深度剖析：殲-20是全球戰機「終結者」

整體布局觀察

/來自中華網社區 ***/
  
    首先，殲-20延續了殲-10的鴨翼加切尖三角翼布局，其實中國軍方人士早已在去年就透露，稱中國四代機將是一種殲-10的重大改型。這一做法是完全可以理解甚至預料得到的——美國F-22就可算作F-15的隱身大改型，俄羅斯T-50就可算作蘇-27的隱身大改型。

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    各國空軍的機型設計，大多帶有一定的延續性，這是因為一是設計單位有著自己的技術底蘊、設計特點和方向，二是在戰機背後代表的是該國空軍對空戰的理解和規劃，這兩點都是素有淵源和傳統的。  
    其次，整機線條平直，沒有多少複雜曲線起伏，類似F-22；菱形機頭，折線機身，大量運用傾斜面，具有非常明顯的隱身特徵。

   整體機身瘦長、鋒銳、犀利，總體機身正面略顯偏窄，側面看機身稍顯厚實，為升力體機身。由於機身較長，其中有巨大的空間可以布置內置彈艙和油艙。  
    其他主要特點還包括，採用V型全動垂尾；具有菱形機頭邊條和機翼前小邊條；和確認服役的三種四代機(F-22、F-35、T-50)一樣採用上單翼，但翼展相對最小(學名為「小展弦比」)。

  
    殲-20究竟是四代機還是五代機

      在各國軍方、專家學者、新聞傳媒中，存在著對戰機代次的不同定義和劃分，而由於不同叫法中新老代次的錯迭，進而導致了更大的混亂。比如說，中國的這種新型戰鬥機到底是四代機還是五代機，四代機是指像蘇-27這樣的還是指像F-22這樣的戰機，一直難以統一，甚至還進一步分化，連很多軍事迷都說不清道不明。  
    為此我們在此不得不在此花些篇幅追根溯源，解釋清楚這一問題。首先，關於二戰後噴氣式戰鬥機的代數劃分，有著兩個略有差異的劃分辦法標準。而原先美國所採用的劃分標準是：

      第一代噴氣式戰鬥機生產於戰後的上世紀40年代末至50年代，典型戰機有美國的F-80、F-86、F-100和蘇聯的米格-15、17、19。  
    第二代戰鬥機興盛於1960年代，典型戰機有美國的F-104、F-4和蘇聯的米格-21、23，特點是追求更快的速度。

    第三代戰鬥機在此後不足十年即開始面世，一直興盛至今，美國的F-14、F-15、F-16、F/A-18，蘇聯的蘇-27、米格-29，法國的幻影-2000，中國的殲-10都在其列，其特點是轉為追求更強的機動性，配備了中遠程空空導彈，超視距空戰成為基本作戰樣式。  
    F-22宣告了第四代戰鬥機時代的到來，它也定義了四代機的四個標準——隱身、超音速巡航(四代低檔戰機做不到，如F-35)、超機動性和信息能力。[詳細]

  
    俄美面子之爭加劇的混亂

    而在原蘇聯的劃分辦法中，又將美國標準的第一代戰機根據能否超音速飛行，劃分出前後兩代，形成了五代戰機。第一代是F-80、F-86和米格-15、17這種亞音速戰機，第二代是F-100、F-101和米格-19這種超音速戰機。由於這種劃分過細，沒有必要，中國並不採用此辦法，而是習慣採用美式的劃分。  
    不過，由於近年來俄羅斯處於市場宣傳的需要，竭力將自己的T-50稱為第五代戰機，將蘇-27改進型稱為四代半戰機；美國覺得自己比俄式戰機都先進的F-22隻稱為第四代，實在是氣勢上吃了虧，於是近兩年也改用了俄式的劃分法。於是乎，俄美、新舊不同的辦法交織在一起，造成了極大的混亂。

