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标 题: 离子鱼发文质疑J20：辉煌背后的隐忧
发信站: BBS 未名空间站 (Mon Jun 20 12:04:03 2011, 美东)
本帖最后由 lizyu 于 2011-6-18 17:15 编辑
辉煌背后的隐忧
——从气动设计的问题看中国四代战斗机的技术和改进前景
中国四代机的外形特点
被媒体称为歼-20的中国第四代战斗机，在1月11日成功的完成了首次飞行，这次飞行成
功意味着四代机项目实现了阶段性的成功。作为中国航空工业和国防系统集体力量的结
果，四代机的首飞不仅仅代表着中国航空技术上的跨越，也意味着中国在战斗机设计水
平上达到了新的高度。
中国航空系统在20年前还忙着使二代机改进型实用化，本世纪初还在发展新的歼-7和歼
-8改进型，到现在有能力依靠自己的力量设计出第四代战斗机，这样的技术进步在世界
范围内也较为迅速。歼-20的公开是中国航空科研的里程碑，但在为取得的辉煌成绩欣
喜的同时，对歼-20整体设计上可能存在的不足和弱点进行了解，可以更全面的了解中
国先进战斗机设计能力。
国外同类机型的性能和技术特点
四代机的实体机是以YF-22/23为开端。拥有强大航空技术基础和科研能力的美国，在四
代机研制上实现突破后，很快就开始将新技术扩展应用到了更大的范围。F-22成为目前
世界上战斗力最强的战斗机，接近装备状态的F-35不但在生产规模上更有潜力，还实现
了飞机设计师曾经梦寐以求的真正的通用化“一机多型”。俄罗斯在继承前苏联航空技
术遗产后，经过米格1.44、S37和I2000的几次努力和波折，也完成以T-50为代表的较先
进的换代机型。日本、韩国、印度等国家或独立、或联合，也提出了N个四代战斗机方
案，但中国却是真正拿出四代可飞行样机的第三个国家。
四代机的外形设计是隐身技术要求的直接体现。根据国外已经完成的同类飞机和设计方
案，四代机的外形设计已经形成了基本公认的原则。四代机的机体设计普遍采用多弧边
的多边形，机身和翼面线条连续无间断和空隙，机体外形尽可能避免出现明显的折边和
锐角。水平翼面的前、后缘角度尽可能保持一致，对翼面上的开口和接逢部分进行细致
的处理。机体和翼面上的开口集中，边缘多采用折边或锯齿形，避免在迎头方向上形成
连续的直线或明显的孔洞。发动机的喷口基本被两侧机体结构遮蔽，喷口处采用带尖角
的低信号特征技术措施。
横行对比四代机的不足之处
四代战斗机的公开是中国航空技术发展的重要成就。先进战斗机的技术突破促进了整体
技术的发展，但从目前四代机照片上看到的气动设计特点，结合第四代战斗机设计的基
本途径，还是可以发现中国四代战斗机设计上的不足之处。
世界上已经出现的每种战斗机的设计都不是十全十美，即使是F-22也可以找到设计技术
上的不足，这是因为航空设计本身就是个妥协和平衡的产物，现有的航空技术条件并不
能做到面面俱到，真正无缺点的完美设计至少在目前还不可能存在。中国四代机的设计
已经达到了很高的水平，但在为此欣喜的同时，分析新机设计上存在的不足，更有利于
清晰把握中国四代机的设计条件和任务要求。
歼-20采用鸭式布局是与国外其他机型的最大差别。美国和俄罗斯的换代战斗机都考虑
过鸭式布局，甚至在大部分项目中将鸭式布局作为首选气动方案，但在实用型号的设计
上却都放弃了鸭翼的气动布局，T-50的鸭翼也最终蜕化成了中等后掠角边条的可动前缘
