷達反射截面積只有0.0065平方米,很難被雷達偵測。蘇-57為了提高機動性能,甚至犧牲了一些隱身性能,機身上平行面較少,即使配合S型進氣道,隱身能力仍然略低。殲-20總體上採用了隱身設計,但鴨翼和腹鰭的設計不利於隱身性能,正面RCS值(雷達反射截面積)大於F-22,但應小於蘇-57。

從武器掛載來看,F-22機身內部除炮艙外有3個武器艙,內部安裝了由EDO公司研製的LAU-142/A「阿姆拉姆」飛彈垂直彈射發射器,可根據不同的作戰任務,攜帶多種不同的彈藥。其腹部彈倉可以掛載6枚空對空飛彈。蘇-57除了配備30毫米航空機關炮外,擁有至少兩個內置彈倉,整個武器艙室幾乎佔飛機容量的1/3,主要裝載遠距和中距空對空飛彈。殲-20除機炮外,兩側側彈倉可各攜帶1枚飛彈,主彈倉擁有6個掛架,可攜帶6枚空對空飛彈。

從機載雷達來看,F-22採用先進的APG-77有源相控陣雷達。該雷達除了傳統的雷達功能外,還集成了情報偵查、電子幹擾、通信等功能,並支持無源定位探測能力。

蘇-57裝備了季赫米洛夫研究所設計的N036雷達,該雷達有五套有源電子掃描陣列(AESA)天線,系統與兩臺機載電腦相結合,能發現400公裡以外的目標,同時跟蹤30個空中目標並向其中8個發起攻擊。殲-20裝備了發射功率在24千瓦的AESA有源相控陣雷達,雷達探測距離達200公裡,且同時跟蹤30個目標,並可攻擊其中4~6個目標。

殲-20在全世界第五代戰機中已經坐穩了三甲位置,這也是對中國基礎工業以及軍事工業多年來大幅進步的肯定。殲-20基本可以滿足它突防第二島鏈的設計初衷。似乎是倏忽之間,「臺海危機」已經是20多年前的往事。在如今的臺海,實力對比已經與當年危機時迥異了。

然而,中美兩國的工業技術水平畢竟仍有差距。與F-22相比,殲-20仍存在一些短板和硬傷。如果把目標放在與F-22平起平坐甚至全面超越上,那麼殲-20還有很長的路要走。攀登高峰是一種信念,雖然艱難,但只有在更高的峰頂,才能看到更美的風景。

參考文獻

1. 王鑫昕.中國戰機逆風崛起.中國青年報,2018-12-14.

2. 黃明,黃書波.殲-20戰機掛彈開倉展示 震撼獻禮空軍成立紀念日.新華網,2018-11-11.

3. 殲-20總師楊偉談殲-20未來.新華視點,2018-11-07.

4. 專家:新中國兩次軍事現代化都始於外部威脅.環球時報,2015-01-31.

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