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    歼-20歼击机

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    英文名称:J-20
    类    型: 重型隐形歼击机
    所属国家: 中国
    研发单位: 成都飞机设计研究所

        歼-20是成都飞机工业(集团)有限责任公司为中国人民解放军研制的第四代(中国采用欧美主流的战斗机划分标准)双发重型隐形战斗机,用于接替歼10、歼11等第三代空中优势/多用途歼击机的未来重型歼击机型号。

    专家点评
    外观造型:
    局部细节:
    性能配置:

    9.0

    9.5

    9.8

    优点

        歼-20采用了单座、双发、全动双垂尾、DSI鼓包式进气道、上反鸭翼带尖拱边条的鸭式气动布局。侧弹舱采用创新结构,可将导弹发射挂架预先封闭于外侧,同时配备国内最先进的新型格斗导弹。

    图片新闻
    研发历程

    歼-20是成都飞机工业(集团)有限责任公司为中国人民解放军研制的第四代(中国采用欧美主流的战斗机划分标准)双发重型隐形战斗机,用于接替歼10、歼11等第三代空中优势/多用途歼击机的未来重型歼击机型号。该机将担负我军未来对空、对海的主权维护任务。歼-20采用了单座、双发、全动双垂尾、DSI鼓包式进气道、上反鸭翼带尖拱边条的鸭式气动布局。机头、机身呈菱形,垂直尾翼向外倾斜,起落架舱门为锯齿边设计,机身以墨绿色涂装,远观近似黑色,而最新试飞的歼20(2014)采用跟F22一样的灰色涂装。侧弹舱采用创新结构,可将导弹发射挂架预先封闭于外侧,同时配备国内最先进的新型格斗导弹。

      预计歼-20将在2017~2019年期间投入使用,2020年后逐步形成战斗力。首架工程验证机于2011年1月11日在成都实现首飞。

     

      新版歼20已进行多次发动机试车,2014年3月1日中午12点左右,中国最新版2011号歼20战机成功首飞,伴飞的是1架歼10S战机,12点30分左右2011号歼20战机成功降落。

      试飞进度:

     

      首次试飞

     

      歼-20隐形战斗机于2011年1月11日中午12时50分左右进行首次升空飞行测试,13时08分成功着陆,历时大约18分钟。整个首飞过程在歼10S战斗教练机陪伴下完成 。试飞不是一次就可以完成的,可以肯定的是任何一种新机型肯定要经过很多次试飞,在试飞中发现问题,并且不断改进,然后才是小批量生产并装备部队。在实践使用中去检验性能,当性能达到军方要求以后才会大批量生产并形成战斗力。

     

      第二次试飞

      歼-20第二次试飞,

      继2011年初的首飞后不到100天,中国新型的隐形战机歼-20完成了第二次试飞。2011年4月17日下午4点25分,歼-20的最新一次试飞在四川成都某机场进行,试飞时间持续90分钟,是首次试飞时间的5倍。

      世界先进的战机,从首飞到定型批量生产,中间需要上千架次的试飞。歼-20所进行的试飞,还是这个过程的初级阶段。

     

     

      作为新一代的战斗机,无论从外形到内部结构,还是从飞行性能到作战方式,都不一样。因此新一代战机在定型前,需要进行长时间、多架次、多功能的试飞测试。

     

      第五次试飞

      2011年5月12日15时30分,歼-20进行了第五次试飞。

     

      此次歼-20试飞在空中进行了许多机动动作,包括S型机动,横滚机动以及大角度转弯等机动动作。起降的过程中,歼-20侧弹仓开启。

      据网友目测,歼-20的侧弹仓长度约3米,超过F-22的侧弹仓长度。

     

    第五次试飞
     

      第六次试飞

      2011年5月16日报道,歼-20战机在5月14日再次进行试飞。

      第十次试飞

     

      2011年6月1日和6月3日,歼-20在成都某机场连续三天进行了两次试飞,这表明歼-20的试飞强度在逐渐增大。

      2011年9月1日,网友上传了有史以来最为清晰的试飞视频,视频显示,歼-20两次起飞分别用时17秒和13秒,第二次使用了部分加力起飞,并且机动性能出色,同时机尾发动机蓝色火焰明显与歼10等红色火焰有明显对照,起飞时机尾部气浪压缩剧烈似液态波浪(光线折射所致)。

     

      2011年9月23日,在成都某机场,中国第五代战机歼-20的工程验证机再三次进行了长时间试飞,当日的试飞创造了歼-20自曝光以来一日多次试飞的新纪录,据称歼-20在试飞过程中多次进行了绕八字,低空高速通场后大仰角拉起,开加力小半径转弯等惊险飞行动作,展现出强大的低空机动能力。

      后续试飞

     

      据环球网国际军情中心2011年10月13日消息:网上传出一组国产第四代战机歼-20的最新试飞照片,据照片上显示,此次试飞歼-20再次收起了起落架,整个过程测试了飞机的整体机动能力。而照片上清晰显示出了歼-20战机升空后发动机喷出的蓝色火焰。

     

      2011年12月15日,网友再次上传歼-20试飞精彩图片。由此,歼-20全年试飞接近尾声。一年试飞62次,超俄T-50。

      2012年后歼-20试飞频率大增,有时一周可以试飞多次。

     

      2012年5月10日,我国某机场一架编号为2002的歼-20战斗机正在进行低速滑跑测试,即将首次试飞,照片显示这架歼-20战斗机在露天进行了 一系列科研调试,并和2001号歼-20飞机停在一起。2002号J20外形改动明显。