。歼-20采用鸭式布局设计是反“传统”的，虽然现在还无法切实了解歼-20的具体设计
细节，但通过已经公开的照片和航空基本气动试验经验，已经可以对歼-20可能存在的
不足进行简单的分析，这些不足在飞机整体设计上肯定已经进行过考虑，但在横向对比
的基础上，也许可以把握歼-20后续改进的脉络。
隐身性能受气动限制
歼-20是现有四代机中唯一采用鸭式气动布局，也是唯一的一型采用上反鸭翼的正样机
型。按照飞机外形隐身技术应用效果分析，鸭式布局确实不如常规尾翼式布局。如果以
水平翼面零角度的理论模型方式进行对比分析，当照射飞机的雷达入射方向为飞机正迎
头时，常规布局战斗机的水平尾翼与机翼重叠，尾翼的厚度和展向长度远小于机翼，机
翼可以为尾翼遮蔽正向的雷达照射信号。鸭式布局的俯仰控制面安装位置在机翼之前，
即使采用同水平面和安装角度的翼面布置方式，前翼在雷达照射方向上是与机翼完全独
立的翼面，小尺寸的前翼基本无法削弱机翼的雷达信号反射强度。如果将常规布局时的
翼面雷达反射设为1，必须同时计算前翼和主翼反射的鸭式布局则会成为1+。鸭式布局
的前翼和常规布局的尾翼在偏转气动控制时，翼面偏转后会产生复杂的雷达信号反射条
件。对正向雷达信号，常规布局的翼面完全暴露，但翼根安装位置和部分翼面会受到机
翼的遮蔽，鸭式布局的整个翼面都是暴露面积，前翼根处的安装面也直接暴露在机翼的
前方，应用同样雷达隐身技术的条件下，水平前翼的雷达反射强度明显大于水平尾翼。
雷达照射方向如果与飞机轴线存在一个角度，常规布局的部分尾翼面积会受到机翼的遮
蔽，机翼雷达反射面积（不考虑折射消耗）是在总面积上做减法，鸭式布局的前翼在任
何角度都在机翼之前，无论雷达照射的角度是多少，前翼和主翼都要成为各自独立的雷
达反射面积。
常规布局的四代机采用的都是同高度水平翼面设计，同样安装角度的机翼和平尾在一个
平面上，平尾的前端尖角还会与机翼内侧襟翼的切口空间重叠。F-22开创的常规布局的
尾翼设计已经成为了标准，虽然尾翼偏转时会增加雷达反射强度，但F-22/35的尾翼转
轴在喷管附近，平尾80%以上的面积是伸展在发动机喷口后方，转轴只需要旋转很小角
度就可以形成较大面积的翼面偏转。T-50的平尾位置虽然相对F-22要靠前很多，但平尾
转轴同样是类似F-22那样的前置安装方式。采用后置平尾安装方式的F-22，在平尾进行
大角度偏转时，厚度较大的机翼在迎头方向可遮挡平尾转轴和部分翼面，增加雷达反射
强度的只有平尾内侧前端很小部分的楔形面，暴露面积小就意味着雷达反射信号处理难
度低，采用与机翼前缘襟翼类似的处理方式就可以有效解决问题，鸭式布局显然无法利
用这种行之有效的技术措施。
隐身战斗机翼面设计中需要考虑机动飞行的要求，翼形和翼载荷与低信号特征要求之间
要取得平衡，根据隐身技术发展的基本规律，机翼与尾/前翼的前、后缘采用相同的角
度，最有利于飞机翼面雷达信号的隐身处理。常规布局的尾翼尺寸和外形设计灵活性比
较高，翼形、翼面积和相对位置受到的限制不大，有利于按照隐身设计的原则进行整体
气动翼面设计。前翼布局的作用是提供配平升力和利用涡的有利干扰，但前翼的设置必
须考虑到涡的积极干扰效果，前翼下洗流和涡的作用效果与主翼位置的关系很大。按照
目前航空气动设计的基本原理，鸭式布局的前翼与主翼的相对位置和尺寸要求非常严格
，气动效果与隐身的低信号设计之间存在难以协调的矛盾。美国在四代机设计上广泛研
究了鸭式布局，目的就是想利用鸭式布局的高升力特点，但ATF和JSF的最终方案都选择
