天下布武
殲-20即使不裝WS-15,也一樣是五代機,但是無法實現超音速巡航的要求。
超音速巡航的要求是:發動機不開加力的情況下飛行速度達到1.5馬赫以上。因為加力的耗油率過高,飛機不可能在開加力的情況下進行巡航,只能用最大軍用推力進行巡航。
而要知道能不能超巡,這個只需要算一下不開加力下的最大推重比,然後和F-22對比一下就行了。
殲-20不裝WS-15,那麼也就是裝WS-10B或者AL-31F。這兩型發動機的性能相似,前者最大軍用推力為7.5噸,後者為7.8噸。涵道比分別為0.89與0.6。
而F-22的F-119發動機,單臺最大軍用推力11.8噸,涵道比僅0.3。涵道比越小,發動機產生的阻力就越小。
即使F-22的發動機如此牛逼,也僅僅能以1.58馬赫的速度進行超音速巡航。殲-20與F-22空重相似,起飛重量也相似,如果說殲-20能夠靠WS-10B和AL-31F進行超音速巡航,那麼在巡航時的升阻比將比F-22高出50%-60%,這還不算上這兩款發動機更大涵道比帶來的超音速飛行阻力。
知道這意味著什麼嗎?這意味著殲-20的氣動性能要比F-22整整先進一代以上。每一代戰鬥機在整體升力特性上相比上一代戰機大多就高出30%左右。美國從F-15發展到F-22,這兩款戰機差了一代,性能天差地別,但是F-22的巡航升阻比也僅僅是比F-15高35%左右。
然後你說殲-20的氣動要比F-22高出一代不止,這個不是我不信的問題,而是:這根本不符合常識。技術上要這麼牛逼都能直接搞六代機了。
戰鬥機解說家
首先,沒有渦扇-15的殲-20仍然是五代機,因為作為五代機的關鍵性能一個都不少。殲-20現在裝備的不是渦扇-15,J20從試飛一直到部隊服役都是時用的都是WS10B。只是試飛剛開始沒有裝備矢量噴口,在試飛的後段才換裝了矢量噴口(這方面請參看本文末尾鏈接中相關文章(1))。關於J20試飛和裝備部隊用的什麼發動機,到現在網上一直有各種不切實際的猜測,有說是AL31FN的,有說99M1的。關於這個問題實際上是有官方標準答案的,早在2011年央視國防軍事頻道就曾經公佈過J20發動機的型號,講的非常清楚,用的就是WS10B。(關於這點本文末尾視頻鏈接中有當年電視錄像可供參考(2))
第二個問題,WS10B的性能如何,這個問題也有官方標準答案。去年深圳衛視在介紹J10C服役時公佈過WS10B的性能,其中間狀態推力為90千牛以上,加力推力144千牛。(關於這點本文末尾視頻鏈接中有深圳衛視電視錄像可供參考(3))
第三個問題,裝備WS10B的J20性能如何,能否有效抗衡F22。WS10B的中間狀態推力為90千牛以上,加力推力144千牛,推重比8.8左右。如果大家對發動機技術有所瞭解,就應該知道,這個WS10B的核心機肯定已經不是原來太行發動機的核心機了。因為90千牛的中間狀態推力超出太行發動機太多了,靠太行原來的核心機已經不可能做到了,太行發動機的中間狀態推力只有7.5噸左右,需要提高20%以上,這個只能靠高推核心機了。中間狀態推力提高25%,就相當於推重比從8提高到10,已經是跨代了。(這方面請參看本文末尾鏈接中相關文章(3))。F22配套發動機F119 的中間狀態推力為105KN,加力推力155.7KN。顯然J20發動機性能上是有差距的,但是話說回來,戰鬥機性能的比拼是從系統頂層性能開始的,不是從零部件開始的。F119發動機性能是超過國WS10B的這點是沒錯,但是戰鬥機的飛行性能不光要看發動機,還要看氣動設計。例如F35戰鬥裝備了10個推重比的F135,但是F35最大飛行速度只有1.6馬赫左右,超巡就不用提了。所以我們還是要看看氣動設計。
