殲20隱身設計總師已退休,沒評上院士:他才是中國隱身戰機之父

殲20隱身設計總師已退休,沒評上院士:他才是中國隱身戰機之父

在611涉及到殲20的公開論文和專著中,有兩個人的著作是不可繞過的。一篇是殲10總師宋文驄老先生的論文,指明瞭殲20的核心氣動外形設計思路;一本是桑建華副總設計師的專著,指明瞭殲20的隱身設計思路。


把這兩篇公開的論文和專著聯繫起來仔細閱讀,611在殲10時代之後,對於下一代戰機的研究是如何發展的,其技術脈絡便已經展示的非常清晰了。


宋文驄老先生在2001年公開發表了論文《一種小展弦比高升力飛機的氣動佈局研究》,其中提出了殲20後來的核心設計原則——採用升力體佈局,用邊條翼強化鴨式佈局,採用較小面積的全動垂尾。


殲20隱身設計總師已退休,沒評上院士:他才是中國隱身戰機之父


但值得注意的是,這篇論文反應的是611在90年代中期或更早的研究結果;它的結論和舉例,和後來的殲20設計仍然有相當大的差距。殲20基本設計方向也是後來在宋的手上完成的,但其設計依據已經遠超《小展弦比》一文所論述的內容了;只是此後的研究尚未有類似的公開論文發佈,何時公開只能留待未來了。

《小展弦比》論文的時間背景非常重要,這直接決定了它展示的方案設計中的兩個核心元素:Caret進氣道,腹部進氣佈局。

一:當時為什麼選加萊特進氣道?最後殲20為什麼又不用它?

90年代中期,F22的Caret(加萊特、卡爾特均為音譯)進氣道,依然是全世界最先進的設計,只有它能出色的兼顧隱身和高進氣效率的要求。因此國內的下一代戰鬥機預研方案,在當時採用加萊特進氣道也是必然的結果。

殲20隱身設計總師已退休,沒評上院士:他才是中國隱身戰機之父

圖:F22進氣道


DSI進氣道於1996年在F16改裝的驗證機上實現首飛,隨後在美國的成熟非常快,而611的跟蹤研究也極快。F35的原型機,X35在03年首飛;而611的梟龍04號機,在06年也實現了首飛。


殲20隱身設計總師已退休,沒評上院士:他才是中國隱身戰機之父

圖:殲10A/S與殲20進氣道

DSI進氣道的出現要比加萊特晚很多,它取消了附面層隔道,因此結構上比加萊特更輕;而且由於結構上少了一個凹陷的深腔體結構,因此在反射雷達信號的強度上也可以做到更低。


611內部對下一代戰機進氣道的選定,具體是何時從加萊特轉向DSI的,目前還缺乏公開資料判斷,較為可能的推斷是90年代末期。

殲20隱身設計總師已退休,沒評上院士:他才是中國隱身戰機之父

圖:因為不同單位對DSI進氣道的掌握程度不一,國內部分學術觀點稱“DSI不利於高速性能”,後隨FC-31項目出現而銷聲匿跡

二:當時的新機方案為什麼要採用腹部進氣佈局?

必須要強調的是,殲10直到1998年才首飛;在90年代中期,611的設計經驗和能力依然有極大的侷限性,腹部進氣是他們唯一進行了大量深入研究和展開過詳細設計的佈局。此外採用腹部進氣,可以避免進氣道的上唇口也成為渦流發生器的一部分,大大簡化氣動和飛控的設計難度。


在《小展弦比》一文披露的研究進度中,帶有尖銳稜邊的機頭所形成的渦流,已經對611形成了明顯的困擾:或者機頭渦產生的額外升力,會導致戰機難以控制、甚至失控;或者渦流與渦流的干擾,不僅沒有形成強化性的耦合關係,反而彼此內耗導致性能降低了。


殲20隱身設計總師已退休,沒評上院士:他才是中國隱身戰機之父

圖:三代常規戰機靠邊條拉出渦流增加機翼升力,強化機動性。F22把三代機的獨立邊條,分三段融入前機身的側面稜邊、進氣道前沿、進氣道側面小邊條;以大幅度提升飛控設計難度為代價,實現隱身的同時,大大減小了重量、阻力,還極大的強化了機動性。