了常规布局。苏联时代的五代机也以鸭式布局为起点，但从米格1.44的鸭式到S37的三
翼面，发展到最后的T-50时又恢复成了常规布局，原本利用前翼的气动意图已经退化成
了边条前方的襟翼。鸭式布局在气动上的特点是很有吸引力的，美国和苏联在新机研制
上也很重视鸭式布局的优点，但在实用机型的最终气动设计过程中，鸭式布局总体协调
的困难最终阻止了实用化的进展，美国和俄罗斯用行动证明了在鸭式布局的先进性与缺
陷之间的最终选择。
中国的四代机采用了纯粹的鸭式布局设计，为了满足前翼涡对主翼升力的积极作用，新
机的前翼和主翼采用了不同的反角。新机的翼面设计虽然实现了气动上的积极效果，但
上反的前翼和下反的主翼，使飞机水平翼面在雷达反射上完全无法互相遮挡，上反前翼
的气动贡献在隐身方面要付出相当大的代价。缩小前翼的面积可以降低雷达信号反射强
度，但是鸭式布局的前翼不仅仅是配平面，而是要利用前翼对机翼的有利干扰作用，从
气动角度就严格限制了前翼布局的前翼尺寸和翼形。新机的前翼只在前缘后掠角上与机
翼达到了一致，后缘角度则存在非常明显的差异，况且新机为了满足鸭式布局的气动效
果，上反前翼和后方边条还进一步恶化了飞机的翼面隐身性能。中国四代机的雷达反射
标准虽然无法判断，但水平翼面无法遮蔽又存在不同安装角度，使水平翼面在雷达信号
强度上一加一最终要大于二。
鸭翼在隐身飞机设计上的消极影响是存在的，虽然隐身性能是很多不同技术措施应用后
的综合效果，但每一个单项的效果都直接制约了整体效果的完整性。鸭式布局的翼面隐
身设计并无特殊之处，但独立的前翼完全暴露在雷达信号面前，在同样应用环境下的雷
达反射强度要比常规布局高。鸭式布局飞机的翼面设计要受很多因素的牵制，鸭翼不仅
本身相比平尾是个强反射源，鸭翼形成的折射和绕射对飞机其他部分的影响也很大，单
纯作用于鸭翼的低信号措施并不能真正解决整体设计的问题。鸭翼对隐身性能最根本的
影响并不在翼面本身，而是无法遮蔽的机体固定安装面，以及鸭翼本身对飞机其他部分
的连带影响。单纯从技术上解决鸭翼雷达反射问题并不困难，困难的是将这个翼面综合
到整个飞机的隐身气动设计中，从CALF到JSF上的一系列鸭式布局方案的失败，可以看
出前翼在隐身设计上存在的巨大技术困难。J-20首先按照验证机的标准进行设计和实践
考验，气动布局的不确定因素是飞机设计必须首先解决的问题，毕竟J-20在四代机中选
择了从没实用过的气动布局，鸭翼的隐身的实际影响需要通过实践才能够最终确定。
鸭翼布局隐身飞机的翼面设计本来就是隐身设计的难点，国外和国内都没有真正有效的
解决方式。现在很多乐观的观点在谈到前翼隐身问题的时候，大都用什么“隐身飞机需
要解决很多问题，鸭翼只是其中的一个而已”，或者将其寄托在有什么“神奇”的解决
技术上，这种理想状态的“解决”方法显然不具备实际的意义。很多关于歼-20翼面布
局可能影响隐身性能的讨论中，乐观者往往用设计师肯定会有解决办法作为依据，如果
这样的乐观主义能够代替现实，那俄罗斯T-50采用直通进气道的问题，是不是可以用俄
罗斯设计师经验更丰富来“解决”呢？事实显然不会是这个样子的，飞机隐身性能确实
是个整体，但这个整体却是由多个部分组成的，任何一个部分的问题都会导致整体的破
坏。F117早期试验时，就曾经因为标准件紧固不到位导致整机低信号特征的破坏，可见
千里之堤也会溃于蚁穴。歼 -20的翼面设计是整体性能的综合考虑结果，飞行性能和隐
