当歼-20机遇到F-22:根本就不是一个等级的对手(组图)

大鱼新闻 军事 11 months

前言: 冷战时期,美苏装备竞赛你追我赶,中国空军基本停滞不前,尽管中国空军是自冷战至今击落美国战机最多的空军,但几十年来中美空军在技术装备上就不是一个等级上的对手,60年代,中国空军最好的战斗机是只有机炮的歼6,美国海空军已经开始装备使用中距空空导弹的F-4“鬼怪”战斗机了,70年代,美国海空军开始装备机动性能一流的F-14、F-15、F-16战斗机时,中国空军主力的战斗机还是歼6,加上少量歼7和歼8,21世纪初,美国空军开始装备F-22战斗机了,勉强能和F-16A战斗机一战的歼10A战斗机才开始交付。

F-22战斗机以“超音速巡航、超机动性、隐身、可维护性”,对三代机的交换比可达4-5,成为第四代战斗机的划时代标杆,冷战结束后,俄罗斯只能在米格-29和苏-27上吃老本,中国在发动机、飞控和航电等关键技术上至少落后了30年,美国仿佛没了对手,歼二十战斗机的出现让中国空军的技术水平一举超越美国空军,消除了中国人民对空军的“信心危机”。目前世界上已装备的重型隐身战斗机只有F-22和歼二十战斗机,也是最有可能在战场狭路相逢的对手,这两款战斗机究竟谁会更有取胜的把握呢?

一:设计优势



2005年,F-22A战斗机的服役使世界空军进入了隐身空战时代,这种被美国媒体渲染成无敌的第四代战斗机一举站到全世界空战武器的巅峰,美国对于自己航空技术实力也极其自信,坚信没有任何国家能在20年内研制出同等战斗机,但出乎美国人意料之外,2011年1月11日,中国的歼二十战斗机首飞成功,当时令美国人感到极其震惊,歼二十战斗机是中国借鉴F-22A战斗机的先进经验,结合自身实际,加上自己大胆的创新和性能取舍研制的第四代战斗机,刚刚亮相时,尺寸和吨位令全世界感到意外,F-22战斗机空重19.6吨,机身长19米,宽2.5-2.8米,厚度2米,翼展14米,歼二十战斗机机身长20.3721米,宽2.5米,厚1.8米,翼展13米,整体体积要小于F-22战斗机,但空重不超过15吨,两者尺寸接近。

同样采用40%的钛合金和超20%的复合材料,F-22之所以空重如此大,主要是研制时美国最大的模锻机只有4~6万吨,那个年代还没有3D打印技术,因此很多承力结构都只能铸造工艺,机身承力框体尺寸达3--5平方米,超出了美国模锻机的加工能力,只好将一个框体分成几个部分分别锻造再用电子束焊拼接。由于焊缝处力学性能较差,焊接时增大了拼接位置强度余量,加上某些承力结构复杂到锻造也不能满足要求,只能用铸造,,铸造件尺寸精度较低,容易产生气泡沙眼,为了避免影响强度又扩大余量,导致体积、死重明显比歼二十战斗机大。



而歼二十战斗机在开始研制时,中国在陕西阎良已经拥了多台4万吨级的模锻压机,研制期间又在四川德阳建设8万吨级模锻压机,加上多台数万吨级的拉伸机和挤压机,但这些传统加工设备材料利用率约为15--25%,环形锻件仅3%-10%,加工时产生大量废屑,锻件近表面纤维组织被分割,影响力学性能,模具也成本高,锻件尺寸同样受制约,因而改用西北工业大学研发的电磁约束成形定向凝固技术,可一次成型加工大型承力结构,无需后续加工,不但提高了强度、精度和表面质量,,还明显降低了重量和生产效率,西北工业大学还推岀了金属3D打印技术和五轴联动的专用激光立体快速成形机,可打印3-5米级别的承力结构件,解决了歼-20研制的瓶颈难题,采用锻造生产的某个零件重达160.7千克,而采用3D打印则只有136千克,所以歼-20的空重才如此之轻。

空重轻对翼载荷有非常大的帮助,翼载荷越小空战灵活性就越好,歼20机翼总面积65平米,标准空战重量状态下(机内半油-4.5吨,两枚格斗导弹-300千克),总重不过20.3吨,翼载荷才290千克/平方米,而F-22标准空战重量状态是24.3吨,机翼面积78平米,翼载荷高达310千克/平方米,要拉出足够的过载,机翼就必须产生相应的升力,伴随而来的就是诱导阻力的急剧增大(诱阻系数与机翼迎角平方成正比,与机翼展弦比成反比)。如果诱阻系数太大,诱阻增长极快,那么很快就会抵消发动机的剩余推力,飞机虽仍可能拉出较大过载,但发动机推力已不足以维持稳定飞行,当翼的高升力是拉出大过载的基础,但升力越大,产生的俯仰力矩也越大。

