F-22現身國產風洞?鑄就殲-20超越基石,超級計算機立大功

先進的風洞設施是先進戰機的搖籃，航空工業集團空氣動力研究院是我國主要風洞試驗基地之一，是殲-10戰鬥機、AG-600大型水陸兩棲飛機、C-919大型客機等項目的氣動試驗主力單位。數天前航空工業氣動院迎來了成立65周年紀念日，當天他們公布了一大批罕見的風洞試驗照片。

攻擊-11大迎角試驗

比如在FL-51風洞中進行非定常大迎角試驗的攻擊-11飛翼式隱身無人機風洞模型，更令人意外的是一款雙發隱身戰鬥機模型也在這座風洞中進行旋轉天平試驗，該型戰機兩側加萊特進氣道特徵告訴我們它就是F-22戰機風洞模型。

FL-51風洞中的F-22模型

在我國眾多風洞試驗任務中F-22不是唯一的外軍戰機，F-16系列戰機也是常客，正所謂知己知彼方能百戰不殆，重視情報工作向來是我們的制勝法寶。

風洞中的F-16

通過高精度測繪製造的風洞模型，結合各種渠道搜集的關鍵數據，在風洞中進行充分詳盡的吹風試驗一方面可以汲取氣動設計經驗，另一方面也可以更加準確地掌握對手機的飛行包線，在未來戰場相遇時飛行員就能對症下藥。

F-22模型在FL-51風洞中進行動導數試驗

殲-20作為我國第一款低可探測性隱身戰機其首飛年份甚至比北方的蘇-57還晚了整整一年，然而該機從2011年年初首飛至2015年年底首架量產機下線只用了短短五年時間就完成了研製工作，並於次年正式進入人民空軍現役裝備序列，使得我國成為全球唯二擁有隱身戰鬥機的玩家，就試飛周期來看殲-20也是全球隱身戰機用時最短的機型。

2001號殲-20驗證機

為什麼我們可以在如此之短的時間內擁有殲-20，而蘇-57在早首飛一年的背景下直到今年8月才進入現役（比殲-20晚了整整3年）？

正所謂工欲善其事必先利其器，先進戰機與其說是設計出來的，倒不如說是風洞吹出來的。

殲-10戰機風洞測試

以殲-10戰機為例，該機在首飛前經歷過的風洞吹風試驗就高達七千餘次，上世紀八十年代初夭折的鴨式布局戰機殲-9也有多達十幾款氣動布局進行了數千次吹風測試。

為了滿足日益旺盛的航空研發需求，除了航空工業集團布局東北的氣動設計研究院，我們在大西南地區也建設了一座世界級的風洞群，低速風洞、高速風洞、超高速風洞各型吹風設施應有盡有。

大西南世界級風洞群的冰山一角

該基地還配置有一座運算能力達1590萬億次的超級計算機，它可以處理多學科優化設計所需的大量正問題計算，優化風洞試驗，與試驗結合，生成完備、可靠的氣動資料庫，還能實現數字仿真、氣動/飛行性能評估，與作戰環境的仿真。

1590萬億次高性能計算機系統

很多人以為風洞速度越高越好，實際上並非如此，比如高超音速激波風洞對於研發戰鬥機而言用途基本不大，反而低速風洞使用頻率最高。

殲-10戰鬥機就曾多次現身FL-13低速風洞，該型風洞試驗段尺寸寬8米、高6米、長15米，能夠進行飛行器大迎角試驗、顫振試驗，甚至長徵七號、長徵五號等多型運載火箭的地面風載試驗也在這裡進行。