殲20隱身設計總師已退休,沒評上院士:他才是中國隱身戰機之父

圖:F-22的渦流增升效果極為強悍,沒有任何一種三代機能與之相提並論

這些問題,也正是多渦流發生器組合設計中的核心難點;如果再進一步複雜化,形成類似F22的三段轉折、甚至更復雜的構型,在當時就完全超出611的能力範圍了。

殲20隱身設計總師已退休,沒評上院士:他才是中國隱身戰機之父

圖:FC-1換裝尖拱大邊條不只是為自己提升性能,也是為殲20探路。在2006年之後,歷經兩個三代機研發的611,在技術能力上相比十年前是脫胎換骨的提升。


殲20隱身設計總師已退休,沒評上院士:他才是中國隱身戰機之父

圖:三代鴨式佈局存在“鴨翼大/離得近=機動性好但高速阻力大”的矛盾,利用邊條拉開鴨翼和主翼的距離,可以兼得高機動性和高速阻力小的優勢


1996年的611和2006年的611,在渦流升力和飛行控制的研究水平是完全不在一個水平線上的。今天回頭再看,殲20的渦流發生器組合設計,複雜程度遠遠超出了《小展弦比》一文的研究水平;這種能力上的突破,正是在90年代中期之後的十多年中完成的。

三:殲20為什麼最終放棄了更簡單的腹部進氣?

這個答案可以在2013年公開出版的《中航工業首席專家技術叢書——飛行器隱身技術》一書中找到,作者桑建華是611的副總設計師,書中的論述可以直接作為611的官方結論。桑總師提出了兩條重要的理由,而且都與隱身高度相關:


殲20隱身設計總師已退休,沒評上院士:他才是中國隱身戰機之父

圖:直通式進氣道理論上可以獲得最高的進氣效率,但也註定絕不可能隱身

1、發動機的風扇和壓氣機葉片,是戰鬥機前向的三個最強信號反射源——另兩個是雷達天線和座艙。因此隱身飛機一定要採用S型彎曲的進氣道,通過彎曲結構實現對發動機的遮蔽。


殲20隱身設計總師已退休,沒評上院士:他才是中國隱身戰機之父

圖:同時從高度和寬度兩個方向進行彎曲的S型進氣道


殲20隱身設計總師已退休,沒評上院士:他才是中國隱身戰機之父

圖:F35進氣道示意


殲20隱身設計總師已退休,沒評上院士:他才是中國隱身戰機之父

圖:F35進氣道的部分結構實物

在腹部進氣佈局上,S型的彎曲結構只能佈置在垂直方向上,因此受機身內部結構的空間限制特別厲害,要做出合格的隱身性能非常困難。但是如果採用兩側進氣佈局,則S型的彎曲,可以同時從高度和寬度兩個方向進行設計,要實現合格的隱身性能就容易得多。


2、側向隱身,兩側進氣道的優勢更明顯。假設進氣道隱身性能均合格、信號強度相當;對方的雷達從正前方照射戰鬥機的時候,不管腹部還是兩側的進氣道,都會完全暴露;此時不同的進氣佈局,隱身表現上可以認為沒有差異。


殲20隱身設計總師已退休,沒評上院士:他才是中國隱身戰機之父

圖:根據《飛行器隱身技術》的圖示,側向18度以後,殲20的一側進氣道就會被完全遮蔽

但只要雷達波的角度傾斜一定程度,那麼總會有一側的進氣道,被前機身所遮擋住,其反射的信號會逐漸減弱、直到完全消失。而這種優勢,是腹部進氣佈局所不具備的。

結語:


僅僅十多年過去,此前的研究結論,要麼部分核心內容已經開始過時,要麼部分核心內容已經可以不再受能力侷限、可以選擇性能更優越的設計。


宋文驄老先生當年的論文已經不能完整解釋後來殲20的設計,這並不是什麼壞事;相反,它證明了宋文驄帶領下的611在90年代中期以後獲得了飛速的進步。


附註1:桑總已經退休,他雖然不是院士,但是比起某些學術成果來自引進俄羅斯電磁學理論和工具的科學院院士,無論是開創專業、還是搞出第一個真正的產品,

桑建華、桑總,才真正有資格被稱為中國隱身機之父


附註2:中航首席專家叢書的規模很大,因此質量也稂莠不齊。在我讀過的幾十本中,611的《飛行器隱身技術》和606(瀋陽發動機設計研究所)的《航空發動機機械系統常見故障》,是質量最高、學術態度最為嚴謹誠懇的代表作,值得反覆精讀、研讀。


分享到:


相關文章: