矢量喷灌笨重费油不隐身,用处却不大,完全体歼20可能不会装备它

解析冷知识 2023-12-28 10:46:07

从2011年我国第一款第五代隐身战斗机歼-20曝光至今,已过去了10余载。

在此期间,歼-20隐身战斗机经历了肉眼可见的变化与改动,从机身外形变得更加优秀,再到空速管随着机体设计的更加合理而消失,无疑都说明一切在向着好的方向发展。

但在长期的改动中,一些军事爱好者注意到了歼-20隐身战斗机与其同类(如美国F-22 “猛禽”、F-35“闪电II”;俄罗斯苏-57“重刑犯”、苏-75“将死”)有所不同:

歼-20似乎是现在进入服役状态的第五代隐身战斗机中,唯一一个没有使用矢量推力发动机与配装矢量推进喷管的。

这一现象引起了相当多互联网上军事爱好者的好奇与讨论——为啥我国歼-20隐身战斗机不使用矢量推力发动机?

矢量发动机意味着什么?

答案是:其实没有必要。

从概念上来讲,“矢量发动机”的定义非常简单——发动机喷口可以朝着不同方向偏转以产生不同方向的推力的发动机,都可以被称作“矢量推力”发动机。

从历史追溯,矢量推力发动机的运用历史并不算短,而与之相关的产品可谓种类丰富、数量众多。

早在冷战中期的60年代,各国就开始根据假定中的战争需求,预研垂直起降战斗机(VTOL)与短距起降战斗机(SVTOL),并且也都不约而同地开始尝试从机体推力上入手,在“不增加太多重量”的情况下,“让飞机获得向上的推力”帮助飞机起飞。

这一思路的典型产物就是苏联的雅克-38舰载垂直起降攻击机。基于雅克-36垂直起降战斗机,后来经历技术路线上的改进,成为雅克-36M与雅克-38舰载垂直起降攻击机。

这类飞机往往配有可调整的旋转喷口,通过改变发动机喷口的方向提供对应的推力。

然而,由于发动机技术与其他子系统减重上的困难,雅克-38/38M舰载垂直起降攻击机无法依赖单台发动机完成垂直起降与控制飞行。

因而,雅克-38舰载垂直起降战斗机采用的是“多发配置”。

即在原本标配的1台R-27V-300发动机的基础上,还配置了2台RD-36-35FVR发动机,用于在起降过程中提供升力,R-27V-300发动机的矢量推进方式,更像是方便起降过程中为2台RD-36-35FVR。

与雅克-38舰载垂直起降攻击机类似但略有不同,英国“鹞”式舰载垂直起降战斗机同样也是依赖矢量推进喷口,以相对简单的方法实现了飞机的“垂直起降”能力与“短距起降”能力。

不过,由于英国“鹞”式舰载垂直起降战斗机使用的“飞马座”系列发动机有着更高的出力,导致其只需要调整喷口之间的推力关系,就能很好地满足“垂直起降”能力与“短距起降”能力需求。

但其使用“矢量发动机”主要目的仍然为了满足“垂直起降”需求而采用的。

从这里我们其实不难看出,早期的矢量喷口发动机与现在相当多军事爱好者认为的不同,矢量发动机并不是以战斗机的机动性能为首要考虑的,而更多的是一种“解决功能性问题”的方案。

并不是说“有了矢量发动机,就代表有了机动能力”。

美国第五代战斗机都在用是为啥?

正如前文所说,“矢量发动机”早期受到重视的大前提是,这是一种实现垂直起降能力/短距起降能力的“捷径”。

不过随着时代的进步,高性能大推力发动机的出现,加之计算机技术的进步,“赋予推力矢量”的特性也逐渐被摸清。

有相当数量的设计师开始利用“矢量发动机”来作为达成第五代战斗机“4S”特性(“超机动”、“超声速巡航”、“超隐身”与“超视距”)中“超机动”能力的捷径。

其中最典型的则莫过于第五代战斗机概念的开创者、全球隐身战斗机的标杆F-22“猛禽”隐身战斗机。

F-22“猛禽”所使用的F-119-PW-100发动机,本身具备相当优秀的推力性能,甚至可以说在20世纪80年代,其性能独步天下。

同时配合其颇为独特的二元矢量喷口,可以在20°角内在飞控系统的辅助下,发挥矢量喷口的额外作用,为F-22“猛禽”提供了极高的机动性。

换言之,F-22“猛禽”并不是单纯依靠“矢量发动机”就能够拥有“超机动”能力,其实现“超机动”能力有着相当多的前提条件,发动机的“矢量能力”充其量也不过是为其提供了一个“捷径”而已。

这时就会有军事爱好者感到好奇了“就算不谈F-22‘猛禽’,美国的另一种第五代隐身战斗机F-35‘闪电II’也使用了矢量发动机,难不成也是贪图捷径?”

