殲-20到底用了什麼發動機？

【文/ 觀察者網專欄作者 晨楓】

殲-20是個謎。殲-20的外形已經不是謎了，但即使殲-20已經在珠海和沙場閱兵上公開飛行，中國軍方對殲-20的關鍵參數、關鍵系統依然守口如瓶。在眾多的謎中，殲-20最大的謎之一無疑是殲-20的發動機。除了殲-20使用兩台發動機，到現在為止，所有其他信息都是推測。除了語焉不詳、怎麼解釋都可以的隻言片語，官方是一點有用的消息都沒有，網上則是什麼消息都有。但除非有人站出來，宣布奉旨「官泄」，網上再「權威」的消息依然只能當作推測。

殲-20的發動機大體有幾種猜測：

1、俄羅斯AL-31，有可能是增推的M1或者M2而不是基本型

2、渦扇-10B「太行」

3、增推的渦扇-10IPE（IPE應為Improved Performance Engine的縮寫，也就是改進型）

4、渦扇-15

AL-31是蘇-27系列的發動機，已經有多種改型。為殲-10B研製的Series 3的加力推力已經從基本型的123kN增加到134.3kN。為新版蘇-30、蘇-34研製的M1也是135kN，但最新的M2則增加到145kN。蘇-35和蘇-57的AL-41也與AL-31有淵源，有時直接成為AL-31-117或者-117S，推力在142-147kN級。蘇-57的目標發動機則是「項目30」，這是全新設計的，加力推力應該達到178kN。

應該指出，AL-31的各種亞型從型號名稱到推力數據多有混亂，這裡的數據只是一家之言。

瀋陽黎明的渦扇-10B「太行」的研發一波三折，但由於研發時間較晚，反而有條件採用一些典型第四代戰鬥機渦扇發動機才使用的先進技術，如對轉的高低壓渦輪和高達1800K的渦輪前溫度，涵道比也達到0.78，高於AL-31F的0.59和普拉特-惠特尼F100-220的0.63，與通用電氣F110-129的0.76相當。

在2014年珠海航展上，廠家透露渦扇-10的推力在12000-14000公斤（122-138kN），最好的型號達到14000公斤。122kN與AF31基本型推力相同，122kN和138kN可能是基本型與增推型的差別。增推型的生產狀態還不清楚，也不清楚這是否就是IPE。

如果比照AL-31，從基本型到M2，推力增幅為18%；比照F100，從-100的106.4kN增加到-229的129.7，增幅為22%。考慮到渦扇-10的設計採用了一些實際上是下一代的設計，增推潛力應該至少不低於AL-31和F100。取兩者的平均，也就是20%，那渦扇-10IPE的加力推力最終可能達到146kN級。

這當然是樂觀的估計。AL-31用了30年才達到18%的增推，F100也用了17年。如果不是蘇聯瓦解後的極端經濟困難，AL-31的增推可能用不了30年，但十幾年應該還是要的。F100是普拉特-惠特尼的第二代戰鬥機渦扇，此前已經通過TF30（用於F-111和F-14）積累了大量研發和使用經驗，這是黎明不具備的。但黎明也有後發優勢。考慮到渦扇-10B大批使用到現在還不到10年，渦扇-10IPE要達到146kN級的推力，可能還是需要一點時日。

渦扇-15的一切都還是個謎。有說法軍推達到110kN左右，加力推力達到180kN（一說197kN），在2005年已經進行過台架試驗，在2009年已經達到160kN的推力，推重比達到9（最終目標10-11）。但這都只是外界傳說，無法確認。渦扇-15的研發進度和生產狀態更是保密的。一般認為，渦扇-15將成為殲-20的目標發動機。

殲-20的起飛重量現在只有各方推測，但一般認為，殲-20具有超巡和超機動能力。超巡需要在軍推下達到M1.5一級的速度，勉強超過音速是沒有意義的。作為比照，F-22的正常起飛重量為29400公斤，戰鬥機的軍推推重比為0.8。

對於五代機，一些硬指標需求是一致的，F-22的硬指標可以作為殲-20的指標推測來源

軍推推重比0.8左右是必要的。F-104的加力推重比為0.76，米格-21為0.81。這些50年代的戰鬥機只有在加力狀態下才能達到超音速。為了達到M2的速度，把減阻做到了極致，代價是機動性。F-22、殲-20這樣的新一代戰鬥機需要優秀的機動性，在減阻方面不可能那麼極端（但依然比以阻力換機動性的第三代戰鬥機如F-15、蘇-27的超音速阻力顯著降低），相應地推重比需要高一點，或者超巡速度降低一點才行。

殲-20的超巡能力不得而知。阻力在接近音速時急劇提高，但跨過音速後，反而降低，因此有跨越音障的說法。有報導說早期殲-20在成都上空曾多次造成音爆，這是超音速飛行的特徵。

超音速產生的音爆不僅擾民，而且可能造成玻璃破碎、物件震落，嚴重的情況可以造成身體不適。這是從50年代就知道的事情，也因此一般禁止在城市或者人煙密集地區上空做超音速飛行。成飛的試飛員不可能不知掉這一點，殲-20的超音速能力也不是應該在城市或者人煙密集地區證明的事情。

最可能的原因就是相對於現有發動機（一般認為早期殲-20用AL-31作為動力）的推力，殲-20的跨音速阻力出乎意料地低，試飛員在無意之間就突破了音障，造成了音爆。如果屬實，這是殲-20超巡能力的間接證據。

有人根據珠海視頻推斷，殲-20已經實現了軍推垂爬，因此達到1.0以上的軍推推重比，由此推斷殲-20不可能採用除渦扇-15之外的任何發動機，因為AL-31和渦扇-10不可能達到那樣的軍推推力。

視頻是很不可靠的。在沒有儀器測量或者地物參照的情況下，單靠單一視角的視頻是難以判斷戰鬥機是否在垂直爬升。戰鬥機是可以藉助水平速度躍升的，這就是中學物理中動能換位能的道理。躍升速度可以在一段時間裡顯著超過穩定爬升速度。所以，即使在爬升中沒有顯著的目視減速，也不說明這就是穩定的爬升速度。

具體到軍推推重比1.0以上，現在還沒有已知的任何戰鬥機達到軍推推重比1.0以上。當然，更換概念是可以的，在軍推推力下，F-22隻攜帶1800公斤燃油和不帶任何武器的話，是可能達到軍推推重比1.0的。但是1800公斤只佔8200公斤機內燃油量的22%，肯定不是作戰狀態，只夠本場起飛、表演。

事實上，即使在航展表演中，也沒有見到過任何可以確認的F-22在減油狀態下用軍推垂爬的消息，因為從表演效果而言，這沒有必要，也不見得比用加力的垂爬好看。珠海的殲-20不是本場起飛、著陸的，可能是直接從成都飛過來的。算上返航燃油和必要的應急余油，很難想像在珠海的時候只有20%左右的燃油。

另外，殲-20在珠海的飛行表演總體上溫吞水一杯，很難想像反而要展現軍推垂爬這樣的極限動作。在沒有更確切的信息之前，只能推斷這不是軍推垂爬，只是較大角度的斜躍升。

尾噴口狀態上看，珠海航展上殲-20的表演中是開了加力的

至於更換概念的軍推推重比，推重比通常是按照正常起飛重量計算的，也就是包括飛行員、機內燃油和基本機載武器的重量。正常起飛重量通常在最大起飛重量的65-75%，當然有例外。正常起飛重量是按照飛機的任務確定的。用低於正常起飛重量的其他重量（如半油重量）作為計算基準，除非有特別指明的目的，只能是博取好看的花招，缺乏實際意義，就像量腰圍的時候使勁吸氣收腹一樣，只是自己騙自己。要可比，還是應該以飛機的基準設計任務重量（也就是正常起飛重量）為準。

至於殲-20空重可能大大低於F-22、所以有可能達到軍推推重比1.0，這更是很牽強的推斷。中國的材料和製造技術取得了巨大成就，殲-20比F-22晚了20年，所以可以得益於更加先進的設計技術，這些都是確實的。但戰鬥機的空重、正常起飛重量、最大起飛重量不僅取決於材料、設計和製造技術，更取決於作戰使命。反過來，先進技術提供了結構上的減重空間，也同時提供了增加更多的系統、燃油、武器掛載量的空間。戰鬥機重量的大趨勢是增加的，並不因為局部結構減重而減輕。

如前所述，殲-20到底是多少重量，這還是保密的，但為了湊軍推推重比1.0而硬性推測空重，這就太牽強了。

現在還沒有準確的殲-20尺寸的數據，只能從座艙蓋對比來推測殲20略大於F-22

假定渦扇-15達到了傳說中的110kN軍推，並比照F-22的0.8軍推推重比，那殲-20的正常起飛重量在28000公斤左右，最大起飛重量在39000公斤左右。與F-22大體相當。考慮到殲-20的氣動外形比F-22更加有利於減阻，配備渦扇-15的殲-20的超巡性能應該至少不低於F-22。

但有說法，現階段殲-20配備的不是渦扇-15，而是渦扇-10甚至AL-31。這當然也是可能的。戰鬥機更換髮動機不是簡單的事，但只要在設計時就考慮到相關問題，也不是那麼不可思議的事。

歷史上有很多戰鬥機更換髮動機而失敗的先例，最典型的就是英國為F-4K「鬼怪」式戰鬥機換用羅爾斯-羅伊斯「斯貝」渦扇發動機，更大的推力反而導致更糟糕的最大速度和超音速加速性，只有低空性能改善了。但這是有原因的。「鬼怪」式為了航母起落，具有不錯的低空低速性能，但歸根到底，這是典型的高空高速戰鬥機，是圍繞著兩台通用電氣J79渦噴發動機設計的。在改裝「斯貝」的過程中，進氣道要加大流量，後機身要加大，破壞了原來的氣動設計，顯著增加了阻力，導致失敗。