身性能之间必然有个平衡点，没必要在隐身评价因前翼和边条的存在就如临深渊，但也
不要以主观的想法就漠视这个问题的存在，“掩耳盗铃”式的主观主义自然更没有价值。
机翼面积受到限制
鸭式布局的战斗机大都采用的是三角翼，应用三角翼不但可以更好的利用前翼的涡效应
，还可以利用这个翼形保持较好的结构强度和降低翼载荷。四代机的高性能与翼载荷有
密切的关系，虽然翼身融合设计可以增加可用升力的机体面积，但机翼的外露面积仍然
是飞机升力性能的基础。现代战斗机设计上虽然应用了增升装置和翼身融合，但机翼面
积对飞行性能仍然有着决定性的价值，F-22保持了F-15延续下来的高推比和低翼载的特
点，大面积的蝶形翼提供了出色的翼载荷。T- 50更是将增加翼面积的条件发挥到了极
限，机翼面积占整个飞机投影的比例接近飞翼布局，在战斗机中这样高的翼面积设计也
是空前的。中国四代机的鸭式布局设计中，为了能够利用前翼对主翼的积极干扰，综合
前翼和边条的效果，前翼和主翼之间的边条使翼面间存在较大的间距。四代机的机体长
度虽然达到了堪称可观的标准，但从照片看，机翼的内侧弦长只有机身长度的40%左右
。机翼内侧弦长限制了机翼的轴向长度，三角翼的前缘后掠角又限制了展向长度，综合
作用的结果就是四代机的外露翼面积比例过小，较高的单位翼载荷对飞行性能会产生不
利的影响。歼-20的机翼面积与两个型号相比，在单位翼载荷和相对面积上都存在明显
的差距。宽阔的机体虽然也可以产生部分升力，但小迎角时机体升力的效果和作用远不
如机翼，对飞机在复杂机动动作时的作用也无法和机翼相比。
歼-20的机翼的面积并不小，只是在综合了前机身的尺寸和整体条件后，四代的翼面积
就显得远不够充裕。歼-20的机翼面积受到气动设计的制约，再增加翼面积几乎是不可
能的，翼载荷这个有关飞行性能的问题必须慎重考虑。中国航空工业在飞机动力性能方
面不如美、俄，和美、俄同类机型拼飞机动力性能的成功几率太低，按照现在四代机的
气动设计特点估计，四代机应该会采用角度空战作为格斗空战的基本形式，在大迎角状
态下发挥鸭翼布局的高升力气动效果。歼-20在翼面设计上受到整体气动布局的限制，
机翼面积远不如常规鸭式布局，为了弥补翼面积不足的问题，飞机采用了上反前翼和机
翼边条综合作用方式，利用前翼和边条的涡升力效应，在大迎角状态下提供飞机翼面更
加有利的升力性能。歼-20增升措施应用对飞机性能有积极作用，但鸭翼和边条双作用
的结果是增加了一对翼面，这两组外形差异很大的翼面又各自独立，翼面布局的复杂性
对飞机雷达隐身性能的影响非常明显。歼-20机翼布局限制了主翼的弦长和后掠角，机
翼面积受限必然要求采用更多增升措施，复合翼面增升的应用改善了飞机的升力性能，
高升力措施反过来又削弱了翼面的雷达低信号效果，当没有两全其美的解决方式之前，
歼-20的翼面设计只能在这些矛盾中追求最有利的平衡。
机体尺寸和重量过大
新机的照片公开后，尺寸问题受到了广泛的关注，很多人都在根据新机旁边的参照物来
计算机体尺寸。新机目前还缺乏有参照对比物体的正向视图，仅按照目前公开的照片上
的资料估算，新机的机体长度大概在20~21米，翼展在13~14.5米左右，机体尺寸在现有
四（五）代机中算是个大个子。歼-20采用了与F- 35类似的DSI进气道。DSI进气道是全
固定结构的超音速进气道，高速飞行时要依靠进气道中央的机体隆起，将机身侧面的附
面层推离进气道管道。相比 CARET带排气的多边斜角唇口设计方式，DSI进气道的侧面
