如何评价我国歼20战机的气动布局？（歼20与F22在气动布局和电子系统方面有优势）

歼20与F22在气动布局和电子系统方面有优势

“动力不够，气动来凑”，歼20就是这种典型的四代机。我国航空发动机一直都是短板，发动机问题也成了所有飞机的心脏病问题，但四代隐身战机必须要发展，在这种情况下，优化气动布局来弥补动力不足成为了唯一选择，于是乎就有了这种“小展弦比高升力”的歼20。可以说歼20在许多设计方面都是优于F22，尤其是升力系数上更是无所不用其极，自然也比F22高很多，另外在电子系统方面，歼20还有类似F35一样的EOTS、EODAS等光电红外探测手段，这些F22也没有，虽然就综合实力来说歼20还无法达到F22那样的水准，但歼20在战场上绝对有与F22一拼的实力。

首先说说歼20这个“小展弦比高升力”的气动布局，这里其实还有一个故事，就是当年美国吹嘘自己的F22升力系数达到了2.07（三代机普遍在1.6以下），而作为我国未来空军的主要对手，歼20的设计必须对标F22，于是就将这个升力参数定在2.1，略高于美国。要达到如此高的升力系数是非常难的，歼20将涡流增升技术发挥到了极致。首先是采用基于涡流控制技术的升力体机身，第二采用了边条翼鸭式布局，试验表明，同时采用鸭翼和边条翼，不仅保持了分别采用这两种增升装置的增升效果，还可以得到更高的升力系数，如下图：

另外仔细观察会发现，进气道位置也进行了特别设计，同样能产生涡流效果，至于网上说还有类似F22一样的机头菱形涡，这个目前还没发现，应该是没有（菱形窝离机翼太远了，F22机身短很多，可能会有一定效果，但歼20恐怕不行）。于是在增加升力方面就形成进气道涡、鸭翼窝和边条窝等联合作用，硬是将升力系数达到了设计目标。通过这一系列努力后，我们也反推出采用常规布局的F22根本不可能达到2.07最大升力系数，最后美国自己公布F22的最大升力系数仅仅只有1.7，与歼20 的2.1是不是差了一个档次。当然如此复杂的启动布局，歼20的飞控系统应该会很厉害。

而且在开发歼20的时候，虽然在很多技术方面达不到美国那样的程度，但在很多设计细节上我们也吸取了一些F22的教训，比如超音速巡航作战的F22作战半径仅仅只有740公里，而歼20就拉长了机身，这样就能装更多的燃油，即使未来超音速巡航作战，作战半径也应该能达到1200公里以上；还有F22那对超大的尾翼看着很不和谐，歼20在设计的时候就采用了1对全动尾翼+1对腹鳍，相当于上下两对小垂尾来保持飞机飞行稳定，当然这个腹鳍也在网上引起了很大的争议，未来到底是F22的固定大尾翼好，还是歼20的两对小尾翼好，这个还得看作战效果。

在超机动性方面，歼20目前还是有些问题的，歼20的机身被拉长，这种小展弦比的战斗机阻力很小，典型特征是高速性能极佳，但机动性差很多，鸭翼和矢量喷口将协助弥补歼20超机动能力不足的问题，可即便如此，歼20的超机动性方面肯定还是比F22差上一些的，再加上目前歼20还是使用的三代发动机，即使最新换装了WS-10B锯齿版本的歼20，解决了矢量喷口问题，但发动机本质上还是三代机水准，与F22的机动性方面差距就更大了。即使未来我们的WS-15峨眉发动机成熟装备后，歼20的机动能力应该都不如F22，但因为阻力小，在超音速巡航上会更省油一些。

至于其他作战能力上，F22和歼20在外型隐身上都极强，F22的隐身涂料效果更好也更娇贵，因此歼20的在隐身上比F22略差；而歼20的优势再是战场感知能力上，因为后发优势，歼20装备了F22没有的EOTS、EODAS光电红外系统，在大家都隐身情况下，超视距攻击能力上歼20略强一点。

