出品:科普中國(guó)
制作:鐵流
監(jiān)制:中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心
在2011年首飛的6年之后,9月27日,國(guó)防部發(fā)言人吳謙在記者招待會(huì)上宣布,中國(guó)的隱形戰(zhàn)斗機(jī)殲-20已經(jīng)正式列裝部隊(duì),成為F-22、F-35之后第三款列裝部隊(duì)的第四代戰(zhàn)機(jī)。在11月11日空軍建軍節(jié)上,J20更是與J16組成列隊(duì)?wèi)c賀節(jié)日。
殲-20有可能改變亞太地區(qū)空中格局,美國(guó)對(duì)于殲-20也是格外關(guān)心,其中的原因之一在于殲-20是一款隱身戰(zhàn)機(jī)。那么,它到底憑借哪些秘技實(shí)現(xiàn)隱身的呢?
通過(guò)外形設(shè)計(jì)優(yōu)化提升隱身性能
戰(zhàn)機(jī)隱形并不是指人類(lèi)肉眼無(wú)法看見(jiàn)戰(zhàn)機(jī),而是指通過(guò)減弱作戰(zhàn)飛機(jī)的雷達(dá)反射信號(hào)強(qiáng)度,使對(duì)方雷達(dá)無(wú)法發(fā)現(xiàn)戰(zhàn)機(jī),或者即便能夠發(fā)現(xiàn)戰(zhàn)機(jī)來(lái)襲,也只能在非常近的距離發(fā)現(xiàn)隱身飛機(jī),根本來(lái)不及對(duì)來(lái)襲的隱身戰(zhàn)機(jī)做出反應(yīng)。
電磁波反射存在一個(gè)現(xiàn)象,只有照射方向正好和戰(zhàn)機(jī)表面垂直時(shí),飛機(jī)的雷達(dá)反射截面才最大,而從其他方向照射時(shí),雷達(dá)反射截面就會(huì)小很多。
為了降低雷達(dá)反射截面,隱身戰(zhàn)機(jī)往往采用特殊的外形設(shè)計(jì)。美國(guó)隱身戰(zhàn)機(jī)的先驅(qū)F-117A就采用多個(gè)平面和直線組成的怪異外形。因?yàn)檫@樣的外形,有利于實(shí)現(xiàn)隱身。
。‵117A戰(zhàn)機(jī)棱角分明)
從外形設(shè)計(jì)上看,殲-20采用了很多有利于隱身的設(shè)計(jì)。
殲-20采用了翼身融合體設(shè)計(jì),使機(jī)身和機(jī)翼平滑過(guò)渡,在機(jī)翼和機(jī)身之間極大幅度降低了出現(xiàn)角反射效應(yīng)的可能性,有效解決了第三代戰(zhàn)機(jī)的機(jī)翼和機(jī)身、平尾和垂尾之間發(fā)生的角反射效應(yīng)。這樣一來(lái),就能降低被雷達(dá)發(fā)現(xiàn)的可能性。
殲-20的主要機(jī)體部件相互平行。比如機(jī)翼、鴨翼的前緣在水平投影面上相互平行,左右相對(duì)的垂直尾翼和腹鰭相互平行等等。這種設(shè)計(jì)可以將雷達(dá)反射波集中到幾個(gè)窄波束以?xún)?nèi),使飛機(jī)在其他方向上的反射截面積盡可能最小。
殲-20在進(jìn)氣道上的設(shè)計(jì)也有助于提升隱身能力。殲-20采用了在“梟龍”戰(zhàn)機(jī)和殲-10B戰(zhàn)機(jī)上成功應(yīng)用的DSI進(jìn)氣道設(shè)計(jì)。DSI進(jìn)氣道的一個(gè)特點(diǎn)是在進(jìn)氣道前方的機(jī)身上有一個(gè)鼓包狀突起,通過(guò)這個(gè)突起對(duì)進(jìn)入進(jìn)氣道的空氣進(jìn)行預(yù)壓縮。這樣一來(lái),既取消了傳統(tǒng)超音速進(jìn)氣道上的復(fù)雜結(jié)構(gòu),降低結(jié)構(gòu)重量,還有助于降低正前方的雷達(dá)反射截面。
(殲-20進(jìn)氣道前方有一個(gè)鼓包狀突起)