如果飞机自身不能提供足够的俯仰配平力矩,飞机要么进入上仰发散状态而失控,要么被机翼升力产生的低头力矩压回去,无法拉到需要的迎角。特别是在超音速条件下,飞机焦点大幅度后移,机翼升力产生的低头力矩相当大,进行超音速机动需要更强的配平能力。机翼的高升力是拉出大过载机动的基础,拉出过载后诱导阻力也会增大,诱阻系数太大发动机的剩余推力就不足以维持稳定飞行,飞机要么进入上仰失控,要么被机翼升力产生的低头力矩无法拉到大迎角。



超音速下机翼升力产生的低头力矩更大,这时需要强大的配平能力,F-22纵向静稳定度放宽至-15%,加上推力矢量控制技术后机身形成引射作用,产生“升力”参与配平,所以能大幅提高超音速机动性,大迎角飞行时,飞机抖振就是机翼上表面后部气流开始发生分离,已接近失速临界迎角,三代战斗机有抖振提示就要立刻减小迎角,F-22在20度迎角附近开始抖振,从26度到40度抖振强度基本稳定,超过40度后开始减小,在25~35度操纵品质不会有任何改变,三代战斗机快速爬升时要先以亚音速爬升到对流层顶再加速到超音速爬升。

F-22可以直接从跑道上拉起至俯仰率超过每秒40度加速,转人超音速爬升,垂直爬升到0空速状态下,机头可以很容易地稳定在向下位置,自动缓慢恢复正飞状态,不会突然失控,第三代战斗机通常会沿垂线快速飘摆,气动操纵面失效,只能依靠自身的气动特性保持稳定坠落,直至速度增大到气动操纵面有效,如果空战中这样做,目标早就飞出攻击区了,F-22急剧拉杆很容易就超过100度迎角,苏--27战斗机也可以,但此时速度只有200公里/小时,如果对手有足够的能量向上高速机动,苏-27是没有能量供其跟随机动的。



F-22则可以利用推力矢量控制能力完成精确的机头指向,不过仅限于俯仰轴和横轴,航向轴仍然依赖气动操纵面,但因其升阻特性不够高,大机动动作时必然有剧烈的高度和速度损失,拉高机头机翼迎角就增加,尾翼低头就产生负升力,迎角越大,尾翼产生的负升力越大,最终影响总升力,歼-20采用升力体机身,长间距耦合鸭翼布局设计和外倾全动双垂尾的一体化非常规气动布局,兼有常规布局优点,鸭翼和主机翼在同一平面,水平间距拉大了几乎一倍,中间用边条翼加强,大迎角性能更好。

歼-20在方案竞争和风洞实验时期就要求在70度迎角,其鸭翼不管上翻还是下翻总升力都不变,抬头时鸭翼向上偏转产生正升力,由于鸭翼位置更低,更多的涡流打在主翼上当机翼产生了一定正迎角,鸭翼就反向偏转,这时飞机还是正迎角,鸭翼仍是正迎角,大迎角下不受机翼后部湍流影响,还有后机身边条。外倾双腹鳍和全动双垂尾,也能提供一定俯仰稳定性、横侧稳定性和低头力矩,再依靠两侧进气道拉大机头和鸭翼的距离减小了机头边条的涡流,全动垂尾不仅提供方向操纵,也可以很好地配合飞机的横侧操纵,还同向差动形成阻力,鸭翼、主翼和垂尾同时产生升力兼能保持姿态控制,世界战斗机中是独有能力,如果再采用矢量喷管在,稳定性上优势明显。



F-22和歼20飞机都是隐身战斗机,双方的隐身设计非常类似,外形干净平滑,机头带有鳍角,多边形截面机身带有圆滑过渡,不同翼面前缘平行设计多边形截面,口盖缝隙作了边缘锯齿化处理,外倾双垂尾、S型进气道和镀膜座舱盖,双方的隐身水平比较接近,不过在隐身涂料上,有关实验室测试过南联盟击落的F117飞机残骸,发现其隐身材料吸波水平甚至还不如国内淘汰的材料,F-22要对付多重雷达波段威胁,就得涂很多层各自对应的雷达波段涂料,导致F-22的隐身涂料非常厚,非常重,还很爱掉粉,只能停在有空调的机库里,每飞一次都要做长时间的保养。