     

      2012年05月12日,J-20第一架原型机2001转场,飞往650kM外的阎良试飞院,意味着J-20已被空军选中。转往试飞院进行高级测试。

     

      2012年5月16日,经过一系列地面测试和高速滑跑后,下午14时49分,中国第四代战机——歼-20的第二架原型机2002号首飞成功,并于15时8分安全降落,这也是继2001号机之后现身的第二架。

     

      2012年5月16日,歼-20第二架原型机(2002)进行首次试飞。

     

      2012年7月26日,2002号歼-20进行第11次试飞。

     

      2012年10月20日,第三架原型机被曝光。机身没有涂上编号,而且经过对比,空速管也比前两架短了许多。

      2012年12月04日,歼-20再度试飞,大量细节透露。

     

      挂弹试飞

      2013年7月2日,备受关注的中国第四代国产隐形战机歼-20再次升空,进行了2次各长达1个小时的试飞,试飞中主弹舱首次挂弹。此前,歼-20战机已由成都转场阎良试飞。有分析称,在成都试飞,属于厂家的摸底试飞,而在阎良中国试飞研究院试飞,叫定型试飞,这是整个试飞过程的第二步。按照惯例,经过中国试飞研究院试飞后,这种战机即进入试生产阶段,随后就会进入空军部队开始正式服役。

     

      2013年7月31日,歼-20再度试飞,并挂载两种新型格斗导弹,包括霹雳10新型格斗导弹。

      新批次飞

     

      2014年3月1日,中午12点左右,最新版2011号歼20战机成功首飞,伴飞的是1架歼10S战机。12点30分左右2011号歼20战机成功降落。

     

      歼-20在发动机等核心领域的研究工作均有所推进,包括超高温合金工艺在内的多项难关被突破。这使得歼-20的投产时间逐渐清晰,可控制在了5年以内。

     

      2014年3月2日,最新一架编号为2011的歼-20第四代战斗机成功首飞,标志着我国歼-20战斗机的研制迎来一个全新的阶段。这架全新的歼-20战斗机在外观上就与之前出现的编号2001和2002的歼-20战斗机大不一样,令广大军迷兴奋不已。接着,网友再次曝光2011号歼-20四代机地面测试猛图。可以看到在地面上的这架2011号歼-20战斗机弹舱全部开启,透露出杀气。


    装备配置

      设计特点

      结构处理

      歼-20作为中国第四代重型隐身战斗机,融合全球多种优秀战机的设计于一体。这些技术包括:

     

      美国F-22的菱形机头和整体式黄金镀膜舱盖(歼-20在此基础上进一步优化了升力体设计),从2011号机开始,改用F-35那种内置加强筋的一体化舱盖,据此推测舱盖变薄,以更及时的穿盖弹射方式跳伞,节省了抛盖的0.3-0.4秒;

     

      美国F35的光电分布式孔径系统(EODAS),也被技术人员整合到歼-20战斗机上。值得骄傲的是,歼-20是世界上第二架应用EODAS的战斗机。

      美国F-35的DSI进气道改进型(歼-20为可调DSI的次世代进气道)

     

      美国F22的弹舱布局:机腹下部为主弹舱,机腹两侧为格斗弹舱。不仅如此,为了加强隐身能力,歼-20还在弹舱上使用了先进的锯齿型舱门。

     

      中国歼10的鸭翼的改型(中国五代采用了上反鸭翼,与下反主翼等翼面配合,共生涡升效应);

     

      多种三代机(如美国F/A-18)采用的大边条及翼身一体设计的改型;

     

      俄罗斯T-50的全动垂尾(歼-20为全动差动垂尾)、推力矢量(实为殊途同归);

      俄罗斯米格1.44的后机身设计(窄间距双发动机喷口,宽间距外倾双垂尾及腹鳍等——都属于超音速减阻措施)的改型。

      鸭式布局

     

      歼-20采用了单座、双发、全动双垂尾、DSI鼓包式进气道、上反鸭翼带尖拱边条的鸭式气动布局。

     

      对于歼-20采取的这种设计布局有以下猜想:

     

      机内武器舱布置的需要

      进气道设计需要

     

      翼面积和中距耦合鸭翼的需要

     

      歼-20的基本布局继承于歼-10,而歼-10就是一种机动性、敏捷性和大仰角能力非常突出的战机。可以预计,歼-20继承了歼-10的高速瞬盘角速度,并进一步放宽了静稳定度,同时采用了独一无二的“鸭翼+边条+前后襟翼+全动尾翼”的综合气动布局来提高飞控能力。

      首先鸭翼布局对于超音速巡航十分有利,对于超机动也同样有利。无尾三角翼有利于实现面积律,这是人们早已熟知的。另一方面,由于隐身的需要,机翼后缘不应该是平直的,机翼后缘都带有前掠可以在相同翼展情况下增加翼面积,降低翼载,并增加翼根长度,改善翼根受力情况,但这使得翼根后缘十分靠后,常规平尾的位置很难安排,F-22和T-50都只得在机翼后缘斜切一角,才能挤进平尾。由于平尾和重心的距离很近,力臂较短,需用较大平尾面积才行。但采用鸭式布局的话,鸭翼在机翼前方,不和后延的翼根冲突,比较好解决。歼-20的鸭翼相对主翼的位置比歼-10 进一步靠前,增大了力臂,增强了效用,所以较小的鸭翼就可以达到很大的作用。

