這篇開始將涉及很多飛行器設計原理方面的常識，略長，慎入！再次聲明，我沒有任何理科背景，平面設計師一名，純粹是出於三十多年來對飛機和軍事的熱愛寫的這篇文章，錯漏在所難免，對專業人士來說可能比較幼稚，請輕噴。
殲-20史無前例地採用了升力體 + DSI進氣道 + 全動鴨翼 + 大邊條 + 無尾三角翼 + 全動垂尾的極端複雜設計，整體造型就像一把尖銳的飛鏢，劃破長空。我們一項項來分析一下殲-20的氣動佈局特點。
- 升力體 -
升力體是一種非常規的氣動佈局，沒有普通的機翼，而是採用翼身融合體來產生升力，以便在低速下獲得較高的升阻比。升力體的概念最初是NASA在研究彈道導彈再入技術時偶然發現的，之後應用於返回式航天器的設計。乍一看，純正的升力體就像是塊石頭，但這塊石頭自己能產生升力，會飛。
▌X-24A驗證機，最純粹的升力體設計，沒有主翼
傳統的飛機設計，機身用於搭載載荷，機翼用於產生升力，它們是兩個獨立的部件。就好比小孩做的飛機模型，在 。一根棍子上面綁一把尺子。
▌紅色經典：米格-15，圓筒狀的機身加中單翼
三代機在設計時引入了翼身融合的概念，機身與機翼間通過曲線平滑過渡，既減小了氣動阻力，也增加了機身容積。F-14和蘇-27都是典型的一體化升力機體設計，後機身作為機翼的一部分，寬大扁平，縱剖面呈機翼狀，可以產生部分升力。發動機採用翼下短艙的形式，大間隔佈置，雙發之間形成的隧道可以約束氣流，增加下表面的壓強，提高升力。F-14當機翼後掠角為20°時，機身升力佔總升力40%；當機翼後掠角為68°時，機身升力佔總升力的60%，效率驚人。但是三代機並不是真正的升力體，只是在後機身採用了部分升力體設計，因為時代原因完全沒有考慮隱身性和超音速機動性。
▌三代機的開山之作：F-14，這張照片很好地呈現了後機身扁平的升力體結構和兩個發動機短艙間的隧道
四代機為了實現隱身性、超音速巡航和超機動性的統一，大都採用了超音速升力體設計。整個機身從菱形機頭開始，上下表面都採用光滑的大麴度連續面，機身機翼一體化設計。菱形機頭外傾的下側面可以產生升力，並對流向進氣道的氣流進行預壓。機身縱剖面近似於翼型，構型非常乾淨，既有利於雷達波的繞射，也使整個機身成為一個理想的升力體，產生額外升力。
得益於尾部扁平的二元矢量噴管，F-22升力體設計最為完美。
▌F-22側視圖，柳葉型的機身
殲-20其次，美中不足是尾部發動機因為採用了傳統三元噴口，無法收窄，會導致誘導阻力偏大。
▌殲-20乾淨利落的升力體機身構型
T-50則繼承了蘇-27的氣動佈局，設計最為保守，隆起的前機身和吊掛的發動機短艙都破壞了機體表面的連續性，遠遠落後於潮流。
▌T-50側視圖，前機身就像是插在後機身之上，上下表面都不是連續的曲面，對產生升力和隱身都有負面影響
從這個角度看，如今依靠深厚的空氣動力學理論，超級計算機和大規模超音速風洞系統，能設計出超音速升力體戰鬥機的國家僅有中美兩家。
小結：先進的升力體翼身融合設計，為殲-20提供了良好的隱身性能和優秀的超音速升阻比。- 無框整體式座艙蓋 -
殲-20是美國之外第一架採用無框整體座艙蓋的飛機，無框座艙蓋取消了前部隔框，整個座艙蓋就像一滴水珠，呈現近乎360度的無障礙視野，對空中事態感知能力和近距離格鬥是非常有利的。但是無框座艙蓋的製作難度也是非常高的，在此之前，全世界投產的戰鬥機裡只有F-16和F-22採用。