     而中國則堅持繼續採用四代劃分法，也就在國際傳媒中遭遇了美國前些年的困擾。不過，中國軍事迷們並不以為意，親切地把黑色的殲-20稱之為「黑四代」，簡稱「黑絲」。這倒也是一種鮮明的區分。  
    已確定將服役的三種第四代戰機：F-22、F-35、T-50

    F-22戰鬥機是美國洛克希德-馬丁公司為美國空軍研製的21世紀初主力重型制空戰鬥機，主要用於替換美國空軍現役的F-15戰鬥機，在美國空軍武器裝備發展中佔有最優先的地位。1990年原型機首飛，1997年樣機首飛，已經於2005年服役，目前預定建造的180架已經全部交付空軍，但美國空軍希望能擁有380架，而最早的裝備計劃更是多達750架。  
    F-35是由洛-馬公司設計的中型戰鬥機，目前正在試飛，預計2014年開始裝備美國空軍、海軍和陸戰隊，其總體布局就像縮小版的F-22，但與F-22相比較為低端，隱身能力無法與F-22相媲美。為了兼容陸戰隊型號的垂直起降要求，不但不具備超音速巡航能力，甚至最大時速不過1.6馬赫，是最近50年來的戰鬥機中最慢的，非常不利於空戰。其設計目標和執行的任務70%是對地攻擊，30%是制空任務。將成為美軍以對地攻擊為主的多用途戰鬥機，替代退役的第三代戰機。此外還將作為惟一一款可購買的高端戰機出口到美國的諸多盟國。

     T-50是俄羅斯蘇霍伊設計局剛剛推出的第四代戰機，總體基礎在大獲成功的蘇-27的基礎上改進，2010年1月29日上午首飛。預計將在5-6年後裝備俄羅斯和印度空軍。  
   

    氣動特點和升力特性

     殲-20採用了「鴨翼+邊條翼+升力體」綜合布局結構，把全動鴨翼、邊條翼、升力體三者結合一起。  
    殲-20鴨翼的主要作用，和殲-10一樣，是為了產生的脫體渦，對主翼上翼段形成有利干擾，改善主翼的升力特性和操控性能。不過殲-20的鴨翼還帶有上反角，這是因為為了隱身，鴨翼和主翼根部只能設置在同一個平面上，因此、需要拉開一段距離，發揮鴨翼的增升作用。殲-20既具有菱形機頭的菱線機頭邊條，在鴨翼后和主翼前還見縫插針安排了一段邊條翼。

     而美國F-22、F-35、俄國T-50都只有變形的、大小不等的邊條翼，擁有完整的鴨翼和邊條翼的殲-20，在全球已有的四代戰鬥機中，升力特性最好、升力係數最高。這意味著中國四代有著更短的起飛距離和更優秀的穩定盤旋能力。  
   

    比F-22更先進的DSI進氣口

    DSI意為無分離板超音速進氣口，Diverterless Supersonic Intake，首創者是美國F-35的研製承包商洛-馬公司。它巧妙地採用一個經過流體力學計算設計得出的、形狀複雜的三維鼓包，將邊界層的獃滯氣流層從中間一剖為二，引向進氣口兩側的邊角泄放，而不影響主要的「乾淨」氣流層穩定地進入發動機。  
    這樣，DSI 避免了F-22所使用的進氣口邊界層分離板，避免了前向隱身的一大隱患，而且還能對進氣道形成一定程度的遮蔽，減輕了機身結構重量，一舉多得。

     之後成飛迅速於2006年在「梟龍」飛機的改進上也應用了這一先進的進氣道技術，既而又在2008年運用到殲-10的改進上。和洛-馬公司成為全球掌握並應用該技術的兩家公司之一。DSI進氣口的局限性  
    不過DSI的鼓包儘管經過精心計算，但是不可調的。這意味著採用這種進氣道的戰機，儘管得到了減重、提高發動機效率的優勢，但這種優勢只能固定在某一速度範圍，主要是高亞音速附近。也就是說它們的超音速性能受到了制約。