長徵五號地面風載試驗

得益於充分的風洞試驗，加上設計人員的匠心獨具，以及我國工業水平的大幅度提高，布局一系列先手棋的殲-20戰機才能這麼順利地進入現役裝備序列。

天下武功，唯快不破，速度就是殲-20布局的一個先手棋。超音速巡航是四代機典型特徵之一，關於該機能否進行超音速巡航一直以來是人們討論的熱門話題。

動力強勁板磚也能上天，動力不足，氣動來補，這句話常常被拿來形容戰鬥機的設計研發工作，但是為什麼不可以讓氣動與動力二者兼得？殲-20對此作出了自己的創新。

殲-20最大速度2.5馬赫

在2018年8月出爐的《軍人一分鐘》官方宣傳視頻中首次披露，殲-20時速可達3120公裡，換算成音速就是2.7馬赫，實際上是視頻編輯錯誤地計算高空與低空的音速數值，糾錯後的數據顯示殲-20依然可以達到2.5馬赫，與之對比配置F-119四代渦扇發動機的F-22猛禽戰鬥機最大速度也僅有2.25馬赫。

氣動布局的優勢顯而易見，從俯視角度看殲-20對比F-22、蘇-57等戰機，機身顯得更加修長，使其機身橫截面積更小超音速飛行阻力更低。

殲-20機身比例更為修長

飛行員張昊曾這樣形容殲20，我們這個殲-20戰機機動能力特別好，這個飛機我們當時就形容，就叫靜如處子動如脫兔，就是在亞音速下也不錯，一進了超音速就是它的天下了。

簡而言之就是殲-20在兼顧亞跨音速機動的同時有很強的超音速機動能力，但是細長機身條件下如何獲得足夠升力從而實現靈活機動呢？

飛行員張昊點評殲-20

總師楊偉表示，通過殲-20的研製我們引領了技術發展，在世界上獨創了殲20的升力體邊條鴨式布局，使得飛機既有很好的隱身性能，又有很強的超音速和機動飛行能力。

飛機進行超音速飛行時升力中心後移，而機身重心不變，因此產生一個向上仰起的抬頭力矩，傳統布局飛機通過水平尾翼進行超音速配平的阻力更大，而鴨式布局將水平尾翼前置部署，可以更輕鬆地完成超音速升力中心與重心的配平，這就是殲-20選擇鴨翼的需求出發點。

鴨翼的超音速配平阻力更小

傳統鴨式布局前翼安裝位置通常高於主翼，目的是為了利用鴨翼脫體渦流提高升力係數，從而增強靜不穩定性，提高飛機的控制能力。

但對於四代機而言這套增升措施顯然就不夠了，因為後者不僅要有較強的亞跨音速升阻比，也要有更強的超音速飛行性能，通俗點說就是兼顧速度與機動兩大矛盾性需求。

殲-10鴨翼位置高於主翼

殲-20採用基於翼身融合的上單翼，使其與鴨翼處於同一水平位置，從而形成升力體布局，但如此一來會弱化鴨翼的增升效果，怎麼辦？

位於鴨翼與機翼之間的邊條翼就是關鍵，三大翼面合力形成了一種獨特的升力體構型，這樣一來整機升力係數不僅大大優於傳統翼身融合布局飛機，也優於傳統鴨式布局。

殲-20脫體渦流清晰可見

這張照片將殲-20對脫體渦流的利用展現的淋漓盡致，脫體渦流是由於機翼上下表面壓差形成的流體橫向運動，因為飛機的縱向移動使得脫體渦流呈螺旋狀向後移動，脫體渦流與主翼附體渦流會形成有利幹擾，進而改善主翼流場，達到增升效果。

為了利用鴨翼脫體渦流增升，殲-20鴨翼採用帶有上反角的設計，邊條翼又進一步增強了脫體渦流，最終抵達機翼，進一步延遲脫體渦流的破裂，可以說殲-20憑藉當今世界最高水準的升力係數以及極強的超音速飛行性能，已經佔據全球戰鬥機氣動設計的頂尖席位。

邊條翼鴨式布局出色的升力係數

隨著換裝國產發動機的殲-20研製試飛進度漸入佳境，一款完美戰機即將呈現在世人面前。

換發試飛

令人感慨的是升力體鴨式邊條翼構型早在21世紀初期就已經成形，而天才的戰鬥機設計只有植根於強大國家的工業鏈條才能得以誕生。殲-20的誕生不僅有世界頂級風洞群的輔助設計，也有千萬億次超級計算機加速研發進程。