歼20的复合多元膜可将8~40GHz频段内的雷达波衰减达10-15db,每平方米仅重0.7千克,2015年中国公布了全新的印刷电路板隐身材料,厚度只有美国的十分之一,不掉粉不需要空调机库,可将反射率削减10~40分贝,使F-22的雷达探测距离缩短至30千米。歼-20的垂尾面积小,垂尾隐身特性好于F-22,机翼是雷达反射最大的地方,如果机翼与机身成直角就成了角反射器,所以后掠角越大反射率越低,F-22常规布局机翼升力增益有限,为保证亚跨音速机动性,采用了中规中矩的42°后掠角,歼20采用非常规气动布局,机翼后掠角超过50°,而且不会影响升力,因双方机翼后掠角相差10°,歼20这个部件的隐身特性明显优于F-22。



80-90年代,美国在研制F-22时不能采用吸波材料制造鸭翼,就认为鸭翼会破坏外形隐身,歼20的鸭翼就采用了双马来酰亚胺树脂复合材料整体制成,雷达信号特征比金属材料小得多,歼-20的鸭翼上反,机翼下反,被鸭翼前缘反射的雷达波不会继续照射到机翼前缘,而F-22实际飞行中受在乱流和扰动,采用部分金属材料的平尾根据需要做必要的偏转,机翼无法遮挡而造成雷达波反射,F-22的二元矩形截面矢量喷管除要求红外隐身外也兼顾了雷达隐身,但复杂笨重,歼20尾喷管使用西北工业大学张立同院士发明的陶瓷基复合材料,可将尾喷管雷达反射面积缩小一个数量级以上,歼-20的腹鳍正好将喷口侧面完全遮挡住,效果和F-22二元矩形截面矢量喷管相似。

进气道也是一个强反射源,占飞机反射面积的30%~50%,F-22采用了有附面层隔道的CARRET进气道,隐身处理很麻烦,入口气流太大时发动机吃不消,只好在进气道上方安装又大又重的放气门,歼20采用无附面层隔板进气道(DSI进气道),取消了沉重的斜板和众多液压作动筒,不但复杂激波将气流减速后平稳进入进气管道,使发动机推力提高2.6%~6%,还减重了200千克以上,,采用这种进气道配合鸭式布局后,即使使用老式发动机也做到了50~60度大迎角飞行而不停车失控。

不管是超音速巡航还是低速超机动,歼-20抬头都非常快,一秒钟就可以抬头60度,在近距离格斗碾压歼-10和歼-11。歼-20的鸭翼位置处于同一平面,有一个向上的安装角,上反的鸭翼与下反的主翼达到涡流下洗增升的目的,鸭翼与主翼之间还采用了起增升作用的边条,在拉大迎角到70度以上机翼此时已经很难产生足够的正常气动升力,主要靠各气动面拉出的高速脱体涡增升,气动上非凡的贡献使歼20的升力系数达2.3,堪称世界第一,而常规布局的F-22升力系数只有1.8。

二:机动优势



歼20起飞不用压杆,如果压杆会以难以置信的角度猛升上昂,从超低空拉起到2000米中空仅用3-4秒,爬升率超过500米/秒,而F-22的最大爬升率只有300--400米/秒,大机动动作时也不会损失高度和速度。歼-10战斗机也是鸭式布局,鸭翼面积比较大,盘旋能力一流,最大瞬时盘旋角速度是30度/秒,4-5秒钟就可以掉头180度,三代半战斗机迎角一般不超过27度,歼-10战斗机得益于鸭式布局,迎角限制放宽到了38度,所以歼-10战斗机近距离格斗性能非常好,瞬时盘旋和滚转性能是三代战斗机的顶尖水平,歼-11战斗机瞬时盘旋和滚转性能只有其一半,加上歼-11战斗机在0.9~1.2倍音速机动性严重下降到只能做6G的机动,歼-10战斗机可以在0.9~1.2倍音速则能做最大9G的盘旋。

歼-11战斗机遇到歼-10战斗机,一盘必死,完全没有还手余地,不过歼-10战斗机鸭式布局是近距耦合设计,鸭翼在主机翼前上方,间距很小,但是没有重叠部分,鸭翼在大迎角状态时涡流就很难打在主翼,加上机头很粗,机翼面积稍大,推重比不足,阻力也很大,导致加速和爬升能力欠佳,这方面不如歼-11战斗机,所以歼11战斗机对抗要是遇到同一高度层的歼-10战斗机尽量避免盘旋,直接拉高再高空冲下来打一枪就跑,不敢有丝毫停留。歼-20空战中鸭翼上抬,垂尾外偏而下压,一抬一压令机头指向改变的速度非常快,10个操纵舵面不管是纵向还是横向都有强悍的效果,失去任何一个舵面都有备用方案,不仅保持了歼-10的盘旋快转弯快的特点,还弥补了歼-10加速和爬升短板。