    F-22使用傳統的進氣口邊界層分離板，保證了較高的超音速飛行性能的需要。而DSI進氣口一般只能適用于飛行速度比較低的戰機，如F-35和「梟龍」。這兩種飛機都是近50年來飛行速度最慢的戰鬥機，最高使用速度僅為1.6馬赫。  
    殲-20採用了獨創的「可調DSI進氣道」

    殲-20獨創的「可調DSI進氣口」，做出了新的創新，解決了DSI高速性能不佳的難題。殲-20進氣口鼓包固定但是進氣道側面有可調擋板，可有效隨速度變化改變進氣量，從而達到從低到高各個主要速度段的優秀的進氣控制能力，令發動機更為澎湃地工作，也將意味著更好的加速性、爬升率和超巡能力。同時可調擋板重量輕於傳統的進氣口邊界層分離板，也不影響隱身性能。  
    從照片上可以看出，殲-20的機頭較窄，兩側的進氣道也不寬，甚至對飛機座艙的高度也嚴加控制；雖機頭正面同為菱形，殲-20卻比F-22的肥大的正面要小不少。而且后機身兩台發動機緊緊並列，整個機身細長，橫截面小，彈艙和油艙則利用較長的機身在縱長方向安排。

     在迎風阻力小的細長機身上，殲-20又配備了小翼展、較大後掠角的主翼，主翼面積明顯偏小（因此而生的機翼單位載荷過大等問題，則靠鴨翼和邊條所帶來的增升效果來解決）。另外一個引人注意的設計是面積相對較小的全動V型尾，這也盡量減少正面迎風截面積的一個措施。  
    瘦長、鋒銳的機身，窄小的機翼；總之，該機的每一個主要氣動外形設計，都為了超音速下的減阻增升——同時也在一定程度上減少正面雷達反射截面。殲-20的構型顯然具有比F-22、T-50更小的超音速阻力，更佳的升力係數，在保證隱身的前提下將氣動布局做到了極致。

  
    殲-20的氣動設計極其重視超音速性能

    美國人仰持強大的發動機和長期領先他人的技術優勢，一貫對氣動設計不夠上心、較為保守，傻大笨粗是美國空軍主戰戰機自二戰以來給人的一貫印象。短粗的F-22和和為了兼顧垂直起降更為肥碩的F-35就是典型。俄羅斯T-50的機身設計扁平而寬大，這種構型的亞跨音速升阻比較好，但是超音速下會有巨大的阻力。  
    成飛設計的殲-20機身令人容易想起米格-31、1.44甚至殲-8、蘇-15這種追求速度的截擊機造型，或者從某種意義來說，這就是成飛70年代所設計的2.6倍音速的殲9的重生。

    它採取了略顯激進的、重視超音速性能的設計。這是對發動機暫不如人的一種彌補（有樂觀的估計認為，甚至只使用中國現有的「太行」發動機或者其改型，殲-20也能實現超巡），也體現了中國空軍一以貫之的追求速度的決心（實際上，殲-10的高速性能就相當突出，具有截擊機的特點）。  
   

「令人糾結」的鴨翼？似懂非懂的「專家」？

    對於殲-20來說，爭議最大，非議最多，質疑最猛的，無疑就是延續了殲-10的鴨翼布局。儘管這種布局如上所述具有升阻比大，氣動控制強悍等優點，但大部分似懂非懂的「軍事專家」都認為，這也要付出隱身能力下降的代價。  
    從直觀的感覺上來看，似乎確實如此，由於鴨翼安排在主翼之前，從正面看過去是一小塊複雜的形狀，又不像常規的水平尾翼一樣能夠為主翼所遮蔽，因此擔心其成為雷達回波的主要反射目標是很自然的。因而廣大軍事迷、眾多媒體也都紛紛人云亦云，認定中國殲-20的性能肯定不如F-22，甚至不如採用了「隱形鴨翼」的T-50。此言差矣！