尺寸要受到隆起部分气流效能的限制。同样面积的进气道，CARET可以设置成宽扁的四
边形，DSI则必须采用横向窄而高度大的四边形。在同样的进气道截面条件下，F-22的
CARET可以使机体横向扁宽，单发的F-35也能够设置截面较小的进气道，但单通道进气
量大的歼-20的机体正面投影，则显得比F-35甚至F-22更为敦实。
四代机的雷达和飞行员座舱尺寸应该是限制机体的基本标准，但中国四代新机采用了大
推力的发动机，每台发动机的进气量已经接近F-35的动力系统。双发战斗机的进气设计
需要保证发动机独立工作需要，每台发动机都要有独立的进气道，DSI结构的进气道宽
度要受到机体突起的影响，当进气道宽度一定时，增加进气道截面就只能增加垂直向的
长度。新机两侧进气道的S型喉道和并列双发动机布局，以及上单翼的翼面结构特点，
使新机的正面投影面积非常大，机头和前机身的截面远大于F-22和T-50这两个型号，整
体修形又使这个趋势保持到了机尾部分，明显大于发动机外廓尺寸的后机体和巨大的双
尾撑，都证明新机的机体尺寸之巨大。歼-20的整体布局中，机体不但长度比较大，而
且在截面尺寸上也比较高，也就是说歼-20的机体设计的又长又粗，结果就是飞机需要
将更大的重量投入在维持机体结构上。
现代战斗机的高性能和完善战斗力要求，对飞机的尺寸和重量都有很大的压力，传统来
说，飞机战斗力越完善则飞机的尺寸和重量就越大。按照现有技术条件进行估算，新机
的尺寸和重量与苏-27类似，属于典型意义上的四代双发重型全天候战斗机。战斗机的
尺寸增大是战斗力完善的基本代表，但大尺寸却未必是技术先进性的代表。战斗机体积
一方面与飞机的性能要求和设备条件相关，同样也受飞机与成品的设计和生产条件影响
，虽说增大尺寸和体积是新型战斗机的基本趋势，但在达到同样技术和战术性能要求的
前提下，尺寸和重量越小则意味着飞机设计和应用技术水平越高。
国外先进隐身战斗机的小型化设计水平非常出色。美国F-22的体积和重量要比F-15增加
很多，但是在去掉与内部弹舱相关的结构空间后，F-22的结构设计水平和重量控制比F-
15更优秀。俄罗斯T-50增加了内部弹舱结构，改善了飞机的强度和飞行性能，但T-50的
尺寸和重量都要明显小于上一代的苏 -27。F-22和T-50这些四（五）代机的尺寸和重量
控制非常严格，有利于新型战斗机的动力性能和飞行性能的提高，即使是采用与三代同
规格战斗机同样的动力系统，换代机的综合飞行性能都可以得到明显的改善。中国新机
的尺寸看起来比T-50和F-22要大的多，在现有航空结构和材料技术水平的制约下，新机
的结构重量估计将明显超过F-22和T-50，笔者个人估计新机的基本空重至少要达到15吨
的等级。
大尺寸的机体有利于增加内部载油量和设置弹舱，但是对于先进战斗机，基本重量与飞
机的推比和飞行性能有着直接的关系。有的观点认为，可以依靠发动机增推来改善重量
问题。表面看起来这个观点有一定的道路，但先进航空发动机恰恰是中国航空技术上的
软肋，与美国和俄罗斯拼发动机性能的成功率实在不高。中国航空动力系统在成品性能
和技术方面不如美、俄，新机公开时还是使用俄罗斯的AL-31FN发动机。歼-20比国外同
类机型更大的体积和重量，对配套航空动力系统的性能指标会造成很大压力。按照新机
的气动设计和尺寸规格估计，新机在动力性能方面的压力远比F-22和T-50大，即使新机
发动机推力可以达到了 117S的标准，整机推重比也难以达到使用同样发动机的T-50的