歼-20在未开加力下爬升接半滚倒转情况下,能以超过60的迎角拉起,机头转向角速度可达60度每秒以上,3秒内将机头指向改变180度,机头指向能力极为惊人,完成该动作时,速度并未降低,高度还在增加,F-22同样也能完成该动作,但能量损失使速度明显下降,高度增加较慢,歼-20低空低速盘旋能力也极优异,飞行速度120米/秒时,盘旋半径小于150米,3-4秒内即可盘旋180度,稳定盘旋角速度45-60度每秒,过载近9.5g,歼-20飞行员在公开采访中就认为歼20加减速性能优越,中性速度稳定,正向速度稳定,超音速还是亚音速飞行品质都可以说做到了完美,亚音速性能不错,到了超音速,就是它的天下,做5G的超音速机也没有明显的减速,几乎指哪打哪,说动就动,说停就停。

超音速巡航的战术优势在于拦截和超视距空战中大大提高接敌速度,外推拦截线,有高达1.5马赫的巡航速度的战机发射的空空导弹初速度快,节省导弹燃料,动力射程可增大50%,如果超音速巡航能力再结合隐身能力就具有“先敌发现,先敌开火,先敌击落的优势,如果被对方锁定,超音速巡航能在机动中保持较高的能量,大大压缩对手的开火距离和导弹攻击范围,和三代战斗机空战处于不利状态时可以加速脱离,三代战斗机加挂导弹后要超音速都要开加力,持续时间只有直线飞5分钟,接近1.7马赫的时候加速性严重下降,稍微2~3G机动,就减速到亚音速,无论是在加速段还是在巡航段都无法跟上以1.5马赫的巡航速度逃离的目标。



F-22发动机推力大而内置弹舱阻力小,以军用推力进行水平加速非常容易,打开全加力加速性变得稳定而强劲,除在0.97-1.08马赫之间有轻微抖振之外,一直到最大速度加速一直保持平稳连续,在超视距空战中,超音速盘旋能力是保证攻防转换衔接的关键,为了避免进入对方导弹有效射程,当发射的导弹进入自导段时就要立即转向高速脱离。三代战转向前的速度需要保持在其角点速度附近,这限制其发射导弹的速度,要是增速到超音速,发射导弹后再减速转向又牺牲了时间,F-22能始终维持较高的能量状态。这一切都拜F119-PW-100发动机所赐,歼20在安装涡扇10B时在超音速巡航方面不如F-22,但本来鸭式阻力系数比常规布局小10%,50度后掠角机翼又比F-22战斗机42度后掠角机翼阻力小。

加上歼-20机头棱线不像F-22水平的,而是从前到后不断升高,座舱比F-22矮了20~30厘米,机身细平光顺,长细比大,没有突兀的曲线,其主翼面积是世界最小也是最薄的,有着最佳的超音速巡航外形,使用最大加力推力达到了140~142千牛级的“太行”改发动机,其单台最大加力推力14.2吨,标准空战重量下推重比接近1.4,F119-PW-100发动机推力156千牛,单台最大加力推力是15.9吨,标准空战重量下推重比略超1.3,两者均可进行超音速巡航,“太行”改不加力最大推力8吨,只需要2.5吨推力就可以让歼-20以1马赫音速进行超音速巡航一小时,而F-22是1.5马赫超音速巡航半小时,换装推力181千牛的涡扇15时,歼20的超音速巡航速度就可达1.8马赫了。

三:武器优势



在航电方面,有后发优势的歼-20比F-22要好,歼20标配的综合光电探测系统和头盔综合显示瞄准系统F-22并未配置,歼-20的雷达源自1996年开始研制的98X工程,但2004年研制成功时歼-20还没开始研制,为了不浪费,大部分用在歼-10B和歼-16上,歼-20用的则是2002年开始的研制的1475型有源相控阵雷达,尺寸和F-22战斗机的AN/APG-77雷达相似,拥有2000个TR组件,并带自适应雷达功率控制,战场上每秒钟都有几十万个无线电信号,无法一一显示在飞机上,老式雷达告警装置的信号处理装置只有被同一频率的连续照射好几秒才告警。