▌F-22座艙蓋
▌F-16座艙蓋（準無框，後邊有加強框，但不影響視野）
現代戰鬥機座艙蓋不是普通防彈玻璃那麼簡單，它必須同時滿足透光率高（先進的達到90%）、（曲面帶來的）光學畸變小、防撞性強（四磅級別的鳥撞不被穿透）、強度高（機身整體的一部分）、重量輕、耐溫性好（2馬赫飛行時，座艙蓋外部溫度可以達到110°；高空低溫環境又得有電加熱除霧除冰功能）等諸多近乎對立的苛刻條件。對於四代機來說還要加上一條隱身性能。
以F-22為例，它的座艙蓋採用了兩種高分子聚合物：環境適應性更好的丙烯酸酯作為內外兩層，抗候性差的聚碳酸酯作為中間夾層，使兩種不同材料的優勢互補。傳統的多層有機玻璃結構採用壓力成型法，一層一層壓在一起，全套工藝耗時長達六週。F-22的座艙蓋由英國GKN航宇公司生產，採用了新型的注射成型法，只需一小時。單一種類有機材料注射成型是很普通的工藝，而兩種不同材料注射成型，還能層次清晰、質量均勻而且強度足夠，這個難度是極大的，F-22一個座艙蓋造價高達28.6萬美元。
殲-20的頭兩架驗證機採用了F-22同樣的全無框整體座艙蓋，一出場就引來了滿堂彩，被認為達到了世界先進水平。而從2011號原型機開始，座艙蓋前部又多了一個加強框，引來議論紛紛，有唱衰全無框座艙蓋質量不過關，不得不補強的；有認為是為了省錢省重量而降低難度的。其實恰恰相反，這個變動正說明我國不但掌握了F-22這樣的全無框技術，而且更進一步，和F-35一起達到了座艙蓋設計的最高水平。
▌2001號驗證機的全無框整體座艙蓋，完全透明，沒有任何覆膜
▌2015號原型機的內框整體座艙蓋，帶有S型爆炸索，也沒有任何覆膜
F-22的座艙蓋有一個相當大的缺陷，就是為了滿足強度要求，無框設計使它的厚度達到了20毫米，重量達到了360磅。因為過於厚重，穿蓋困難，只能採用傳統的拋蓋彈射技術，即彈射前必須先用火箭拋掉座艙蓋，然後再彈射座椅。在四代機追求超音速機動的情況下，遇險時彈射救生的時間窗口越來越小，任何延遲都可能導致彈射失敗。F-22曾發生墜毀事故，就因為艙蓋故障導致飛行員無法成功彈射而喪生。2006年蘭利基地那次著名的鋸艙蓋事件更是現身說法地展示這一缺陷的嚴重性。
▌2006年4月10號，隸屬於蘭利空軍基地的F-22A 03-041號機在起飛準備時發生軟件故障，導致座艙蓋無法打開。在聯繫了製造商洛馬和F-22系統軟件辦公室，進行了各種嘗試之後仍然無法開啟座艙蓋。最終只好由消防隊員用電鋸簡單粗暴地把時值18萬美金的座艙蓋鋸開，救出了被困五小時的飛行員。
要採用整體座艙蓋提高視野範圍，又要保證彈射成功率，最佳方案就是採用無延時的穿蓋彈射方式，在座艙蓋頂部安裝爆破索，啟動彈射的同時引爆小當量裝藥，破壞座艙蓋的完整性，依靠座椅頂部的撞角直接穿蓋而出，縮短反應時間，提高救生成功率。當然穿蓋彈射本身並不是新技術，英國飛機就偏愛這種方式，已經運用了幾十年，但都是有框結構。