關鍵是整機的阻力系數。J20和F22兩架飛機的機身截面形狀相似,尺寸也差不多,但F22為了獲得更好的視野加高了座艙下方機身,這會增加阻力。J20機身長度在20.5米左右,F22是18.9米。J20因為採用三維軸對稱矢量噴口,所以機身尾部阻力要大於F22,總體上J20整機長寬比更大,有利於減少超音速飛行阻力。J20的翼展在12.88米左右,F22在13.56米,J20翼展更小,而且J20機翼後掠角度更大,這樣波阻更小。J20機翼面積約為68平米,F22機翼面積為78平米,J20鴨翼面積也比F22平尾面積小,所以就水平翼面摩擦阻力來說J20佔很大優勢。J20採用全動式垂尾,面積只有F22一半左右,雖然多出了腹鰭,但即使兩者相加面積仍然要遠小於F22的垂尾,而且,J20垂尾和腹鰭後掠角度都很大,所以無論波阻、摩擦阻力都要比F22的垂尾小的多。兩架飛機的氣動佈局完全不同,F22是常規氣動佈局,J20是鴨式氣動佈局。常規氣動佈局中平尾為了配平產生的升力是負的。為了產生負升力需要付出配平阻力的代價。而鴨式氣動佈局鴨翼和機翼的升力都是正的,完全沒有這個問題。
綜上所述,J20的氣動設計要比F22的氣動設計先進不少,整體阻力系數更小,估計有百分之十幾的技術優勢。配合WS10B,J20仍然能夠獲得不低於F22的超音速巡航能力和最大飛行速度。配合差動鴨翼和三維矢量推力噴管,J20在近距離空中格鬥中仍然能夠取得優勢。所以對J20來說,目前的WS10B性能是足夠的。當然,如果將來能夠換裝WS15發動機J20就可以取得更大的技術優勢,這就屬於錦上添花了。目前J20 2021號原型機正在試飛WS15發動機,此階段WS15中間狀態推力為108千牛,加力推力156千牛(這方面請參看本文末尾鏈接中相關文章(4))。
按照去年劉大響院士透露的消息。WS15將在2至4年後定型,這樣意味著,到時侯WS15已經完成小批量試用可以大批量生產了。
(1) J20發動機的尾噴口 | J20 VS F22 專題
https://www.toutiao.com/i6681914474326131212
(2)J20的過渡動力 | J20 VS F22 專題
http://www.365yg.com/i6682339658405249550/#mid=1588955036895240
(3)渦扇十五三步曲 | J20 VS F22 專題
http://www.365yg.com/i6682340951840522765/#mid=1588955036895240
(4)WS15發動機的性能推算 | 航空發動機專題
https://www.toutiao.com/i6684767904296075783/
如果大家對J20 與 F22性能對比感興趣,關注本頭條號,在J20 VS F22 專題中共計有20篇左右內容可供參考。
搞科普的IT民工
殲-20能否實現正真意義上的超音速巡航成為軍迷十分關心的問題。根據美軍定義,超音速巡航指戰鬥機在不開加力的情況下,以1.5馬赫以上速度進行持續30分鐘以上的超音速飛行。未裝配渦扇-15的殲-20戰機是否能達到這個指標,並沒有公開的信息。紅龍根據一些零零碎碎的信息為大家作一分析:
據公佈的殲-20相關圖片顯示,該機已經配備的國產渦扇-10B發動機,單發推力雖然較早期型號有一定提升,大約不到8噸,但這個數據與國外某型發動還有2噸的差距。機上殲-20擁有更高的起飛全重,現階段殲-20實現超音速巡航是比較困難的。
關於殲-20超音速的問題,有三句話讓紅龍印象深刻。殲-20飛行員接受採訪時,非常驕傲地說:“進入超音速就是她的天下。”殲-20就是為超音速作戰而“生”的戰機,細長機身為超音速機動與巡航提供了優異的氣動佈局,但該飛行員並沒有直接稱殲-20已經實現了超速巡航。央視在宣傳片中表示,殲-20戰機能現實1分鐘戰鬥巡航52公里,這是飛出了2.55的速度,已經是現役五代機的最高速度了。但是第三代戰機在開加力的情況下也能超音速飛行5分鐘,我們仍然不能得出殲-20可以非加力超音速巡航的結論。“1分鐘戰鬥巡航52公里”大概率是在全加力狀況下形成的。加力的頻繁使用,會加大發動機的定期檢修頻率,縮短髮動機的使用壽命,這也是殲-20不得不面臨的窘境。
第三句話是美空軍一位高階軍官的狂言:“加力噴火的殲-20將是我們紅外彈絕妙的目標。”為什麼說這句話有點狂,有必要分析一下超音速機動與巡航的戰術意義。超音速機動在空戰中主要作用就是短時間獲得優勢攻擊位置,處於劣勢位置的戰機不管你怎麼超音速機動,都很難擺脫在新一代紅外成像導彈的追擊。所以說超音速機動主要用於攻擊而不是逃逸,那紅外特徵高低也就不那麼重要了。再說了,紅外隱身本來就是偽命題,某型戰機通過各項措施最多也就降低了20%的尾噴管紅外輻射,仍然不足以挑戰紅外彈線列或面陣導引頭的敏感度。
猴子的屁股:紅彤彤的尾噴口
紅外彈眼中的戰機
超音速巡航主要作用是快速突防,或迅速脫離戰場。如果不能實現非加力超音速巡航,較長時間加力超音速也能部分達成上述兩項戰術目的,何況殲-20是飛得最快的五代機。換句話說,能否實現非加力超音速巡航並不對五代機性能發揮起到決定性作用,相比隱身性能、超機動性與超信息優勢,超音速巡航屬於次要指標。所以說,即使不能實現非加力超音速巡航,對殲-20戰鬥力的形成不會起到顛覆性的影響。
隨著國產發動機的好消息不斷傳出,渦扇-15將很快將裝備使用,而且是推力矢量的渦扇-15。屆時不管是超音速機動,還是非加力超音速巡航指標,都將得到明顯提升,殲-20的最後一個短板將被補齊。
紅龍軍團長
沒有渦扇15的殲20也算是五代機(國際標準),雖然不一定能夠實現長時間的超音速巡航,但是也能實現短時間的超音速巡航,畢竟超音速巡航本身就不是全程的,都是有時間限制的,不過殲20戰鬥機在其他性能上還是能夠壓倒其他五代機的。
殲20最大的特點是電子設備先進,他的雷達擁有側陣列,而且也設置了機翼外緣上的雷達副天線,這些雷達全部是AESA有源相控陣體制,由於部署了雷達側陣列,因此殲20的雷達探測角度和範圍要比F22和F35大很多,凝視效果也更好,可以集中波束面對已經發現的敵人,能夠對不同方向的敵人作出快速的反應,甚至可以機頭不對敵人就能發射導彈。同時,殲20的雷達集成度要比同樣擁有側陣列雷達的蘇57戰鬥機要高很多,整體更加先進。
殲20在雷達系統之外,還搭載有固定的EODAS和EOST紅外/光電探測跟蹤和火控系統,能夠在面對不同類型的目標時,有更多的探測和打擊選擇,比如在面對雷達隱身的戰鬥機時,可以通過探測紅外信號去發現和打擊敵機。殲20的這套設備在世界上的五代機中只有F35有,F22和蘇57都沒有,只能依靠掛載外掛的吊艙來實現類似功能,但是一旦掛載吊艙,就意味著隱身性能大打折扣,所以殲20的電子設備比其他五代機都要強大。