当然在作战能力上来说，这个就真的不好说了，毕竟大家比的都是体系作战，在体系上美国人作战经验更丰富，体系建设上更完善；而我们则具备作战的主场优势，地面、空中雷达等支援更多，电磁控制能力上会更强，因此在抢夺制空权方面，歼20可能并不比F22弱。当然F22的优势还是很多的，凭借超音速巡航能率先抵达战场空域，对等数量情况下在同一空域作战飞机会更多一些，甚至在载弹量方面目前F22也多2枚中程空战导弹！

观点二

　目前只有中美俄3个国家研发出了5款隐身战机（歼20、FC-31、F-22、F-35、苏57），这3个国家各自一款双发重型隐身战机，歼20就是我国的“当家花旦”。从气动设计上讲，歼20的气动理念由歼10总师宋文骢院士提出，名为“小展弦比升力体边条翼鸭式布局”；我国“国宝级”专家杨伟为歼20的总师。没错，这就是传说中的成飞611所跟沈飞601所在4代机竞标中，各自方案各项性能的对比结果图。其中，上面两个是成飞的，下面两个是沈飞的。而目前的歼20，与成飞提供的第2个方案，也就是H4B-A3方案比较接近。

▲歼20

　　　从飞机研制的一般程序来看，飞机比较重大的改进，尤其是外形改进一般集中在调整试飞阶段，也就是所谓的验证机阶段，这个阶段的试飞一般由科研单位主导进行，主要是发现一些初始性重大技术故障，然后有针对性进行修改，这个时候可能会涉及到飞机外形也就是气动布局方面的变动，如果试飞结果正常，就会进入国家定型试飞阶段，由于调整试飞的包线占到全部飞行包线的80%以上，如果没有问题，就说明飞机的气动布局与原来的论符合，后来的国家定型试验虽然也会出现故障，但是主要是机内系统，涉及到外形一般很少。

　因此如果我们想知道空军对于歼-20的气动布局是否满意，从原型机的变化就可以清楚的知道，此前网络曾经出现过歼-20原型机的图片，从图片上来看，这架飞机采用了新型平显、有源相控阵雷达、分布式光电探测系统，显然是一件全状态的原型机，这表明这架原型机可能用地航空电子、机载武器等方面的测试，从这架飞机的图片为看，这架飞机在一些细节上与歼-20前几架原型机有所不同，但是并没有根本性的变化，实际上就可以认为空军对于此前试飞的结果是满意，飞机试飞数据与论证研究的结果基本上相符，因此不需要对气动布局进行太大的改进，只需要有针对性的对暴露出的问题进行细节上的修改，

　　实际上歼-20早在2011年就开始试飞，按照常规进度来看，如果出现比较重大的问题，应该空军和科研单位显然早就知道，并已经开始对其进行改进性设计，那么飞机试飞相应的也会减少甚至中止，而从目前的情况来看，歼-20的试飞一直在有条不的进行，没有看到这样的迹象，同样以苏-27为例，T-10在1977年5月首飞，不久苏霍伊设计局就发现试飞结果不理想，1979年西蒙诺夫就坚持对其进行重新设计，不会拖延这么长的时间。

▲T-10在1977年5月首飞　　

从相关图片来看，2011原型机与2001相比，在外观上最明显的区别可能就是进气口上表面向下倾斜，这个设计类似于F-35，因此可以这样说如果2001正在看起来与F-22相像的话，那么2011更加接近2011，众所周知，进气道及其与机体一化设计向来是空气动力尖端和难点，与以前战斗机的进气道相比，第四代战斗机的进气道功能更多，更加复杂，除了常规的进气之外，进气口和进气道还要采取弯曲或者其他隐身设计，同时进气道还是战斗机涡流产生的重要部位，这样就造成第四代战斗机的进气道比以前战斗机的进气道更长，也更为复杂，从国内外的资料来看，在大攻角飞行、投弹以及格斗等机动飞行时，处于飞机前部机身的进气道等部位会受到高量级的噪声振动激励，很容易造成进气道结构破坏，所以需要对相关部件进行有针对性的设计，2011进气道修改可能就有这方面的原因。