      歼-20这样的中距耦合鸭翼的优点早已为人们所熟知,但为什么在战斗机上只有欧洲“台风”才使用呢?因为鸭翼可以有两个作用:配平和涡升力。远距耦合鸭翼有利于配平,但不利于产生涡升力。配平力矩强有利于加速改变机头指向,涡升力强有利于稳定盘旋,两者各有各的用处,但通过鸭翼的位置很难兼顾两者要求。另一方面就是飞行员的视界,远距耦合鸭翼常常遮挡了飞行员侧下方的视界,十分不利于空战格斗,欧洲“台风”就有这个问题。但歼-20的长度很长,对空战视界的影响很小,因为鸭翼下的视野早已被机翼挡住了,即使不安装鸭翼,那片视野也同样看不到。

     

      根据测算,歼-20的机身长度达到 20.30 米,比 F-22 的 18.92 米要长,和 T-50 的 20.40 米差不多。歼-20的进气口在机身两侧,机体本身较宽大,而机尾喷口是紧密并排的,所以可以肯定歼-20的进气道有相当程度的弯曲。加上 DSI 的有限遮挡,发动机正面不暴露在直射雷达之下是可以肯定的。而歼-20较长的机身设计是为了平衡发动机推力不足与高速、隐身和载弹量等方面之间的矛盾,减少为达到载弹量、航程等设计指标而加大机体横截面积而增加机身阻力的影响。

      F-22 同样弯曲进气道,但相比之下其总长要短很多,这可能是因为美国的进气道设计水平和发动机长度的关系,也可能是 F-22 采用固定进气道,而歼-20采用可调进气道的缘故。

     

      翼面全动

     

      歼-20的鸭翼是全动的,歼-20的双垂尾也是全动的。国外已知战斗机中,只有 T-50 带有全动垂尾,F-22 和 F-35 都是常规的固定垂尾加可动舵面。

     

      全动垂尾和全动平尾一样,都是飞控要求和水平提高的结果。传统的横向稳定的飞机设计中,后机身的水平方向投影面积应该大于前机身,这样飞机就像风向标一样,在横向是自然稳定的。后机身是指整机重心以后的部分。现代战斗机的发动机占了飞机重量的不小的一部分,飞机重心越来越靠后,所以机翼也靠后,造成F-18这样机头像仙鹤一样长长地伸在前面的样子。但这样,后机身的投影面积就越来越依靠垂尾,一个垂尾不够,有时还需两个垂尾。双垂尾还有额外的好处,可以把舵面差动动作(也就是同时向外,或者同时向里),充当减速板使用。像 F-18 那样的外倾双垂尾的舵面差动动作的话,还可以产生额外的压尾力矩,帮助飞机及早抬头,缩短起飞距离。外倾的双垂尾还有降低侧面雷达反射面积的的好处。对于远处照射过来的雷达,入射角基本上可以等同于水平入射,直立的垂尾像镜子一样反射,外倾的垂尾就明显降低了雷达反射特征。

     

      不过外倾的双垂尾在飞控上比较别扭,不光产生偏航力矩,还产生滚转力矩,要达到飞行员的无忧虑操作,需要较高的飞控水平。歼-20比这还进了一步,采用了全动垂尾。全动垂尾变被动的自然稳定为用主动控制达到方向稳定,好处是可以用较小的垂尾,重量和阻力都较小,雷达反射面积也小,坏处是对飞控要求进一步提高。歼-20采用这样极端的技术,说明了成飞对先进飞控的信心。

     

      可动边条

     

      在众多侧视图中,不大为人注意的是鸭翼和机翼之间的边条,有一条清晰可见的缝线,这只能是可动边条。四代的远距耦合鸭翼注重配平作用,有助于敏捷的机头指向,但对于稳定盘旋所需要的涡升力没有太大的帮助。欧洲“台风”在鸭翼和机翼之间增设了一对小小的扰流片,用于产生涡升力。四代大大地进了一步,鸭翼和机翼之间的边条是可动的。由于和机翼在同一水平面上的缘故,三代的鸭翼略带上反。一般说上反翼增强横滚的稳定性,用于自然稳定性不足的下单翼。三代鸭翼相当于上单翼,上单翼用上反十分罕见,对敏捷性是负面影响,但鸭翼面积太小,这点影响可以忽略不计。但鸭翼略带上反,减少对边条的遮挡,可以增强边条的作用。歼-20的边条是小小的,比较狭窄,毕竟在鸭翼后面,太宽大了没用。但这不等于边条就无所作为,尤其是边条可以可控下垂。可动边条可以强化涡升力,并且可以控制涡流走向。米格-29K也采用了类似的技术——不完全一样,但思路相近——米格-29K的大边条下有一对可以在起飞着陆时放下的扰流片,这一对扰流片大大增强了涡升力,所以不需要苏-33那样的鸭翼就可以实现航母上的滑跃起飞。不同的是,米格-29K的扰流片只在起飞、着陆时使用,对机动飞行没有助益,歼-20的可动边条在所有时候都可以发挥作用,这就是全新设计和改进设计的差别,也是飞控的差别。