美國從F-35開始採用了變厚度的艙蓋設計，在一體化艙蓋內加了一個加強框，框前風擋區域厚度較大，保證強度和防撞能力；框後區域厚度變薄，利於穿蓋彈射。這個加強框位於艙蓋內部，外表面還是連續的有機玻璃表面，沒有傳統隔框在表面的接縫，不影響隱身性。這樣的技術既減輕了重量，又降低了製造難度，延長了使用壽命，一舉多得。殲-20是世界上第二種採用這一技術的戰鬥機。
▌2101號量產型的內框整體座艙蓋，爆炸索排列方式有改變，可以明顯看到帶紫紅色光澤的覆膜
小結：殲-20的座艙蓋設計非常務實，將超音速彈射救生能力和隱身性完美結合，達到了世界最先進水平。- DSI進氣道 -
DSI進氣道中文是“無附面層隔道超音速進氣道”，為洛馬耗費十年時間開發的全新進氣道概念，曾在F-16上進行試驗，並於2000年正式運用在X-35驗證機上。
▌X-35進氣口內側的DSI鼓包
要說清楚DSI，先得講講什麼是附面層。當飛機高速飛行時，靠近機體表面的空氣與蒙皮發生摩擦，因為空氣的粘滯性導致流速降低，而且易產生湍流，流速和方向都變得不穩定。從流速開始下降到機體表面這一段流場發生變化的空氣層就叫附面層。
如果這樣一層動作緩慢又不怎麼守紀律的附面層被吸入進氣道，將影響發動機的進氣效率，嚴重的話會導致發動機葉片失速或者喘震，損壞發動機直至熄火。速度越高，附面層的厚度越大，影響越大。因此從第一代噴氣式戰鬥機開始，飛機設計師就在絞盡腦汁消除附面層的影響，只讓乾淨氣流平順地進入進氣道。
傳統的方法是使用附面層隔板/隔道把附面層和乾淨氣流分離開並釋放，再輔以吸氣措施，把進氣道表面的附面層吸走。在DSI誕生之前，世界上最先進的進氣道設計就是F-22的加萊特進氣道，學名是雙斜切乘波進氣道，利用稜形機頭產生的激波對進入進氣口的氣流減速增壓，從而取消了F-14、F-15那樣複雜的進氣調節系統，同時隱身性能更好。
但F-22的固定進氣道是針對1.6馬赫的巡航速度進行優化設計的，超出這個速度區間時進氣效率下降，得配合尺寸巨大的放氣門進行調節。同時它還帶有相當複雜的附面層隔離和吸排氣旁通系統，附面層隔道形成一個很大的空腔，對正面隱身非常不利。附面層吸氣口和排氣口都需要做隱身處理，既增加了結構重量，減少了機內可用空間，又增加阻力。
▌F-22進氣道的附面層控制系統
▌換個角度，F-22背部的眾多排氣開口
DSI進氣道，用一個三維鼓包代替了所有附面層隔離和吸排氣系統。鼓包作為一個壓縮面，頂部與周邊存在壓力梯度差，當附面層流經鼓包的時候，鼓包頂部的高壓區將附面層推離鼓包，流向鼓包周邊的低壓區，配合位置精心設計的前掠進氣道唇口，將附面層從進氣道兩側合適的位置排出。
▌DSI進氣道流場示意圖，紅色的附面層被鼓包推開，從上下唇口兩側溢出。
DSI沒有任何活動部件，也沒有沉重複雜的隔離/吸排氣系統，大大減輕了結構重量和相應的維護量；迎風面積小，阻力小，對進氣道遮擋隱身性好；總壓恢復係數高，速度適應範圍大，進氣效率至少不差於加萊特進氣道，甚至更好。據洛馬研究測算，採用DSI可以減重300磅以上，對重量錙銖必較的戰鬥機來說這是非常可觀的減重效果。而且進氣道總壓恢復係數提高1% , 可使發動機推力提高1.3%～1.5%，當可用發動機推力不足的時候，進氣道設計上的優化就顯得意義重大了。