▲2011原型机的垂尾有一个明显的切尖

　　另外一个比较明显的区别就是2011的垂尾有一个明显的切尖，从相关资料来看，由于前机身边条翼或鸭翼产生的涡流，会对后部机身-垂尾结构造成很强的动压载荷，当动压载荷激励频率与结构主要模态频率吻合时，会导致诸如平尾、垂尾等结构发生抖振，从而产生振动疲劳破坏。美国的F-22飞机在试飞时就曾经出现过垂尾抖振现象，这是由于进气道产生的第二个分离涡拖出后扫到了垂尾造成的抖振，设计人员据此采取相应措施予以解决。从现在来看，我国科研人员采取了垂尾切尖的办法来解决这个问题。

　　另外2011的腹鳍的面积似乎也有所扩大，一般认为垂尾和腹鳍的主要作用是提高飞机在最大设计MA数和低速大迎角时的方向安定性，腹鳍的优点在于它安装在机身下部，飞机在大迎角状态的时候，不受机头涡及翼身组合体分离涡的影响，效率不随迎角的变化而变化，如果2011的腹鳍面积增加，说明飞机在进一步提高大迎角时的安定性能，以进一步增强飞机的机动性能。

应该说，中国独创的升力体边条鸭式布局是基于中国国情的一种兼顾超声速巡航和亚音速高机动性以及隐身的设计。为了实现超音速巡航，降低波阻，歼-20使用了大后掠角、小展弦比、相对厚度较小且面积较小的机翼，而且采用了大长细比机身，但这个设计与亚音速机动性略显相矛盾。为了提高亚音速机动性，就要想办法提高最大升力系数。这里解释一下，战机的过载与升力系数、速压成正比，而与翼载荷成反比。美国F-22的办法简单粗暴，降低翼载荷就是了，另外加了矢量推力。而对于缺乏大推重比发动机，翼载荷很难降低的歼-20而言，就必须采取提高升力系数的办法。而将升力体、边条和鸭式布局“揉”到一架飞机中，可以极大提高飞机的最大升力系数和升阻比，进而提高其机动性。

▲歼20验证机上，边条是升力特性更好的尖拱形，鸭翼前部也有小型边条，但这对隐身不利。

实际上，边条和鸭翼都依靠脱体涡对机翼的有利干扰提升机翼升力。三代机上多单独使用，例如歼-10使用了鸭翼，F-16、苏-27使用了边条。这里要说明的是，同等面积的边条增升效果要好于鸭翼。但鸭翼的可控性较好。另外，边条的采用相当于减小了机翼的相对厚度，增大了有效后掠角，降低了波阻，更加有利于降低超音速阻力。

歼-20为提高超音速机动性和配平阻力，使用了中远距鸭翼，相对于近距耦合鸭翼来说，升力增量相对较小。歼-20的鸭翼的另一个特点是中位鸭翼。歼-20机翼为上单翼构型，这是出于至少两方面因素考虑：一方面机翼（当然也包括鸭翼）与精心设计的机体构成一个翼身融合的升力体构型，升力体可以产生大约15%-25%的升力增量。另一方面是出于在侧面布置内置弹舱的考虑，导致几乎不可能采用中单翼或者下单翼。这也导致了鸭翼位置与机翼大致在一个平面上，属于中位鸭翼。不过，中位鸭翼对增升效果影响不大，为提高鸭翼涡流对机翼的有利干扰效果，歼-20的鸭翼有一个上反角（歼-10也有这样的上反角）。

