殲20為啥還不裝F22那樣的噴管？

作者：候知健

在超聲速狀態下，飛機有38-50%甚至更高比例的阻力都來自於飛機的尾部。為了針對後機身進行氣動外形上的減阻，大幅度減小超聲速巡航飛行的阻力，F22採用了與全機設計一體化的兩元矢量推力系統，並取得了阻力與隱身上的極好效果。

兩元矢量推力為F22減阻的效果來自兩個方面，第一個方面是俄式飛機慣用的軸對稱矢量噴管也能做到的。飛機在進入超聲速狀態以後，隨著氣動中心的後移和阻力的增加，平尾等氣動面會出現控制阻力加大、控制能力反而降低等一系列問題。通過矢量推力分擔平尾的工作，大大減小平尾的偏轉幅度，F22在維持超聲速飛行平衡時能夠極大的減小控制方面的阻力。

F22機身後減阻是迄今為止戰鬥機設計不可逾越的巔峰

而第二個效果則是F22所獨有的：F22機身採用了兩頭尖的超聲速翼型剖面，整個機身側面的形狀就是巨大的超音速機翼，形成極低阻力的超音速升力體布局；而這其中如何給尾部收尖，對整個設計的性能指標有著至關重要的影響。而兩元矢量推力噴口的使用，使F22尾部流暢的將截面積縮減到了最小。

因此F22採用的兩元矢量推力，看似笨重很多而且推力損失大不少，比起軸對稱噴管又在超機動控制上能力欠缺；但是它通過改善戰鬥機的總體阻力與信號特徵，實際上獲得的性能收益是軸對稱噴管完全不能相比的。

圖片：F15S/MTD，先後換裝兩元矢量噴管和軸對稱矢量噴管進行對比性能試飛，毛子那點矢量推力的玩意，全都是美國人玩膩了看不上的

既然阻力與隱身上優勢如此明顯，為何中俄的飛機不採用？答案就一個：做不出那個水平。四代機由於強調超巡，發動機噴流的特性是雙高——高溫、高速；軸對稱噴管的圓形截面受力不僅均勻，而且承受的熱載荷和力載荷也小。而方形截面不可避免會遭遇受熱、受力的高度不均勻，沒有輕質且高強度又極耐高溫的材料，根本應對不了這樣的苛刻的工作環境。

以F22為例，它噴管承力結構的鈦合金材料就是專門研製的。在F22之前，鈦合金的極限工作溫度從350度一直提升到600度，但都無法克服高溫自燃（鈦的化學性質在高溫下非常活躍，所謂耐高溫只是相對鋁合金來說）的問題。而F22上採用的Alloy C高溫阻燃鈦合金（牌號Tidyne 3515，基本成分50%鈦、35%釩、15%鉻），在激光器的點燃測試中，燃點比三代戰鬥機用的常規鈦合金高出500度。

圖片：材料不行，工程能力也追不上美國人，結果做出來的兩元矢量噴管根本無法控制住體積和重量，畫虎不成反類犬

中國和俄羅斯，都在美國Alloy c系列合金的公開資料基礎上，開發了自己類似性能的阻燃鈦合金，比如中國版Alloy c就叫做TI40。但是由於基本功不紮實——比如對鈦合金燃燒的原理研究不夠深入系統，國內在TI40的應用上至今達不到實用水平。根據2014年航空材料學報的公開論文，我國將TI40首先應用在工作溫度較低的發動機壓氣機機匣，待型號成功後再逐步推廣應用到其它部位——很顯然這只能是渦扇15了。

殲20現在用的還是沒有矢量噴管的AL31發動機

另一方面Alloy c系列合金本身，也無法直接抵禦發動機燃氣的衝擊燒蝕，因此它需要一個熱屏障來隔離燃氣。美國採用的是以碳化硅纖維為基礎開發的複合陶瓷材料，以獲得耐高溫、高強度、高韌性抗衝擊性能。而在這一方面，我國和美國相比差距更大——阻燃鈦合金至少造的出來，好不好用兩說；而碳化硅增韌陶瓷，起碼高性能碳化硅纖維我國目前極度依賴進口而又被國際社會所禁運。

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