浅议J20及升级改进计划.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除浅议J20的升级改进！ J-20 的基本构型充分体现了 TG 军方对现代空中战役特点和 MD 装备体系薄弱环节的深刻认识，并且是在 TG 既有技术积累条件下，实现设想中凌驾于 F-22 之上的超音速性能和作战半径，风险最小的路线。尽管如此，目前的 J-20 仍只相当于演示/验证 dem/val 阶段的 YF-22，整体设计还有很大的优化空间。最近曝出的所谓 J-20 即将量产的 “猛料” 荒谬绝伦。处于试飞周期初级阶段的 J-20 尚未进行过任何较高海拔，较大航速的试飞，仅基本气动性能的测试就还需要相当长的时间。此外，目前的 J-20 并没有配备任务航电，超巡发动机，低可观测性外形修正也远未完成，所有这些问题的解决都不是能够一蹴而就的。隐形战斗机雷达舱的设计远比常规战斗机复杂，并不是简单地将雷达天线向上倾斜便可实现隐形的。对于前向雷达反射截面积 1 平方米级 (0 分贝) 的欧洲双风，J-10B 等而言完全可以接受的雷达舱信号强度 (譬如 - 10 到 - 20 分贝)，放到追求前向雷达反射特征不超过 - 30 分贝的 J-20 等高端隐形战斗机上，就成了势必糟蹋整锅鲜汤的老鼠屎。为了尽最大可能减低雷达系统的反射回波，J-20 的 AESA 天线设计将远较 J-10B，深度升级版 J-11/J-15 等复杂，雷达天线罩必须由选择性透波材料制造，屏蔽除本机工作波段外的所有电磁辐射，雷达基座上需安装吸波结构/材料，天线罩与机首结合部也得精雕细琢。因此 AESA 雷达系统在常规战斗机平台上完成基本技术测试后，还需要数年的努力才能配套到 J-20 上。TG 发动机技术的滞后是老生常谈的问题了，不仅造成现在的 1.0 版 J-20 动力不足，也迫使整体隐形设计相当出色的黑丝顶着有碍观瞻的狒狒屁股满天飞。但是猴子臀部并非 J-20 隐形设计上的唯一缺陷。根据 Carlo Kopp 等人进行的计算机模拟，当气动表面锁定在中立位置时，1.0 版 J-20 的前向隐形性能是相当出色的，达到了极低可观测性 (VLO, very low observable) 标准 (- 30 分贝级)，鸭翼对隐形性能并不构成值得注意的影响。这一结论与笔者去年重四三巨头中做出的判断不谋而合，击破了鸭式机不隐形的迷思。欧洲方面想当然地认为 TG 没有能力开发出类似于 “台风” 的可根据敌方雷达辐射环境，调整鸭翼动作状态，以最大限度减低回波闪烁的先进飞控软件，并以此为依据宣称 J-20 不是真正的隐形战斗机，其白人优越主义和酸葡萄心理呼之欲出，逻辑之荒谬更是不值一哂。只有在缺乏推力矢量发动机，不得不较为频繁地转动鸭翼实施配平时，J-20 的前向隐形性能才会比较明显地落后于 F-22。类似地，J-20 的腹鳍对后半球隐形性能的影响也基本可忽略不计。J-20 目前构型的主要问题，除了醒目的猴子屁股之外，就是锯齿结构尺度太小，以及侧面外形处理不到位。重四三巨头一文也提到过，J-20 锯齿处理的尺寸，仅能有效地对抗厘米波段威胁源，如典型工作波长 9-10 G 赫兹 (3 厘米波) 的战斗机雷达。侧面外形的主要欠缺，一是机翼和机身的弧形过渡区在垂直方向上造成较宽的反射瓣，二是为面积率充分优化，线型圆润的发动机舱侧壁在水平方向上造成较宽的反射瓣。目前构型的 J-20 因此未能充分发挥其内在的隐形潜力，后向隐形性能仅达到厘米波段低可观测性 (LO, low observable) 标准 (- 10 至 - 20 分贝级)，且在垂直于长轴的方向上有锥角较大的强反射波瓣。由于无法采用飞翼布局，以 F-22 为代表的第一代隐形超巡战斗机不可避免地具有较大的侧向雷达反射截面 (横截面有着几分 B-2 风格的 YF-23 侧向雷达反射信号会低得多)，其整体雷达反射信号强度控制呈现 “领结” 状。当威胁雷达波束从侧面以近似垂直于飞机长轴的角度入射时，多普勒效应缺失或不明显，这使依靠检测回波多普勒频移进行目标识别的多数常规防空雷达无法正常工作 (对空雷达并非在真空中运行，环境噪声水平很高，若不能仰仗多普勒效应判定回波来自飞机，问题就复杂了，空气中的天气现象，昆虫，鸟群，地面杂波等等将轻易地淹没雷达信号处理系统，因此常规战斗机超视距空战的典型战术之一，便是侧转 90 度，从而使对方战斗机的雷达失锁。如果超音速性能好，这一招用来对抗重新锁定目标需要耗费相当时间的机械扫描雷达是十分有效的，但遇到能够瞬时改变波束指向，扫描速度快如闪电的相控阵雷达，可就不灵喽)，较强的侧向雷达反射信号因此是可以接受的，但侧向反射波瓣过宽，则很不理想，宽大的反射波瓣边界处相对较强的多普勒频移完全有可能被敌方利用。纠正 1.0 版 J-20 隐形性能缺陷的主要措施，一是改装矩形横截面喷管，消灭狒狒屁股，二是翼身过渡段和机身侧面外形处理向 F-22 看齐，消除圆弧过渡区，配备大型连续平面式的发动机舱侧壁。