▲量产型歼-20的边条改为三角形，更有利于隐身。

为了进一步增大升力系数，歼-20在鸭翼后又增加了一个大面积的边条。歼-20的边条，也是经历了不断的改进。边条的作用，一方面在于其前缘涡本身的涡升力，另一方面，他与机翼的有利干扰、推迟机翼分离的发生和发展也起着重要作用。因此希望边条涡的强度大和稳定性好。从升力特性上看，尖拱形边条要比三角形边条更好一些。为了最大限度提升最大升力系数，歼-20验证机上的边条是尖拱形边条，在达到最大升力系数后，其升力变化比较平坦，另外其面积可能更大，升力增量略大，但是雷达散射特征较大，且均匀散射。在原型机以及后来的量产型歼-20上，边条改为升力特性稍差的三角形边条（直线型）。从一些飞行中的照片来看，似乎也减小了边条涡对垂尾的干扰，同时提高了飞机的航向稳定性。更关键的是，三角形边条的RCS特性好于尖拱形边条，前者将雷达波向特定方向散射，而尖拱形边条的RCS图更为均匀。

▲歼-20机体下平上凸，纵向剖面为翼型剖面，所以机身是一个升力体。图片出处见水印。

歼-20同时采用了鸭翼和边条，进一步增大了升力增量，加之升力体的采用（机身纵轴剖面为翼型，可产生较大升力，最典型的应用就是苏-27和苏-57的“中央翼”），使得歼-20战机获得了可能是四代机中最好的升力特性。这一点，无疑是中国设计师的智慧所在。根据宋文骢院士生前的一篇论文显示，鸭式布局的最大升力系数超出常规布局的翼身融合体49%，而鸭式布局加边条则超出了60%，如果再结合升力体机体，最大升力系数是常规翼身融合体的1.8倍。相比之下，F-22由于边条面积较小，而其进气口上方唇口后掠角度又比较小，很难拉出强度较大的稳定的涡，估计其最大升力系数在1.5左右，而苏-27的最大升力系数都已经超过1.6。可以认为，歼-20很可能是目前四代机中最大升力系数最大，超声速巡航阻力最小的机型。

▲鸭翼和边条产生的脱体涡向相同方向旋转，虽然升力增量增加，但也会产生一定程度的相互抵消。

歼-20的这种布局虽然是中国独创，但也是站在巨人的肩膀上。

▲鸭式布局的EAP战斗机也使用了边条。

同时利用鸭翼和边条共同提高升力系数，是世界各国飞机设计师上世纪九十年代普遍的想法。近距耦合鸭式布局的“阵风”战斗机实际上就有边条，只不过这个边条比较小，不容易被发现而已。欧洲战斗机的验证机EAP采用了远距鸭式布局，为了提高涡升力，增加了一个和进气道上部的附面层隔离板连接的边条。后来的生产型取消了这个边条，增加了机身侧板（作为涡流发生器），但是现在台风战斗机的改进型又加上了边条。

▲苏-33以及中国的歼-15也采用了鸭翼、边条综合增升力，同时也是升力体构型。与歼-20不同的是，它们属于三翼面布局，前翼不可差动，飞机没有隐身设计。

苏-27这类原本采用边条翼的战斗机，在改进时增加了鸭翼，从而构成了三翼面布局。苏-33、沈飞的歼-15舰载机实际上也同时使用了鸭翼和边条，而且是升力体构型，不过他们属于在常规布局上改进的三翼面布局，鸭翼不可差动，边条在鸭翼前方，且不具备隐身能力。所以说，歼-20这种构型属于中国独创。

▲鸭翼+大型边条的构型，一定程度上增加了前向RCS，但是代价可以接受。

当然，在得到升力系数的优势的同时，歼-20也付出了额外的隐身代价，大型的前翼和三角形边条，都平添了辐射源。只不过在基础RCS都比较小的情况下，即便增加一个数量级的RCS，对方雷达的探测距离增量也只有区区十几公里甚至几公里，这种隐身损失尚可接受。此外，同时使用鸭翼和边条，两者之间可能会发生干扰，导致1+1<2的结果。因此，国外在选择鸭翼配边条时，还都是比较谨慎的。