自适应雷达功率控制可将功率很低的雷达信号平均分配在广阔的波段上,在发射和接受电波时,把扁平的脉冲同时分布在雷达瞬时带宽的每一个频率上,等于同时发射数百到数千个不同频率的低功率电波,接收时再把这每一个频率的电波累积成一个探测信号。雷达的数字系统还将编译成不同具体频率的伪杂波,将它完全融进背景噪音让敌机的老式雷达告警装置毫无反应,即便是F-22的ALR-94雷达告警装置也无法侦测到其雷达信号,根本不能发现威胁的到来。



1475型有源相控阵雷达的探测距离也远高于F-22战斗机的AN/APG-77雷达,南京14所为出口型“枭龙”战斗机研制的KLJ-7A相控阵雷达有1000个TR组件,探测距离就达170千米,已经略超美国最新型用于F-35的APG81雷达,1475型有源相控阵雷达的TR组件达2000个,功率增加一倍,探测距离就可400~500千米,远优于AN/APG-77雷达的320公里,在无干扰的情况下,歼20的隐身能力和航电水平占据一定优势,加上有综合光电探测系统,可以更早地发现F22并提前发起攻击,不过在高烈度空战中环境之下,双方会全程使用大功率的跳频干扰机和阻塞式干扰机,也会高频率使用电磁脉冲炸弹,双方的探测和通信设备使用都有限制,很难说F-22战斗机就是任人屠宰的一方。

如果双方进入中距空战,F-22战斗机使用的AIM-120C5-7中距空空导弹射程达120千米以上,最新型的AIM-120D中距空空导弹射程还要增加了50%,中国空军现在主要使用霹雳-12系列中距空空导弹,受制于导弹尺寸,虽然歼-20战斗机弹舱目前是现役战斗机中最大的,但装下4枚霹雳-12系列中距空空导弹空空导弹,而F-22战斗机能装下6枚AIM-120D型空空导弹,不过歼-20战斗机已经开始装备霹雳-15中距空空导弹,携带量也达到6枚,射程在180千米以上。



中距空战中双方飞行速度都在高亚音速以上,相对飞行的话2分钟内就进入近距空战,歼-20与F-22都有为近距空战设计的侧弹舱,F-22的侧弹舱发射时上下两片舱门分别打开,探出发射导轨发射格斗弹,歼-20侧弹舱采用单片式设计,发射时向上打开,通过铰链式机构作动伸出.导弹进行发射,同时开舱发射的话F-22速度比歼-20要快,但歼-20并非是在格斗时才打开侧弹舱,而是即将进入近距格斗就会把格斗弹伸出迎接格斗,发射格斗弹时不用再开舱,自然更快。

歼-20发射的霹雳-10格斗弹第四代空空导弹,采用了高分辨率红外焦平面阵列红外成像导引头,集成了红外探测,光电转换、信号读出等多功能的光电传感器,灵敏度上胜过美国的AIM-9X格斗弹的128x128阵列,抗干扰能力强,精度高,红外成像能力使多数干扰手段无效,霹雳-10还不是歼-20战斗机的“标配”,“标配”的格斗导弹还正在研制中,不过话说回来,歼-20战斗机的任务并不是和F-22搏斗,而是消灭美军的预警机和加油机,F-22和歼-20如西部牛仔式的拔枪决斗的机会会很少,尽管少,但该配备空战武器和机动性能的还是配备上,谁也不保证双方会遇上的。

五:结语




我知道,一定有人对我这篇文章很不满,中国战斗机怎么可能比美国战斗机先进呢?这一定是自嗨,盲目自信,吹牛,只是,2012年11月,美国空军官方杂志《空军》发表了一篇《Evolving the 21st Century Air Force》( 21世纪的美国空军改革)的文章,文章引用时任太平洋司令部司令官赫伯特-J-卡莱尔上将在华盛顿特区召开的航空航天研讨会上的讲话,认为中国的隐形战斗机性能已经与F-22接近,随着性能不断改善,无论美军现在有怎样的技术优势,都不会持续太久。

这是美国上将的看法,有哪位认为F-22战斗机比歼二十战斗机先进的,评论前先晒一下个人资历,看看自己是否比空军战斗机飞行员出身的赫伯特-J-卡莱尔上将更了解F-22战斗机再评论,否则那才是替美国人自嗨,盲目自信,吹牛。不过F-22战斗机的实战经验比歼二十战斗机丰富倒是真的,毕竟F-22战斗机击落过一个气球。

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