      DSI进气

      歼-20采用了DSI(无附面层隔板超音速进气 ),用三维复杂曲面的凸曲面(鼓包状,用于压缩气流)把进气中的附面层迎面剖开,然后用压力梯度顶到进气口的两角泄放。不过歼-20的 DSI 有三个特别的地方,一是不对称,凸曲面的位置偏上,而不像常规 DSI 的对称设计,这可能是照片不清晰造成的错觉;二是进气口侧唇口带有后掠,这是世界上已知 DSI 中绝无仅有的;三是歼-20的进气口是可调的,这也是第四代战斗机中唯一采用可调进气口的。

      成飞一定是世界上 DSI 经验最丰富的飞机公司了,一口气设计了三架 DSI 战斗机:枭龙04、歼-10B、歼-20。相比之下,洛克希德-马丁只有 F-35,研究机不能算。成飞在歼-20上采用这样特别的 DSI,是有道理的。

     

      进气口设计有三个指标 :

      分离附面层,保证干净气流进入进气道;

     

      在大迎角下也保证正常进气;

      在超音速飞行时把进气气流减速到亚音速,并增加压力,也就是所谓的“总压恢复”。

     

      歼-20的DSI恰好在这三个方面都做到了折衷。

     

      DSI 本来就是用来分离附面层的,DSI 的附面层分离效果好,阻力小,总压恢复好,但 DSI 只能对一个有限的速度范围优化,很难做到对很大的速度范围都高度有效。另外,DSI 的凸曲面设计本来就相当复杂,需要考虑三维流场和压力分布。为了隐身,四代的机头是菱形截面,进气口是像 V 形一样向两侧倾斜,在大迎角下流场更加复杂。为了改善大迎角下进气口对空气的“捕捉”效果,进气口像F-15一样带一点后掠。为了不给 DSI 设计带来太大的困扰,后掠没有 F-15 那么大。但 V 形机头下半部的前机身预压缩能力补足了进气口后掠不足的缺憾。另外,正因为进气口后掠,下唇位置靠后,所以凸曲面位置偏上,和凸曲面剖开造成两撇“胡须”的下一半的位置正好对上。

      F-22采用加莱特进气口,也称双斜切双压缩面进气口,或者斜切菱形进气口,不同的说法,都是一个意思。这个设计比 DSI 超音速性能好,适应的速度范围更大,但毕竟还是固定进气口,最终逃不过固定进气口的限制。好在 F-22 有两台变态的发动机,超音速巡航没有问题。T-50 的超音速巡航性能不清楚,T-50 的进气口和 F-22 有所不同,但原理大致相似。

     

      F-35采用了DSI,只有一台发动机,尽管推力强大,还是力不从心,最高速度只有1.6马赫,无法实现超音速巡航。歼-20要做到超巡,但中国没有 F-22 这样变态的发动机,只有用可调进气口来帮忙,达到足够的超巡性能。四代的进气口上唇可以下垂,像 F-15 一样,这就是可调进气口。和 F-15 不同的是,F-15 的可调进气口是暴露在外的,而四代的可调进气口是包拢在进气口结构内的。四代这样做当然是出于隐身的考虑,但可能造成进气口唇口较厚、阻力增加的问题。工程设计本来就是得失权衡的过程,只要最终结果得大于失,这就是值得的。不过四代的进气口上唇下垂如何避免和 DSI 的鼓包打架,这还是一个有趣的问题,有待更多的细节图片才能解惑。活动上唇和固定外壳之间不可避免的间隙里,如何避免杂物和尘土嵌进去,造成可调上唇动作受阻,这也是一个具体的工程问题。五代的进气口可算是 DSI、加莱特和 F-15 那样的可调锲形的结合体,这也给了四代正面大青蛙一样的特征。

      腹鳍设计

     

      歼-20比较引人注意的“倒退”是那一对腹鳍。在传统设计中,腹鳍是后机身投影面积的一部分,是为了降低过高的垂尾用的,在大迎角垂尾受到机体遮挡时,腹鳍的方向稳定作用也比垂尾更显著。但四代采用全动垂尾的目的就是用主动控制代替被动的自然稳定性,再用腹鳍在道理上说不通。即使在大迎角垂尾作用受到削弱时,也可以通过副翼和襟翼的差动动作造成不对称阻力,达成偏航控制。B-2 和 YF-23 就是这样控制的。事实上,所有第五代战斗机中,歼-20是唯一采用腹鳍的,F-22、F-35、T-50 都没有采用腹鳍。T-50 或许可以用推力转向补充大迎角方向稳定性的主动控制,F-22、F-35 可没有这样的能力,F-22 的推力转向只能上下动,不能左右动。事实上,在西方的第三代和三代半战斗机中,只有F-14和F-16采用腹鳍,F-15、F-18、“鹰狮”、“台风”、“阵风”都没有腹鳍。苏联第三代的苏-27有腹鳍,米格-29也没有。那为什么三代回到已经“过时”而且和主动控制思路相悖的腹鳍呢?有可能这是米格 1.44 的影响,这是可动腹鳍,用于大迎角时的主动控制,或者这只是四代技术验证机阶段的过渡措施,作为减小面积垂尾的保险。

     

      隐身设计

     

      对于外军研制隐形战机的经验,隐形能力和气动外形往往不能兼备,而普遍认为“鸭式”布局会影响战机的隐身效果,所以外军已装备或在研的隐身战机都无“鸭式”布局先例。这种理论是否会在“J-20”上得到印证,还不得而知,但用常规眼光来看,“J-20”战机空中机动时前端鸭翼的偏转,以及机尾固定的腹鳍,都会在飞机前方和侧面形成较大的雷达反射面。或许这也是“J-31”保持常规气动布局的原因。