殲-20的內(nèi)置彈倉(cāng)設(shè)計(jì)也有利于提升隱身性。第四代戰(zhàn)機(jī)不同于第三代戰(zhàn)機(jī)的一點(diǎn)就是武器內(nèi)置。之所以采用這種設(shè)計(jì),原因在于將導(dǎo)彈內(nèi)置于彈倉(cāng)之后,可以避免因武器外掛帶來(lái)的雷達(dá)反射效應(yīng)。此外,殲-20的彈倉(cāng)艙門(mén)、起落架艙門(mén)和減速傘艙門(mén)均為鋸齒形邊緣,這種設(shè)計(jì)也有助于提升隱身效果。
。◤梻}(cāng)艙門(mén)呈鋸齒狀)
使用特殊材料提升隱身性能
不僅是外形設(shè)計(jì),使用復(fù)合材料和吸波材料同樣有助于提升殲-20戰(zhàn)機(jī)的隱身性能。
根據(jù)公開(kāi)資料,F(xiàn)22、B2等隱身戰(zhàn)機(jī)都涂有一層隱身涂料,這種隱身涂料可以有效吸收敵方雷達(dá)發(fā)射的電磁波,使敵方雷達(dá)能夠探測(cè)到的信號(hào)強(qiáng)度大幅衰減,進(jìn)而提升戰(zhàn)機(jī)的隱身性。
由于使用吸波涂層具有方便靈活、吸收性能好等優(yōu)點(diǎn),而被應(yīng)用在幾乎所有的隱身戰(zhàn)機(jī)上,美國(guó)B2隱身轟炸機(jī)、F-22戰(zhàn)機(jī)、F-35戰(zhàn)機(jī),中國(guó)殲-20戰(zhàn)機(jī)和FC-31戰(zhàn)機(jī)都使用了隱身涂層。
由于金屬能較好的反射電磁波,而復(fù)合材料則具有低可探測(cè)性的特點(diǎn)。這就使復(fù)合材料非常適合隱身戰(zhàn)機(jī)使用。
采用復(fù)合材料之后,還能有效降低飛機(jī)重量,提升飛機(jī)的飛行性能。
像F-22的復(fù)合材料使用量就占到23%左右,F(xiàn)-35使用了約36%的復(fù)合材料。這些都得益于近年來(lái)中國(guó)在碳纖維技術(shù)上的突破,殲-20也開(kāi)始大量應(yīng)用航空復(fù)合材料。
殲-20在隱身性能上超越T-50比肩F-22
根據(jù)國(guó)外媒體發(fā)布的消息,殲-20的雷達(dá)反射面積大致與美國(guó)F-22處于同一個(gè)水平。
Michael J Pelosi博士和 Carlo Kopp博士還使用計(jì)算機(jī)模型對(duì)中國(guó)殲-20和俄羅斯T-50的原型機(jī)進(jìn)行雷達(dá)反射截面積模擬。
該模擬結(jié)果顯示,殲-20的原型機(jī)的雷達(dá)反射截面積明顯小于T-50,在隱身戰(zhàn)斗機(jī)的研發(fā)上,中國(guó)已經(jīng)超過(guò)俄羅斯這個(gè)昔日的老大哥了。
。ㄉ蠄D為殲-20下圖為T(mén)-50)
必須指出的是,目前,殲-20在一些方面還有一定的改進(jìn)余地。
在超聲速巡航方面,如果換裝了更先進(jìn)的渦扇15,就能大幅提升這方面的性能。
在隱身性方面,殲-20正面的隱身處理得非常好,但在局部還有一定改進(jìn)的余地,比如機(jī)尾部分,F(xiàn)-35戰(zhàn)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)上就安裝了雷達(dá)屏障,避免雷達(dá)波直接照射在發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪上,F(xiàn)-22也對(duì)尾噴口進(jìn)行了修形。相比之下,殲-20的尾噴口近乎裸露的。
誠(chéng)然,現(xiàn)階段,中國(guó)依舊施行積極防御的策略,在戰(zhàn)機(jī)正面擁有良好的隱身性能對(duì)殲-20來(lái)說(shuō)基本就足夠了。
不過(guò),從精益求精的角度考慮,如果將來(lái)的殲-20改進(jìn)型號(hào)在換裝渦扇15發(fā)動(dòng)機(jī)之后,對(duì)機(jī)尾部分重新設(shè)計(jì),就能夠有效提升殲-20戰(zhàn)機(jī)的側(cè)后隱身水平,使殲-20的隱身性能更上一層樓。
。‵22的尾噴口)
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