标准。
依靠飞机气动设计是不是可以解决重量问题呢？我们可以用第三代的F-15和苏-27作为
对比的依据。苏-27在机体结构和气动设计水平上要比F-15好，但外形尺寸过大的问题
和重量因素，却限制了飞机动力性能和先进气动设计的充分发挥，结果就是苏-27的重
量成为了整体性能上的软肋，更好的结构和气动设计并没有为苏-27带来相应的优势。
中国四代的大尺寸也存在类似苏-27相对F-15的问题，况且，四代的气动和结构设计与F
-22横向对比，却未必能够获得当初苏-27相对F-15那样的优势。
降低飞机基本重量是提高性能的最直接的方法。当发动机性能一定时，飞机尺寸越小、
重量越低，飞行性能就越出色。现代航空技术在结构优化上的效果比较显著，如F-22的
基本重量就比YF-22降低了4500千克，但这个成绩的很大部分是靠缩短机体和部件尺寸
取得。中国四代机的尺寸本来就已经够大了，维持外形尺寸和强度的结构重量优化潜力
非常有限，无论怎样的改进都难以抵消外形尺寸对重量的影响。中国四代机的后续发展
会在减重上下很大工夫，但基础设计如果没有得到革命性的变化，重量问题将会成为歼
-20在性能上面对的最大软肋。
改进发展潜力受气动布局的限制
F-22这样常规的气动布局的改进潜力比较突出，如曾经提出过的FB-22战斗轰炸机项目
，就可以利用大三角翼实现大载荷航程。中国四代机的鸭式布局是整体设计的基础，而
鸭式布局的前翼和机翼面积、位置都有严格的要求，移动位置或改变翼面尺寸对气动影
响很大，很难在后续改进发展上对基本设计进行大的变动，在气动和结构改进潜力上无
法与常规布局相比。
歼-20的气动外形基本遵循了四代……同类实用机型中最多也最复杂的。现代航空隐身
技术的方式和效果差异不大，不同国家采用类似技术的隐身措施的收益也基本相同，按
照航空技术发展的基本规律看，四代机的设计越复杂，在技术上保证整体隐身性能就越
困难。
歼-20采用鸭式布局是为了适应设计单位的技术优势，从设计性能方面估计，歼-20应该
具备比较好的空战和拦截性能，在……击和突防任务，同时存在体积大和成本高的不利
因素，技术性能和成本控制方面都不适合发展成多用途战斗机。
（下略）
http://lt.cjdby.net/thread-1167585-1-1.html |
d*****g
发帖数: 1616 | 2 反高铁的终于有同道了，呵呵。
【在 d*****g 的大作中提到】
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: 本帖最后由 lizyu 于 2011-6-18 17:15 编辑
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l******t
发帖数: 55733 | 3 先论证一下这SB是专家吗？再查查是不是和那个周X民一样被打击夹私货 |
D****u
发帖数: 3217 | 4 翊
【在 l******t 的大作中提到】
: 先论证一下这SB是专家吗？再查查是不是和那个周X民一样被打击夹私货
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f******i
发帖数: 4647 | 5 中国还是不行
【在 d*****g 的大作中提到】
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