殲20的設計中全動垂尾是一大亮點,世界上有類似設計的只有蘇57,殲20是現役戰鬥機中唯一有全動垂尾的,蘇57都還沒有服役呢。他的全動垂尾可以部分取代矢量發動機的功能,而且可以在飛機不同的飛行狀態下選擇不同的氣動設置,使得殲20不但大大提高了爬升率和轉彎盤旋性能,而且還提高了俯衝和超音速性能。殲20雖然有鴨翼,但是他沒有平尾,因此在翼面上並沒有比常規佈局戰鬥機增加,對於隱身的影響並不大。
殲20發動機雖然不是渦扇15,但是太行WS10B或者99M2發動機也能夠提供足夠的推力,即便是不能實現F22那種長途時間的超音速巡航,但是實現類似於颱風戰鬥機那種半個小時以上的超音速巡航還是不難的,畢竟發動機推力也是14噸級別的,不算小了,要知道F22A剛服役的時候,F119的推力也就15.5噸,F22A都能籍此實現長時間超音速巡航,殲20自然也能實現短時間的超音速巡航。
因此,殲20是標準的五代機。
海事先鋒
我來回答你的提問,而且有理有據,不人云亦云,讓你感覺有道理。語言應該不專業,但是自己的想法。
殲20就是正宗的5代戰鬥機,而且是F22和F35二者長處的結合體,而且還有自己的特點。
首先看體積,殲20是所有五代機最大的,主要是長度比F22大1/5,寬度差不多,這樣的體型,有利於超音速飛行。這樣大的體積,載油肯定多,作戰半徑大,彈倉大,西方開始見到殲20,以為是中小型轟炸機。F22的先進性,F35能用的時代技術,幾乎融入殲20於一體。還有很多自己的先進性技術,比如戰鬥機的噴漆,遠遠強於其他五代機。蘇57沒有,F22和F35易脫落。
下面主要看發動機。殲20目前應該用過兩種發動機,在型號驗證機用的是俄羅斯的AL31F,最大推力12.5噸,當時是最穩定的,首飛因為要的是安全。到了原型機階段,用的應該是渦扇10B,因為性能要好一些,經過多年發展,質量已經穩定提高,推力應該到了14.4噸,渦扇10A是13.2噸。
有人說F22能超音速巡航,因為推重比達到10,這是最蒙人的,不能只看推重比,而是要看推力,推重比只說發動機本身先進,放在整架飛機上就不一定了,要整體看推力,要看整體的推重比,要看整個是不是超過了1,或者比1更大。F22的F119發動機,達到15.5,不論推重比,還是整體推力,都比中國的渦扇10B好,多了一噸多,但也沒有差太多。還有一個問題,發動機千萬不要看最大推力,最大推力是加力推力,而超音速巡航是不開加力的,所以要看中間推力,渦扇10是8噸多,F119是10噸多,不過還是性能好。
還要看外形。殲20的主機翼是儘量後推的,幾乎到了尾部,這就是為了超音速巡航做準備的。類似的還有幾十年前著名的協和客機和SR71黑鳥,以及俄羅斯的米格31,他們都是能夠超音速巡航的,他們都是主機翼後推,它們的超音速巡航都是兩倍音速以上。還有一個機翼後掠角度,角度越大越利於超音速,殲20達到了60度以上,F22角度沒那麼大,應該在40度左右。
黑鳥
由此得出結論,現在的殲20超音速巡航沒問題,只是性能低一點,可能沒那麼快,可能在1.2倍音速左右,而F22達到1.6倍音速。所以在等待渦扇15,期待更大的超音速巡航。這就是我認為的殲20。
大志遠思想空間
沒有渦扇15的殲20算不算5代機?其實這裡面涉及兩個問題,一個是五代機的標準是什麼?另一個是缺少WS-15發動機是不是就意味著殲20無法實現超音速巡航?