答案自然不是,F-35“闪电II”作为所谓“联合攻击战斗机”项目,从一开始就要融合海军(含美国海军陆战队)与空军的所有需求(甚至在未来还试图用于替换美国陆军航空兵的A-10 “疣猪”攻击机)。

在这样的背景下,从上图我们不难看出F-35“闪电II”联合攻击战斗机项目需要同时替换的机型中,正包含了前文提到的“鹞”式战斗机(即图中的AV-8B、Harrier、GR7);

而截止到美国开始研发F-35“闪电II”联合攻击战斗机时,AV-8B已经由于其“垂直起降”特性,被大量部署在美国海军陆战队使用的两栖攻击舰上.

既然决定要替换,那就得一路做到底.

所以F-35“闪电II”联合攻击战斗机(至少其中一个型号)也需要实现垂直起降功能。

在这样的指标需求下,F-35“闪电II”联合攻击战斗机自然也需要继承相当多的旧型号战斗机“技术惯性”,其实现“垂直起降”/“短距起降”的那条捷径“矢量发动机”,自然也得到了继承。

在这样的情况下,F-35“闪电II”联合攻击战斗机自然选择了基于现有的“最强战斗机发动机”普惠F-119(即F-22“猛禽”的发动机)进行开发,延续其技术惯性制造了现在使用的普惠F-135。

不过需要指出的是,由于机体重量的大幅上涨,导致具备垂直起降能力的F-35B“闪电II”(主用于海军陆战队)被迫采用类似于雅克-38舰载垂直起降攻击机采用的“多发配置”。

即在正常使用矢量推力发动机以外,额外增加升力发动机。

而代价则是其机内空间由于升力风扇的存在,导致了航程相较于空军使用的F-35A“闪电II”有明显的下降。

这也算是为F-35“闪电II”联合攻击战斗机项目使用矢量推进发动机做了一个注解。

矢量发动机并非能够完美解决垂直起降问题,否则为什么美苏在垂直起降时,都会先后使用“升力风扇/升力发动机”+矢量主发动机的配置。

在这样的情况下,我们也就不难理解,为什么美国的2种第五代战斗机项目,都不约而同地选择了矢量发动机作为其主要动力——因为技术的一脉相承,与需求的必然考虑,导致其会非常乐意选择矢量推力发动机这条“捷径”。

我国为什么不用?

毫无疑问,矢量推力发动机有着属于自己的独特优势,也是各国热衷使用的对象,但正如一句老话“物竞天择,适者生存”,生搬硬套从来不会有好结果与好下场。

我国航空产业相对于老牌的航空工业强国美国有着相当的差距,尽管在近些年中,我们通过自身不断的努力奋起直追,但在相当多技术的研究上仍然存在障碍和进度上的差异——矢量推力发动机的研究正是其中之一。

诚然,从常理来说歼-20隐身战斗机是我国最新锐的战斗机,理论上所有的高精尖技术都应当完整地加持其上,这样才能巩固性能上的优势,但我国现如今的矢量喷口发动机研发并未成熟,不宜贸然上机。

而且,我国并不急着在歼-20上使用矢量推力发动机,而是先行由歼-10B战斗机安装具备矢量能力的国产发动机“探路”,为后续讨论矢量发动机的“去留问题”做好铺垫与试验。

在发动机型号保持一致的情况下,贸然改装为矢量喷口发动机,除了会增添一整套意义不明的重量,恶化机体性能外,别无意义。

而且,前文也早已提到,矢量发动机带来的机动性优势并不仅仅是依赖于矢量发动机本体,同时还取决于飞行控制能力等等。

在这一点上,印度的苏-30MKI就给我们做了一个很典型的榜样。

印度在上世纪90年代确定苏-30MKI订单后,就委托俄罗斯人将其原装的AL-31F改装为具备矢量推进能力的AL-31FP发动机。

结果由于自身缺乏对应匹配的改装数据库,也没有对应的操作习惯配套,同时印度军队自己也不具备相应的飞控升级或修改的能力,导致苏-30MKI现如今的“矢量机动能力”有如鸡肋——“食之无味,弃之可惜”。

参考资料:

【1】航空与航天《垂直起降战机》

【2】V.F.帕夫连科《垂直起降飞机》

【3】俄罗斯之翼《雅克-38舰载机》

【4】天空的一角《福克兰群岛的鹞》

【5】航空技术《AV-8B垂直起降战斗机和攻击机》

【6】洛克希德·马丁官网《F-35“闪电II”:致命,生存,网络化》

【7】洛克希德·马丁官网《F-22“猛禽”:数字化的战场主宰,准备就绪》

【8】普惠官网《F-135发动机》

【9】普惠官网《F-119发动机》

【10】澎湃新闻《讲武谈兵|歼-10B战机换装矢量推力发动机有何意义?》

【11】新华社《歼20歼10C等多款战机已换装“中国心” 背后有哪些意义》

【12】印度斯坦航空有限公司《AL-31FP航空发动机》

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