     

      不过可以期待“J-20”研制厂商掌握更高的材料科技,来弥补“鸭式”布局对隐身效果的影响。有消息称已经采用的局部等离子体隐身技术、反无源探测涂料,可以使中国四代重歼隐身性能达到或超越F-22。

      但是也有部分军事专家曾有观点认为歼-20作为重型空优战机,“鸭式”布局在平飞时鸭翼可能不会偏转,故而不影响其隐身能力。但当空中机动时,战机相互间的距离双方雷达都可准确捕捉到对方,而这时战机的隐身能力已没有战机的机动性重要,故此时鸭翼对隐身能力的影响也可忽略不计。但是此观点还有待考证。

     

      歼20在最近的一次长达1个小时的试飞中,向人们展示了其真实霸气的一面,主弹舱和侧弹舱全部武装挂弹试验。其中,主弹舱首次进行了挂载导弹的挂架探出并收回试验。据判断,这种试飞除了测试在空中时弹舱、挂架系统的工作稳定性外,还用于检验空中打开弹舱对飞行状态的影响,最关键的还是,在打开弹仓时对隐身战机自身的隐形状态能否得到保证。

      现代战机的挂载方式无外乎机内、机外两种。机外挂载的特点就是技术成熟,挂载方式灵活,但是雷达反射面积大,这将会导致失去隐形飞机的优势,内挂载才是隐形战机必须的。

     

      然而,对于隐形飞机来说,由于弹舱形状的限制,尺寸稍大一点的弹药就很难装进机腹,这就限制了武器的射程和威力,另外隐形战机在投弹或发射导弹时,必须要打开弹舱才能投放或发射武器,如何起到隐形的效果,而又使导弹投放或发射时对机身的影响尽量减少,这就是隐形战机研制最关键的问题之一。

     

      座舱系统

     

      屏幕化

      在2010珠海航展上,中航工业展出了国产第四代座舱模拟器,这也是歼-20首次的官方曝光,座舱内部装有两个连在一起的多功能大屏幕显示器,这种布局国外是从F-35才开始应用,而中国新一代座舱与之类似,从中可以看出中国航电技术突飞猛进的进步。从图中判断,单个屏幕大小应该在12寸左右,两个显示器之间无连接框,可以用来合并显示较大的图像。

      触摸化

     

      多功能显示器周围的按钮基本消失不见,而传统的多功能显示器必须依靠外围的按钮操作,由此可知,这个显示器系统应该使用了和F-35一样的触摸感应技术。不过这两个屏幕的大小比起F-35的显示器还略小,且两侧和下方还带有显示飞行参数等的小型辅助显示器,这一方面说明对于新技术的自信还略有不足,不像F-35那样大胆。另外此方案还保留了平视显示器,也不如F-35这样大胆的跃进。F-35已经将所有信息集中在两个大型显示器上呈现,连平视显示器也一并省略。不过中国新一代座舱环境已经优于大部分战斗机,如欧洲战斗机EF-2000的座舱还使用三台分离的多功能显示器,也没有采用触摸屏等技术。当代最先进的F-22战斗机,因航电系统设计较早,所以也采用了多功能显示器加按钮的设计,不过在未来的改进中应该也会采用触摸感应设计。

      操纵系统

     

      光操系统

     

      有未经证实的消息来源称该机型并未采用J-10所使用的电传操纵,而是采用了更为先进的光传操纵系统。

      光传操纵系统是以光代替电作为传输载体,以光导纤维作为物理传输媒质,在计算机之间或计算机与远距离终端(如舵机等)之间传递指令和反馈信息的飞行控制系统。光传操纵系统是在电传操纵系统上发展起来的,也是后者的发展趋势。电传操纵系统的致命弱点是易受雷电和电磁干扰及核辐射的影响。现代飞机性能不断提高,电子设备日趋复杂,这必然导致电缆用量的增加以及线路布局的复杂化,从而加大了线路之间的干扰,使电传操纵系统不能正常工作。解决这一问题的根本办法就是采用光传操纵系统。

     

      采用光纤作为传输介质,以光信号的形式传输,使得光传操纵系统具有很多优点。首先,它具有抗电磁干扰、抗电磁脉冲辐射和防雷电等特点,且光纤本身不辐射能量,这就提高了可靠性和安全性。其次,光缆可减轻控制系统的重量、缩小体积,从而大大改进飞机的稳定性和可操纵性。再次,光纤的故障隔离性好,当一个通道发生故障时不会影响其他通道。光传操纵系统的研究始于上个世纪70年代。1975年,美国空军试验中心在A-7D飞机上利用光纤作为传输线。1979年,洛克希德公司在一架喷气滑翔机上试验了光传操纵系统,取得成功。前期光传操纵系统的研究重点是开发各类光传感器、光处理器等。

      光操优势

     

      1、在强电磁干扰下飞行。电磁干扰通常可分为外部干扰(来自飞机外部的不期望的各种导航、通讯设施和所有人为或天然的电磁干扰源)和内部干扰(由机身内部的通讯、导航、传感器变送系统和能源系统等引起的辐射或传导噪声)。由于现代数字电子技术、多电(more electric)飞机作动系统和现代空战中电子干扰战术的应用,以及全球范围内高强辐射源的剧增,使得飞机安全飞行环境的电磁干扰和核辐射的问题更为突出。同时越来越多地采用复合材料将导致系统中的电子元器件失去传统飞机金属蒙皮的屏蔽保护,即使是具有良好屏蔽的复合材料蒙皮,其对外部环境的干扰亦仅可提供不超过70dB的衰减。解决这一问题的根本途径就是采用纤维光学系统,由于依赖于光进行工作,因此具有固有的抗电磁干扰能力,可使对飞机的电磁干扰衰减若干个数量级。此外,由于光纤内传播的光能几乎不向外辐射,因此不会造成同一光缆中各光纤之间的串扰及故障扩散。

