殲-20只有羨慕的份,發動機讓F-22最出色,美軍自己都用不起

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F-22戰鬥機在2005年正式服役時,全面定義了第五代戰鬥機的“4S”標準,那就是隱身、超音速巡航、超機動性、超級態勢感知,結合AIM-120主動雷達制導空空導彈之後,該機成為當時全球最先進的空中優勢戰鬥機。

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為了在空戰中獲得優勢,F-22在設計上毫不妥協,該機的全向隱身能力至今仍是全球4種五代機中表現最出色,這全虧了該機的矩形2D矢量噴管對後向隱身做出的貢獻。

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與殲-20、蘇-57、F-35相比,F-22是唯一採用矩形矢量噴管設計的隱身戰鬥機;但美國也為此付出巨大代價,由於高昂的研發與製造成本F-22的最終產量僅為195架。

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雖然F-22戰鬥機這種尾噴管沉重昂貴且具有不小的推力損失,但對於五代機來說,至今仍是提供完善後向隱身性能的唯一設計。

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F-22的尾噴管由兩側固定側壁和上下可偏轉偏流擋板組成,兩塊擋板同向偏轉就能實現發動機噴流方向的上下變化,反向偏轉就能實現噴管的收斂-擴散運動。

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但是噴流從加力燃燒室的圓形截面過渡到尾噴管的矩形截面,以及擋板縫隙間的漏氣,會存在一定推力損失,同時保證噴管不變形,側壁和擋板要做的非常厚重;不過這導致F-22的整體重量和成本上升。

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但這種矩形2D矢量噴管對隱身和整體減阻仍有巨大好處,設計上矩形噴管呈扁平狀,與傳統圓形噴管相比能更完美融入後機身的隱身外形設計,再加上偏流擋板後緣採用邊緣導向設計,與機身邊緣齊平,降低了雷達特徵。

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其次扁平噴管有利於後機身進行面積律修形,降低了跨音速和超音速阻力保證飛機的超音速巡航;與F-22相比,F-35圓形尾噴管雖採用隱身鋸齒設計,但雷達仍會將這種噴管視為彎曲的連續表面,從而產生鏡面反射。

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事實上,F-35的鋸齒尾噴管只有在很窄的雷達頻率範圍才能起到後向隱身效果,頻率範圍遠沒F-22來的寬;之所以出現這種情況是因為F-35在隱身設計理念上專注於前半球隱身,在後向隱身上並沒付出太大代價,殲-20也是同理。

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除了尾噴管外,F-22的F119發動機在自身的後向隱身設計上也動了一番腦筋,這種發動機將加力燃燒室噴油嘴與雷達屏障結合在一起,完全遮蔽了高速旋轉的渦輪葉片,避免被從尾噴管入射的雷達波照射後產生強烈反射。

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這種獨特設計被F-35的F135所繼承,但由於會造成一定推力損失,所以至今也沒有看到類似設計。由此可見,無論是矩形2D矢量噴管還是發動機雷達屏障都存在推力損失問題,想要完美隱身,發動機推力夠大才行。作者:阿姆斯壯


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