侧面外形的进一步隐形修正将会造成整机横截面分布的轻度恶化，从而增大超音速波阻，但矩形横截面喷管尾阻明显低于目前的圆形截面喷管，2.0 版 J-20 的超音速阻力因此可望在 1.0 版基础上有所下降。YF-22 改进至 F-22 时，机翼后掠角从 48 度减少到了 42 度，以改善高亚音速机动性。强调超音速性能的 J-20 气动设计微调的方向可能恰与 “猛禽” 背道而驰，不排除 2.0 版的机翼/鸭翼/尾翼后掠角从目前的大约 43 度，增大到 45 + 度的可能性。修改后的 J-20 就外形设计而言，有潜力达到 F-22 的整体隐形性能水平，考虑到 TG 隐形涂料方面可能存在的技术滞后，前向实际反射信号强度在某些波段或许仍略高于 F-22，但将不会有根本性的差距 (侧向的高反射强度不是靠涂料能降下来的，后向的最主要反射源是无法涂脂抹粉的发动机喷管，因此基本不受涂料技术影响)。至于什么拉长机身，换装大三角翼，弄成 TG 版 FB-22 之类的提案，还是早点偃旗息鼓为是。这样伤筋动骨的工程，消耗的科研和财政资源不可能少得了，有这个闲工夫何不向性能全面升级的六代机努力呢？通过采用革命性的全新构型，第六代战斗机将不仅具备重四所望尘莫及的超音速性能，轴向雷达反射信号进一步降低，更可如 B-2A 等飞翼轰炸机般，实现 毛绒球“(fuzzball) 式的全向宽频段极低可观测性 (整体隐形性能当然与飞翼还是有差距，毕竟要为更强悍的飞行性能做出妥协，这与攻击型核潜艇噪音水平高于弹道导弹核潜艇是一个道理)。“领结” 类型雷达信号控制模式，重点降低轴向雷达反射信号强度辐射源工作频段为 150 M 赫兹时，J-20 的雷达反射信号强度分布，由 Carlo Kopp 博士等模拟。可以看出当威胁雷达工作于 2 米波段时，这一代超音速隐形战斗机的信号控制是很不理想的 (蓝色区为 -10 至 0 分贝，即通常认为的 准隐形 区，绿色区为 0 至 10 分贝，黄色区为 10 至 20 分贝，红色区为 20 至 30 分贝)。辐射源工作频段为 150 M 赫兹时，J-20 的雷达反射信号强度分布，由 Carlo Kopp 博士等模拟。从左至右为正对头锥-直指喷管，从上至下为垂直俯瞰-抬首仰望。本图与下图均为原图的 1/2 (左右对称，半张图就够了，这样可以看得更清楚)。蓝色区为 -10 至 0 分贝，即通常认为的 准隐形 区，绿色区为 0 至 10 分贝，黄色区为 10 至 20 分贝，红色区为 20 至 30 分贝，紫色区为 30 至 40 分贝。细黑线围起来的区域 (水平方向 360 度，垂直方向 - 35 度至正 5 度) 是实战中照射源可能出现的位置 (隐形战斗机会尽可能保持与威胁雷达的距离，地面雷达以 35 度以上仰角照射 J-20 的可能性基本不存在，由于 J-20 典型作战巡航高度为 15000 米，空中照射源处于更高海拔的概率微乎其微，给个 5 度角已经很慷慨了，考虑的应该是高空无人机之类的平台)。辐射源工作频段为 1.2 G 赫兹时，J-20 的雷达反射信号强度分布，由 Carlo Kopp 博士等模拟。从左至右为直指喷管-正对头锥，从上至下为垂直俯瞰-抬首仰望。”领结“ 式回波模式显而易见。前向信号控制显著地优于后向。多个波段下的 1.0 版 J-20 回波强度分布，由 Carlo Kopp 博士等模拟。从左至右分别为 150 M (VHF 波段)，600 M (UHF 波段)，1.2 G (L 波段)，3.0 G (S 波段)，6.0G (C 波段)，8.0 G (X 波段)，12.0 G (X 波段)，16.0 G (Ku 波段)，以及 28.0 G (Ka 波段) 赫兹，对应波长为 2 米，0.5 米，0.25 米，0.1 米，5 厘米，3.75 厘米，2.5 厘米，1.875 厘米，以及 1.071 厘米。颜色越冷越浅意味着雷达信号越弱。可以看到照射源为微波雷达 (L 波段及更高频率) 时 J-20 隐形效果较为出色，特别是 C-Ka 波段，整体信号强度相当低，侧面反射瓣的角度也不甚大。UHF 至 S 波段时，目前构型的前向信号特征仍然较低，但后向和侧向表现不佳 (猴子屁股得早点走路啊，机体外形也需要进一步修正)。VHF 波段时基本丧失隐形能力 (信号控制水平仍然比常规战斗机强得多)。PS:1. 隐形和反隐形均以电磁波传播的物理原理为依据，并不是魔法，也不象许多人想当然地认为的一样，非黑即白，要么完全”不可见“，要么彻底一览无余。隐形飞机和反隐形系统的斗争才刚刚开始，颇有市场的所谓隐形技术将很快过时的观点是站不住脚的。2. 上述模拟中使用的是根据 TG 公开文献推定的民用级别涂料 (控制电磁辐射对电子电讯方面的应用也是很重要的)，使用军用级涂料时 J-20 的前向反射强度可望再降低数分贝。3. 水平方向上，J-20 的前向极低可观测性区锥角超过 60 度，与 F-22 相