     

      2、减轻机载设备重量。飞机的重量与飞机的机动性和整体性能紧密相关,进一步减轻机载设备的重量是十分有益的。以光纤一对一地替换FBW系统中的电导线,所需光纤的总重仅为原电导线总重的1/20,在运输机(如MD-12)上,仅此一项即可减重500kg左右,如果再将除操纵系统之外的其它系统的信号传输线(电缆)以光缆代替,并考虑到由于光纤的使用大大减少了FBW系统所必需的屏蔽设施,飞机的整体重量还可大大减轻。即使在战斗机上,借助光纤的多路传输(如频分复用、波分复用或光载波复用/解复用)技术,在1根光纤中可传输多路不同的信号,因此可以大大减少所需光纤的总量,例如F/A-18的每一个作动筒平均有15路分立的信号线,改用FBL技术后只需1根光纤即可实现15路电导线所完成的信号传输功能。

      3、数据传输速率高和传输容量大。对于大多数飞控系统来说,1Mbps的导线式应答总线传输速率是足够的,但先进的UMS和VMS系统对于传输速率的要求高达5~20Mbps,只有满足美国标SAE AS-1773A的光纤数据总线才可胜任。由于光传输的高速率,可以采用分时的方法在一根光纤中传递多路信号,同时也为应用频分和波分等复用技术提高数据传输容量提供了很大的潜力。如字长为20位时,一路光纤传输10000路信号的频宽可达100Hz.。

      4、改善系统的动态特性。随着飞机电子系统的日益集成化和复杂化,电传操纵系统已不能满足进一步改善系统性能的要求,而光传系统高速率、大容量的特点为提高系统频宽提供了相当的潜力,同时,FBL系统的减重亦可改善军用机的机动性。此外,光纤与神经网络技术的结合为有效地实施最优控制设计提供了可能。 5. 提高飞机的总体性能及燃油经济性。无论是商用飞机还是军用飞机,其总体性能的改善与飞机整体的减重总是紧密相关的,FBL系统重量轻这一特点将可直接增加飞机的有效荷载和续航能力,或减少燃油消耗。

      5、降低验证费用,改善成本-效益指标。验证航空电子设备和飞行控制系统的复杂程度及所需费用急剧增加,用于MD-11(装备有传统的FBW操纵系统)上的EME整机验证费用约达1200万美元。由于光纤固有的抗电磁干扰特性,对于光纤接口和光缆传输系统则仅需要进行部件级的EME验证实验,而无需再进行昂贵的整机EME验证。此外,由于光纤总线频宽高,因此可以在飞行控制系统验证中提供更迅速的方法辨识飞机的飞行动力学和稳定性参数,大大减少飞机控制律的研制开发周期,进而减少验证费用。研究表明,FBL与FBW的结合使飞机的可靠性、可维护性和易损性均得到10%~14%不同程度的改善,而FBL与神经网络技术的结合可实现控制系统故障的实时辨识,有效地减少维护费用。

     

      弹仓设计

     

      歼-20在机腹部位有一个主弹仓,机身两侧的起落架前方各有一个侧弹仓。

      歼-20的侧弹舱门为一片式结构,这个弹舱舱门向上开启,弹舱内滑轨的前端向外探出,使导弹头部伸出舱外,再直接点火发射。

     

      值得注意的是,歼-20的侧弹仓门,为一片式结构和起落架仓门是衔接的,共用一条锯齿缝,两个仓之间相互被隔断,但是表面盖板却是相邻的。这样的设计减少了一条散射缝,对隐身有利。歼-20在弹出导弹发射架后,弹仓舱门依然可以关闭。这样的设计有利于减小阻力和飞机的雷达反射面积,是一种非常好的隐身设计。西方的隐形战机在空中发射导弹时,必须打开导弹舱门,然后导弹发射挂架伸到舱外实施发射。这个过程虽然短暂,但是却是最致命的,因为正是在这个时刻,暴露的舱门和舱内结构使得隐形战机不再隐身,雷达反射截面突然增大,从而使得敌方的防空雷达有机可乘。科索沃战争时,美国一架F-117战机,就是在发射导弹时暴露了自己,从而成为世界上第一架被击落的隐身飞机。

      这个结构非常简单,只需要一个旋转机构和一个液压作动筒,就完成了全部发射动作,如图所示,新型格斗导弹被安装在一个旋转机构的挂架上,当导弹发射时,侧弹舱舱门打开,导弹挂架被旋转机构转出舱外,然后侧弹舱舱门关闭,导弹在挂架上发射。应该说,歼-20的格斗导弹发射方式设计的更聪明,避免了很多气动和强度上的麻烦。一般来说,格斗弹锁定时机往往只有2至3秒的时间,从按电钮-电机启动-舱门全开-导弹发射这4个步骤下来耗时至少得3秒,确实会贻误战机。歼-20的格斗导弹可以事先放在舱外,这就是巨大的发射时机优势,可以比F-22更早发射。如果格斗战全过程打开侧弹舱对气动效果影响较大,飞机的颤动和乱流导致的阻力增大会降低机动性能。