原理看上去很簡單，但DSI的技術難度非常大。這個固定鼓包的大小、形狀、位置要考慮到所有速度範圍和仰角變化下的進氣效率，體現了計算流體力學的最高水平，需要大量的高速風洞試驗以及極高的製造精度，金屬材料無法達到加工要求，只能使用複合材料製造。西方國家至今也只有F-35一種飛機採用。晚於F-22近20年出世的T-50仍然採用了俄式的加萊特進氣道，說明俄羅斯並未掌握這一技術。日本、韓國、瑞典等國正在研發的諸如“心神”這樣的準四代機，也根本沒有觸及DSI技術，氣動設計低了不止一個檔次。
而中國在追蹤、借鑑了洛馬的技術概念之後，自行開發，於2006年在梟龍04號機上首先採用了DSI進氣道，從此一發不可收拾，迅速把這一頂尖科技“白菜化”。不但中檔的殲-10B、高端的殲-20、殲-31，連從殲-7大改而來最低檔的JL9“山鷹”改高教機都採用了DSI。有腹部進氣的、有兩側進氣的、有隱形的、有簡易的，成飛、沈飛、貴飛都在用，說明我們已經透徹地掌握了這門技術，達到爐火純青的境界。
▌四種國產DSI戰鬥機進氣道細節
殲-20是成飛設計的第三型採用DSI的戰鬥機，從某種意義上講成飛的DSI實施經驗要超過洛馬，世界第一。之前的所有DSI進氣道，包括F-35，鼓包都位於進氣道的中央，左右形狀對稱。殲-20的鼓包則是不對稱的，位置偏上，而且前端比其它任何DSI鼓包都顯得更加尖銳，高速性能更好，當然空氣動力學的設計也更加複雜。
▌殲-20首架驗證機2001號進氣道細節，從2011號原型機開始進氣道上唇和鼓包又有變化
從梟龍到F-35，DSI進氣道給人的感覺就是高速性能不佳。很多國內的分析文章聲稱殲-20的進氣道採用了側壁可調的設計，或者是上唇可以像F-15那樣下垂，以滿足不同速度的進氣要求。甚至有人猜測鼓包本身是柔性的，可以在空氣壓力下產生柔性形變。到目前為止網上所有圖片都沒有近距離拍到過殲-20進氣道內部的細節，無法判斷是否採用了可調部件。從下圖可以看出，殲-20的鼓包和進氣道側壁唇口採用了與機身金屬蒙皮不同的複合材料，顏色更淡，近似於雷達罩的顏色。但是從這就判定這兩個部件能活動或者變形還是過於武斷了。
南航2005年一篇關於殲-10B原型機進氣道的公開論文顯示，其固定DSI進氣道的總壓恢復係數在1.8-2.0馬赫時均優於採用傳統二元三波系進氣道的F-4D，僅略低於採用二元四波系進氣道的F-15。如今11年過去了，成飛的DSI技術肯定更上一層樓，有理由相信殲-20的固定DSI進氣道足以適應從亞音速到2倍音速的寬廣範圍。而鼓包和唇口採用複合材料，除了製造工藝要求，更主要的原因是為了隱身，採用了吸波或者透波材料。
下圖兩個紅圈是兩個六邊形的窗口，表面為蜂窩狀的小開口，從位置和尺寸上分析是進氣道的進/排氣門，用於調節不同速度狀態下的進氣量。這兩個開口和F-22機背上那兩個巨大的放氣門比起來小巧很多，位置也更靠近進氣道，旁通管道佔用空間小，進排氣效率高。
▌殲-20前機身特寫，DSI鼓包為淺顏色，十分明顯。
小結：殲-20的DSI進氣道在保證進氣效率同時，減輕了結構重量，增強了隱身性能，降低了迎風阻力。花了這麼多筆墨來說DSI，就是為了說明殲-20的進氣道系統是目前世界上已知戰鬥機中最先進的- 看完如果喜歡就點個關注吧哈~
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