     實際上，在真正洞悉雷達隱身原理的人眼中，這根本就不是問題。一個好的隱身飛機要處理好上百個問題。所謂鴨翼問題，只不過是個極為普通的次要問題而已。要理解這一點，就必須了解雷達和隱身的原理。  
    雷達眼中的物體特徵和物體幾何形狀完全不同

    雷達是靠接收己身發出的電磁波照射到目標上返回的回波來探測目標的，削弱雷達回波的強度和穩定性是隱身處理的入手關鍵。  
    理論上說，假如雷達電磁波恰好垂直照射到一塊板上又直線返回，這是最理想的雷達工作模式，但實際上這樣的機會微乎其微，照射到平面上的電磁波大部分會像光線照射到鏡子上一樣，按法線折射原則轉向其它方向。

    從雷達原理來說，雷達實際的反射信號中最強的部分，是當雷達波照射到飛機的、尖銳、縫隙、邊緣等突出或凹陷（學名將其稱為角形結構和凹腔結構）的外形不連續處時，經過兩次反射產生的180度轉向返回的反射信號，這種信號才是回波能量的主體。  
    也就是說，雷達電磁波所「注意到」的物體特徵，和實際的物體幾何特徵差別是很大的。它對「尖銳」、「凹陷」的小構件很敏感，而對大塊的平面相對很「無視」（除非恰好垂直）。

  
    從雷達波長看，鴨翼並非重點反射目標

    至於何為「外形不連續、尖銳、縫隙」，則與對方雷達的波長量級有關。與雷達波長相近的物體，就是強反射目標。當雷達波束的波長接近于飛機的構件尺寸時，這些構件就像鏡子一樣，強烈的反射無線電波。而構件尺寸是雷達波長的兩倍的時候，產生諧振效應，反射最強。  
    對於機載的的厘米波（電磁波長為厘米量級）雷達來說，「外形不連續處」指的主要是飛機上的各種艙門（起落架艙、彈艙、維修開口等）縫隙，天線基座，突起狀物體等。

    目前隱身飛機和半隱身飛機電磁處理的第一要務，就是處理這種效應，而其處理方式也較為簡便——盡量簡少外置天線、機身艙門即可。  
    美國海軍的F/A-18從沒有考慮隱身處理的A/B型，發展到考慮隱身設計的E/F型「超級大黃蜂」，儘管整體外觀沒有變化，正面雷達信號卻下降了一個數量級。當然，更進一步的優化還包括將必不可少的縫隙、艙蓋等邊緣處理成鋸齒狀，以求雷達波能折射和散射到其它方向。

  
    物件對不同的雷達有不同的反射特性

     而對於地基遠程警戒的米波（波長為米一級）雷達來說，鴨翼、機翼、尾翼等翼面的體量與其波長相近，都算是「外形不連續處」，這也就是米波雷達反隱身能力較強的原因。當然，米波雷達的精度較差，只能提供早期預警和方向指引。  
    從這個視角，控制翼面是在機翼前面（鴨翼）還是後面（常規水平尾翼），對厘米波雷達來說差別不大，因為翼面和波長差別較大，不屬於最強的反射特徵；對米波雷達而言差別也不大，因為都屬於強反射特徵，而由於照射角度問題（一般都是從下側方入射），翼面無論在前還是在後都會被照射到。

    在工程實踐中，如果鴨翼整體使用的是吸波材料，隱身就不成問題；而哪怕仍然是金屬材料，實際也影響不大。  
    實際上，主翼前緣襟翼影響隱身的問題，比鴨翼複雜得多。前緣襟翼橫跨整個機翼前緣，體量又恰好接近於厘米波雷達，在襟翼變化角度時，與機翼產生的凹腔結構，導致雷達反射大大增強，這個問題處理起來要棘手的多。

    要處理襟翼對厘米波雷達的隱身，只有特定波段的吸波塗層或者特種複合材料，才能取得較好的效果。相比而言，鴨翼布置的問題實在是不值一提。  
    而要滿足隱身要求，消除「外形不連續處」，除了要處理好機身表面的開口，更需要處理好機身內部的發動機正面渦扇葉片、尾噴口，以及機載雷達、座艙設備等零碎部件對敵方雷達波的遮蔽問題。