      武器配置

     

      据推测,歼-20的可选装备如下:

     

      远程空对空导弹:霹雳-21

     

      中程空对空导弹:霹雳-12D

      近程空对空导弹:霹雳-10

     

      近程空对空格斗导弹:霹雳-8

      精确制导滑翔炸弹:雷石-6

     

      机炮:一门23毫米双管航空机炮

      2013年,歼-20带弹试飞,根据试飞照片显示,歼-20的侧弹仓则各携带1枚导弹,而主弹舱只能携带4枚导弹,少于美国F-22的载弹量,但鉴于其尚处研发阶段,弹仓布局、挂弹种类可能还会存在一些变化,加上歼-20装有外挂点,可在牺牲隐身能力的情况下加大带弹量,歼-20未来服役后的实际载弹能力尚不得而知。

     

      最新改进

     

      2014年1月17日,国内著名军事论坛网站出现一张据称为歼20新原型机的图片,这架编号为2011的新版歼20飞机,在外观上至少有8到10处与歼20前两架验证机不同。

     

      2011号飞机的变化很大,这些变化显示歼20战机已经正式进入到原型机阶段,而之前的两架飞机为验证机阶段。2011号机的主要改进如下:1、主翼动作筒缩小。2、进气口前缘下倾并与机背融合。3、机头下方安装有黄色EOTS传感器(可能为预留位置)。4、垂直尾翼切尖。5、背部伞舱改进。6、发动机尾喷管缩短几乎完全被腹鳍遮挡,喷管有锯齿。7、整体式座舱盖加装加强框,座舱盖加装导爆索 改为穿盖式弹射。 8、2011为银灰色空优迷彩涂装,2002为黑色涂装。

      网传的2011号新歼20原型机(上)与2001号歼20原型机(下)对比图,明显可看出2011号采用了灰色新涂装,主翼和鸭翼外形也有变化。

      环球网1月7日报道,2014年1月7日,国内著名军事论坛网站出现一张据称为中国歼20隐身战机新原型机的图片,这架编号为2011的新歼20原型机,采用了类似于F-22战斗机的灰色迷彩涂装,这明显不同于2001号歼20的黑白双色涂装和2002号歼20的黑色涂装。可以看到,歼20 2011号原型机采用了先进的无框衍射平显,这也与之前的验证机有明显不同,另外,新的歼20原型机与2001号歼20相比,其主翼和鸭翼都发生了明显变化。

      据外媒称,歼-20战斗机的之所以采用2011这个编号,是因为201X表示歼-20原型机批次,而编号后面的11表示第01批首架,所谓的第01批次就是指歼-20战斗机的原型机批次,歼-20战斗机此前出现的2001和2002号飞机为该机的验证机,也就是所谓的718工程验证机,这些飞机被认为是歼-20战机的第00批次。消息人士称,在气动外形和总体结构上,歼-20战机的第01批次原型机只要不发现比较重大的问题,基本上就不会再有大的改动。所以,第01批次也可以理解为歼-20战机的全状态原型机批次。

     

      来自外国军事论坛的图片显示2001号歼20原型机的座舱,其平显与2011号飞机有明显不同,据外媒称,歼-20战机的第00批次共生产了4架,这4架飞机中两架用于试飞。原2001号机主要承担了首飞任务、飞机总体气动结构验证和隐身涂料测试等任务,原2002号机(重新涂装为2004号飞机)主要承担了航电系统验证试飞、飞机液压系统和弹舱气动结构验证,最后还将包括投弹试验飞行等任务。另外两架没有参与试飞的验证机,即2002和2003号机主要承担静力强度试验、RCS地面测试、飞机结构疲劳测试和铁鸟台等任务。

      一些观点认为,作为718工程的验证机,全部00批次战机基本验证和试验了歼20战斗机的全部分系统。为了提高试飞效率,第01批次不会再用模拟配重代替飞机内的航电系统、电传飞控、电子战和液压系统等各分系统,所有分系统将全部组装到位,进行整体验证试飞。这是第01批次和第00批次最大的不同。也就是说,第01批次更像是一架完整的战斗机,而第00批次则是一架“空中实验室”。

      外国媒体称歼20战斗机的第01批次将使用从俄罗斯进口的AL-31FN cep3发动机,这款发动机的性能参数类似于99M1发动机,该型发动机具备FADEC系统,让歼20战斗机首次实现了飞火推一体飞控。据悉,由于涡扇-15发动机研制进度严重落后,这种发动机还没有进行高空台试飞,已基本不可能装备首批量产型歼-20战机。据悉,根据歼-20战斗机“螺旋提升”发展计划,首批歼-20量产型战斗机将在2015年左右交付解放军空军沧州试训中心,2017年左右交付解放军空军一线部队,2019年左右实现IOC能力。这个批次的歼20战机将准备俄制99M2发动机或117S发动机,到2020年左右,随着涡扇15发动机的成熟,歼20战斗机将发展出第二个批产型号——装备国产发动机的歼20A。

    服役部队

    人民解放军空军和海军航空兵部队

    媒体评述

      深度评析

      再曝新照

     

      2014年初,一组我军歼20战机2002号原型机在空中打开侧弹舱的照片被曝光。这种“炫耀”式展示引发军迷和网友的热议。网友对于歼20战机的关注点也从试飞的内容和次数,转移到了歼20是否已经开始进行空战格斗测试。