殲20
地面測試圖(圖片來源網絡
)
先回答第一個問題。目前世界上主流觀點認為,五代機的標準是4s能力,即隱形、超音速巡航、超機動性以及超強態勢感知能力,這個4s標準是f22“猛禽”之後確立起來的,後來被中俄歐等普遍接受。F-22後的幾款隱形戰機基本都以這4s能力為目標靠近。因此,可以說不能超音速巡航就不能叫做5代機。
F-22是第一款擁有4S能力的戰機
那是不是缺少渦扇15發動機,中國殲20就無法實現超音速巡航呢?其實不是這樣的。目前沒有確切證據證明WS-15已經裝配在殲20上,首批服役的殲20採用的很可能是俄製AL-31改型發動機或者國產WS-10B發動機。以渦扇10b為例,其單發最大推力12噸,雖然這個數值在世界上只能算上中等,但加力情況下讓最大起飛重量30來噸的殲20實現1.5馬赫超音速巡航應該問題不大。因此,即使沒有渦扇15,殲20也能實現超巡,自然算5代機。
渦扇10系列發動機測試圖
之所以說中國無法缺少渦扇15,是因為渦扇15最大推力16噸,一旦應用成功,足以讓殲20擁有接近2馬赫的超巡速度。只有這樣,才能將殲20獨特氣動佈局帶來的機動性優勢發揮的淋漓盡致。
兵者詭道也
殲-20和運-20是我國航空工業發展的集大成之作,目前已經正式裝備解放軍空軍,並雙雙形成初步作戰能力,成為中國空軍的明星裝備。
我國陸海空普遍存在一個心臟病問題,這也是國內外媒體廣為詬病的一個領域,從陸軍坦克、到海軍艦艇動力系統,再到空軍航空發動機,國人普遍缺乏自信,對於國內產品並不怎麼認同,故而殲-20面世後,是否具備超音速巡航能力成為探討殲-20是否是五代機的核心爭論點。
參照美國有關新一代隱形戰機的“4S”標準,即隱身性、超音速巡航、超機動能力和超信息感知優勢;我國對五代機的定義類似但有所不同,我們更為強調戰機的超敏捷性、可操控性以及信息化水平,因此殲-20是一款我國標準不折不扣的五代機,參照美國標準也基本達到各項指標。
首先,談超音速巡航能力。我國殲-20受制國產發動機研製進度限制,無論是發動機推重比還是戰機巡航速度,都弱於美國F-22和俄羅斯的蘇-57,因此我國創造性的選擇了以氣動設計彌補發動機動力不足的發展思路,屬於典型的氣動佈局超音速巡航設計。
這一點在殲-20較大的機身長寬比設計上表現的淋漓盡致,從氣動學角度來看,較大的機身長寬比能夠為戰機帶來優秀的高速機動性能和超音速巡航能力,我國殲-20機長接近21米,翼展約15米,單純從氣動佈局設計角度來看,殲-20的超音速巡航能力應該是最好的,但由於發動機推力問題,殲=20只具備較低的超音速巡航馬赫數,在新型發動機未裝配之前,很難在數據上與F-22和蘇-57爭上下。
其次,隱身性能是衡量五代機的核心指標,這也是新一代戰機的核心技術。具備隱身性能尚且可稱為五代機,但是不具備隱身性能,無論其他指標再高大上也是個半成品,頂多是個4+++。由於殲-20採用我國獨創的小展弦比升力體邊條鴨翼式佈局,在剛誕生之初,外界對其隱身性能一直持有懷疑態度,因為從氣動佈局上看,殲-20的一對小鴨翼破壞了全機的整體隱身佈局,實際上,通過加裝獨特的鴨翼升力體邊條,結合大後掠角、小展弦比設計,很好的解決了鴨翼與隱身性之間的矛盾,兼顧了超亞音速機動性能和隱身性能。
此外殲-20採用了類似F-22的菱形機頭設計,使用透波材料優化進氣道鼓包,著重優化了座艙空腔結構對雷達波散射問題,機頭雷達也採用了鋸齒設計,同時延長了發動機機艙長度,有效改善了尾部紅外隱身性能;因此殲-20的隱身性能雖不及F-22的0.1平米,但也接近這個水準,隱身性能並不差。
綜合上述,有關殲-20是否是五代機這個問題,外界最質疑的兩項指標目前都具備了,還有什麼理由說其不夠格呢?殲-20還有諸多F-22所不及的優點,比如作戰航程、作戰半徑以及空戰武器射程等,我國殲-20是根據解放軍空軍作戰需求量身定做,其技戰術指標具有中國特色,未來標配的渦扇-15發動機成熟,殲-20今日的缺點或將帶來更多的意外驚喜,豈不快哉!