    其中發動機渦扇葉片可以用彎曲的S形進氣道遮蔽並在進氣道塗上吸波材料，尾噴口可以用尾部延伸的尾撐遮蔽，機載雷達遮蔽可以用單向透波材料製作的雷達罩解決，座艙可以用座艙蓋鍍金的辦法解決。  
    這些特殊材料、工藝和辦法，才是製造隱身戰鬥機真正的、迴避不了的難題，這涉及到諸多工業行業的硬實力。

    除了角形結構和凹腔結構的強反射信號，雷達隱身處理中還要考慮鏡面垂直反射，解決這個問題主要是靠外形設計，也就是大部分隱身飛機的典型特徵——外形由盡量少的幾塊面和線構成，以把飛機的垂直面信號特徵控制在幾個有限的方向，錯開主要威脅角度。而在此基礎上，還要通過計算設計出良好的過渡曲面，實現外形隱身的目的。  
    這一點大家都較為熟悉，不再詳述。只不過大部分人都不會料到，這種隱身飛機最為直觀的、總體外形上的隱身，在隱身處理的考慮順序和難度上，其實是被排在較為靠後的位置。

  
    氣動特點和升力特性

    按隱身原理的要求，我們從整體到細節逐一檢視殲-20所採用的隱形措施。首先，整體表面平滑，毫無贅物，甚至到座艙蓋，也是和F-22一樣的一塊玻璃一體成型，沒有了前風擋框架的反射。這樣一個細節無疑強烈顯示了成飛追求隱身性能的決心。而發動機尾部，殲-20也和F-22一樣，基本做到了完全遮蔽，與後半部幾乎敞露的T-50完全不同。總之，在外形隱身上，殲-20與F-22採取的措施是完全等同的。  
    首先，殲-20的菱形機頭，斜側而簡潔、上下表面非常平直的機身，都是非常明顯的隱身設計，這減少了不連續平面帶來的雷達反射。機翼、鴨翼前後緣考慮了前後平行的折射考慮。而大外傾，面積較小的V尾和腹鰭，也是有效的隱身措施。

     對於非常重要的發動機遮蔽上，首先DSI鼓包就是遮蔽措施，而從機身兩側的進氣口到尾部並列緊靠的尾噴口，說明進氣道有明顯S形設計，可有效阻擋發動機葉片的雷達反射，這比T-50那個直筒狀、僅有很少遮蔽的進氣道效果有天壤之別。  
    而在同樣重要的減少「外形不連續處」上，殲-20大大減少了維護口蓋數目，明顯可見的只有採用了鋸齒形邊緣的起落架艙。而且主起落架艙蓋較大，這是一個將必不可少的起落架艙和檢修窗口合二為一，減少開口的巧妙設計。

     目前出現的殲-20的顏色是綠灰色的，完全不同於三代機殲10、殲11，以及俄羅斯T-50出廠時的黃皮(金屬防鏽漆)機，而是複合材料和隱形材料的顏色，表明隱型塗料已經完全噴塗到位、並大量使用了複合材料。可以估計，單向透波雷達罩也將會成為殲-20的隱身措施。  
    最終隱身值：無法獲知的機密，但應與F-22處同一層級之前所列的種種看得見的隱身措施，可以將戰機的雷達反射截面積(RCS)從10平方米以上降至1平方米的量級，但要進一步降低，就進入隱身塗料的比拼範圍。根據美國空軍內部資料披露的數據，F-22的正面RCS為0.1平方米，這些都仰賴隱身吸波塗料的貢獻。

    但是，對唯一不能量化評估的，也就正是殲-20的隱身塗料和複合材料的吸波效果究竟如何。對於隱身戰機而言，這是不願為外人所知的高度機密。而且，隱身塗料、隱身材料的敷設使用量，也與戰機成本息息相關。如B-2為保證對地基米波警戒雷達也實現隱身，噴塗了厚厚的吸波塗層，整機單價也為此高達20億美元。