     

      作为2010年末就引发关注的我军第五代战斗机,歼20一直是近几年军迷热议的焦点。究竟歼20的战斗力如何,它具有哪些先进的性能?[11]

     

      整体性能

      超音速巡航的隐形战机

      歼20战斗机是成飞集团研制的我军第五代战斗机(按英美旧标准为四代机),与美国的F22和F35以及俄罗斯的T50同属当今最先进的喷气式战斗机。歼20的整体架构特点是单人驾驶,双发动机,全动双垂尾,同时具有DSI鼓包式进气道。整体则采取鸭式气动布局。它的机头和机身呈菱形,垂直尾翼向外倾斜,机身以墨绿色涂装,远观近似黑色。这种外形特征在战斗机中较为少见,某些地方神似科幻小说中的太空战机,也因此曾被网友戏称为“歼星舰”。

     

      作为尚未完全揭开神秘面纱的战机,据推测,歼20全长约20米,翼展近13米,高4米多,飞机空重17吨,能搭载12吨燃油和11吨武器。预计它的最大巡航速度为1.83倍音速(时速约2240公里),而最高速度达2.5倍音速(时速3060公里)。最大高度为2万米,航程6000公里,最大作战半径为1800公里。在隐身性能方面,歼20的雷达反射面积小于百分之一平方米。20多吨的庞然大物,在雷达屏幕上的大小和一个金属小风筝反射信号差不多。

     

      超音速巡航和良好的隐身性能,是歼20作为五代机的杀手锏,对于捍卫我国的主权和领土完整,保卫海疆领空也具有重要的意义。以我国南海的领海为例,其较远处距离大陆达2000公里。这就给我军维护主权带来了挑战。我军前主力战机歼8,作战半径只有800公里,连这个远端距离的一半都够不到,而且歼8的巡航速度为亚音速,即时速约1000公里以内,就算采用空中加油等技术接力,从大陆机场飞到领海南端也要两个多小时。这就使得一旦在南海的南部发生挑衅我国主权的行为,我军战机很难及时赶到增援。而以歼20的参数,首先它的作战半径基本可以涵盖南海绝大部分的海域,而超音速巡航使得其能在一小时内赶到。再加上本身的隐身性能和高速度,使歼20能“神出鬼没”地赶到事发地点。这既保证了我军在冲突中占据先机,同时也增强了对敌对势力的威慑。此外,高机动性和隐形特点,也增强了歼20的空战能力,对未来冲突中占据制空权、击退敌机侵犯增加了把握。

      鸭式布局

     

      有利于超机动

      在气动布局方面,歼20采取的是不常见的“鸭式布局”(又叫鸭翼布局)。

      我军历史上的战斗机,几乎所有的任务都是保卫领空,假想敌主要是敌方战机。在战斗方式上,我军发扬传统,往往敢于“空中拼刺刀”,与敌机展开近身缠斗,因此非常重视机动性。比如我军的四代机歼10,其机动性、敏捷性和大仰角能力就非常突出。而歼20在飞行控制方面显然继承并发展了歼10的特性。

     

      所谓鸭式布局,是指将通常位于飞机尾部的一对水平尾翼,移动到飞机的头部。这种布局的飞机起飞时形如鸭子,故称鸭式布局。这种布局在需要做大角度上仰或小半径盘旋这些“急转”动作时,能够获得更多的空气升力。另一方面,对于隐身战机而言,翼展受到限制,为了提供更大的升力,机翼的后缘不是平直,而是逐渐变窄。但这样一来,通常在尾部的水平翼就和主机翼“抢位置”了。而采用鸭式布局,把“鸭翼”摆放在机翼前方,使得主机翼可以进一步往后延展,对于平衡机体更加方便。

      当然,歼20这样的鸭式布局也有其缺点,如不利于产生涡升力,使得稳定盘旋方面的性能受到制约。同时前置的鸭翼也会部分阻挡飞行员侧下方的视界。因此美国的F22和F35采用的依然还是常规布局。这是一个综合权衡取舍的问题。

    性能参数
    概观
    乘员 1人(驾驶员)
    全机空重 17吨
    空战重量 25吨
    最大内燃油 12吨
    机长 20.3米(不含空速管)
    侧弹仓长度 3.60米
    主弹仓长度 4.50米
    机宽 12.88米
    机高 4.45米
    主翼展 12.88米
    主翼前缘后掠角 49°
    主翼弦1/4后掠角 39°
    主翼1/2弦后掠角 25°
    主翼后缘前掠角 12°
    主翼弦展比 1.20
    主翼面积 约73平方米(不包括主翼前边条)
    鸭翼展 1.50米
    鸭翼前缘后掠角 49°
    鸭翼后缘后掠角 12°
    鸭翼翼根宽度 1.57米
    鸭翼翼梢宽度 1.86米
    发动机 涡扇15发动机
       
    技术数据
    最大起飞重量 37吨
    武器最大装载能力
    11吨
    巡航速度 1.83马赫
    最大飞行速度 2.5马赫
    最大飞行高度 20000米
    航程 6000公里
    作战半径 1800公里
    限制过载 +9 g
    雷达反射面积 <0.01平方米
    武器装备
    远程空对空导弹 霹雳-21
    中程空对空导弹 霹雳-12D
    近程空对空导弹 霹雳-10
    近程空对空格斗导弹 霹雳-8
    精确制导滑翔炸弹 雷石-6
    机炮 一门23毫米双管航空机炮

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