鷹鴿分析
但別高興太早,超機動性、隱身、超音速巡航、超感知一樣都不拉下,自然算是五代機了。
只不過——所謂的五代機標準啊,其實是一個很模糊的概念。
並不能確立一個戰鬥機的真正作戰能力。在1981年,美國空軍開始形成了對新的空優戰鬥機的要求,打算取代F-15的主力位置而實施ATF計劃,美國空軍就發佈了先進戰術戰鬥機的請求信息。主要概念為包括隱身技術、短距起落和超音速巡航 等等的一系列新技術指標,ATF計劃被認為是納入新技術,使用新材料的一次戰機技術變革活動。但是——ATF計劃也並沒有提出4S要求。所謂的4S其實是學術界的馬後炮罷了。
就題主提到的沒有WS-15發動機的情況下,咱就得說說殲-20的超巡能力了。
在配備AF-31發動機的時候殲-20可以以1.51馬赫的速度進行超音速巡航,經過計算,如果使用WS-15發動機的話,殲-20的巡航速度可以達到1.84馬赫。
所以說目前配備在殲-20和以後將要配備在殲-20上的發動機其實都可以讓這架飛機超音速巡航。
以一個發動機來肯定或者否定一架戰機其實並不明智,畢竟現代戰機其實是一個綜合的系統工程。雖然很多的時候是在“堆料”,但核心的材料不好也不會被堆上去。
軍武數據庫
超音速巡航有兩種,一種是在不開加力燃燒的狀態下,讓飛機從亞音速進入超音速,並可以長時間維持巡航狀態,美國的F22屬於這種超音速巡航。還有一種超音速巡航,是先打開加力燃燒室,等飛機跨過音障進入超音速,關閉加力燃燒室並長時間維持超音速巡航狀態,蘇俄的米格31就屬於這種超音速巡航。
殲二十受制於國產發動機的推力不足,如果進行超音速巡航,以目前裝備的發動機來看,應該做不到F22不用加力燃燒就達到超音速巡航。殲二十現階段的超音速巡航應該類似米格31,進入高亞音速後打開加力燃燒室,突破音障進入超音速巡航狀態後,關閉加力燃燒室並維持超音速巡航飛行。
殲二十的氣動佈局與機翼面積,都是為實現超音速巡航設計的,完全可以採用開加力進入超音速飛行狀態後,關閉加力燃燒室並且有能力長時間維持。飛機超音速巡航能力除了發動機有足夠的推力,氣動佈局設計也非常重要,尤其是機翼的設計尤為重要。
設計時為了讓戰機獲得超音速巡航的能力,機翼一般都設計的很薄以外,機翼面積也會相應的減小。我們都知道機翼面積越大,飛機獲得的升力了越大,但機翼面積增大也會帶來阻力加大,飛機獲得了足夠的升力卻犧牲了速度。減小機翼面積會讓飛機損失一定的升力,但有利於提高飛機的速度。
殲二十是現有幾款重型隱身戰機中,機翼面積最小的,不論F22還是蘇57的機翼面積都大於殲二十,但殲二十的機體確是這三種戰機中最大的。之所以出現這種情況,就是因為國產發動機推力不足,不得不犧牲一部分機翼提供的升力,最大限度減少機翼面積過大帶來的阻力,用鴨翼與機翼的遠距耦合效應,在實現高機動性的同時,同時也獲得額外的升力,用來彌補發動機推力不足帶來的性能影響。
最終我的結論是殲二十現在配套的發動機,可以實現超音速巡航,但做不到F22那種不開加力燃燒就就可以進入超音速巡航狀態。但是以殲二十的氣動佈局設計,以後換裝配套的渦扇十五發動機後,完全可以實現不開加力燃燒,就達到超音速巡航狀態。
雯臣
你的關鍵問題是能不能超巡,那麼一個問題,
你怎麼知道能超巡?
還是不能超巡?
你憑什麼?
嗯哼?
你說?
你是開過?
還是見過它不能或者能超巡?