    在外形隱身措施和F-22毫無二致，RCS已經降至1平方米的前提下，殲-20在隱身塗料上或許會出於控制成本而減少用量，或許研製功底與美國尚有差異（但也應相去不遠。中國對此也有30多年的跟蹤研究）。  
    我們在此只能推測，殲-20的最終隱身效果，應與F-22處於同一量級。若F-22的RCS為0.1平方米，殲-20最佳應能達至0.3平方米，最差也不會大於0.6平方米。無論如何，都會遠勝T-50的1-2平方米。

  
    比殲10更高的敏捷性、靈活性和大仰角能力

    殲-20的基本布局繼承於殲10，而殲10就是一種機動性、敏捷性和大仰角能力非常突出的戰機。  
    可以預計，殲-20繼承了殲-10的高速瞬盤角速度，並進一步放寬了靜穩定度，同時採用了獨一無二的「鴨翼+邊條+前後襟翼+全動尾翼」的綜合氣動布局來提高飛控能力。

    殲-20的鴨翼差動和全動小垂尾同步偏轉更是獨門絕技。再加上將來具備更大推重比和三維矢量推力控制能力的新型發動機，將獲得比殲10更高的靈活性和大仰角能力。  
   

    滾轉速率及控制能力遠勝F-22及T-50

     殲-20大舵效的全動垂尾可提供足夠的航向操縱力矩，進而提供較大的滾轉速率。  
    而F-22畢竟是1990年試飛的機型，採用的是80年代（實際更早）的氣動理念，連全動尾翼都沒有，靠的是二維矢量噴管與襟翼的共同作用，僅能有限控制俯仰和轉向而已。

    T-50也採用全動垂尾和三維矢量推力，但只有「可動邊條」(或者可稱「一體化鴨翼」)和常規平尾，在大迎角、過失速機動等極限情況下的控制能力低於中國殲-20。  
    氣動特點和升力特性

    不論亞音速、跨音速、還是高音速狀態下，殲-20的俯仰、側滑、橫滾、盤旋的能力和大迎角操控效率，也就是戰鬥過程中的「佔位」、「搶位」能力，均超過T-50，遠勝F-22，可以輕鬆做出種種不符合常規、超乎想象的恐怖動作。  
    在接敵過程中，殲-20的機頭可以迅速指向敵機，加上未來配備的可大角度離軸發射的導彈，則可先敵發射，先敵脫離，優勢不言而喻。

  
    融合全球多種優秀戰機的精彩設計於一體

    從目前已經曝光的照片分析，殲-20作為中國第四代重型戰鬥機，融合全球多種優秀戰機的精彩設計於一體。這些技術包括：  
    美國F-22的菱形機頭和整體式黃金鍍膜艙蓋（殲-20在此基礎上進一步優化了升力體設計）；美國F-35的DSI進氣道改進型（殲-20採用可調式DSI進氣道）；中國殲10的鴨翼的改型（中國四代採用了上反鴨翼，與下反主翼等翼面配合，共生渦升效應）；多種三代機(如美國F/A-18）採用的大邊條及翼身一體設計的改型；俄羅斯T-50的全動垂尾、三維推力矢量（實為殊途同歸）；俄羅斯米格1.44的后機身設計（窄間距雙發動機噴口，寬間距外傾雙垂尾及腹鰭等——都屬於超音速減阻措施）的改型等等。

  
    全球戰機氣動設計的集大成者

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     綜合就是創造，這些優秀設計經過消化吸收、經過綜合、最終彙集到以高速為特點、隱身毫不遜色、機動性極為突出的殲-20之上，可以說，中國的第四代重型戰鬥機集全球優秀三代機和四代機的精粹於一體，是採用現有優秀技術最多、綜合最為完善的機型，是目前全球戰機氣動設計的集大成者，可謂冠蓋群芳。