但戰鬥機換髮的成功先例也很多。道格拉斯A-4「天鷹」是輕型艦載攻擊機，在高亞音速段特別機動靈活，以至於美國海軍Top Gun學校曾經用A-4作為假想紅軍戰鬥機。但A-4的普拉特-惠特尼J52渦噴不僅老舊，而且油耗很大。在80年代，新加坡A-4換裝通用電氣F404非加力型，推力增加15%，油耗、可靠性大大提高，機動性進一步改善。至少從換髮角度來說，這是成功的改裝。

以色列空軍在換裝F-15、F-16之後，有意對現有的「鬼怪」式大規模換用普拉特-惠特尼PW1120，這是F100的渦噴版，性能比原裝的通用電氣J79有顯著提高，最後因為成本和裝備規劃問題而擱置，換髮本身是成功的。F-14B/D當然也是換髮成功的典型。

換裝發動機後的大貓

這些還是在原設計早已定型後的換髮，但在設計時就考慮到在不同發動機之間可以更換的設計，更是有諸多成功的先例。F-16C/D在一開始就考慮到可以在通用電氣F110和普拉特-惠特尼F100之間選擇發動機，採用F110各種亞型的稱為Block 30、40、50等，採用F100各種亞型的則稱為Block 32、42、52等。

F-15E在設計時也可以在F100和F110之間選擇發動機，只是美國和以色列空軍為了便於後勤保障，統一到F100，但盟國不乏選擇F110發動機的，如韓國（第一批F-15K使用F110，第二批使用F100）、沙特、新加坡。

俄羅斯蘇-57也是在設計時就考慮到不同發動機的例子，初期生產型將使用AL-31的深度發展型，亞型代號117，但計劃在2020年後轉用目標發動機「項目30」。

一般認為，殲-20的原型2001是用AL-31推進的。作為技術驗證性質的原型機，採用推力不足的AL-31先飛起來問題不大。未來某一時候開始的目標量產型將採用渦扇-15，這也沒有什麼爭議。問題是近期的初期生產型。

不管是使用渦扇-10（包括IPE），還是使用AL-31（包括M2），這樣的殲-20的性能肯定達不到使用渦扇-15的版本。使用AL-31基本型的話，軍推推重比只有0.54，這是肯定不夠用的。增強到M2的話，軍推推重比達到0.63，達到F-15C的0.65的水平。配合以殲-20的優秀的超音速減阻，或許能實現跨音速巡航，甚至用加力推過音速後轉回軍推的低超音速的「偽超巡」。這遠遠談不上理想，但能用了。

使用渦扇-10和IPE的情況差不多。這能滿足中國空軍的要求嗎？中國空軍的要求是什麼呢？

實際上，除了籠統的超巡和超機動，中國空軍對殲-20的具體要求也是保密的，坊間的一切推斷都只是推斷而已，因此是不是滿足中國空軍的要求也無從談起。更何況中國空軍可能有階段性的要求，在某一時間節點前要達到x要求，在更後面的另一時間節點要達到y要求，就像蘇-57一樣。

現在對殲-20的發動機的推斷很多來自對噴口形狀的觀察。且不說只有模糊不清的圖片可以判讀，噴口形狀不同，顯然是不同的發動機，至少是不同的亞型。但噴口形狀相似，也未必就是相同的發動機。

作為殲-20換國產發動機證據的網路照片

對於超音速戰鬥機來說，收斂-擴散噴口是必須的。噴流在亞音速時，收斂起加速作用；在超音速時，反而是擴散才起到加速作用。這就是拉瓦爾噴管的原理。另一方面，擴散有助於增加空氣流量，增加推力，因此在起飛時噴口是張開的。但在高亞音速飛行時，噴口要收攏，確保噴流具有足夠的速度。超音速時再次張開。

最典型的收斂-擴散噴口採用羽片結構，羽片的不同安排就成為各種發動機的噴口特徵。事實上，羽片還有內外兩層，不僅控制噴口面積，還可控制喉道面積，更加複雜的還可控制喉道位置，進一步優化噴流。雙層羽片之間的空氣流動還有助於散熱，增強內羽片的耐熱能力。寬羽片降低機械複雜性，羽片本身的剛度也容易保證；窄羽片有助於確保噴口的圓度，降低噴流的壓力損失。

噴流離開噴口時，噴流不是鉛筆形狀的平直束，而是像鐘形一樣，隨著離開噴口的距離而有一定的徑向膨脹。這種膨脹帶來一定的噴氣損失，這是由於高壓的噴流在橫向對環境空氣有很大的壓力差而造成徑向流動，這是不可避免的。圓形是給定面積下周長最小的形狀，噴流膨脹最規則，壓力損失最小。越是偏離圓形，噴流膨脹越複雜，壓力損失也越大。因此，射程優先的消防龍頭一定是圓噴口，覆蓋面積優先的澆花龍頭才可能使用扁噴口。

F-22那樣的二維噴口是以可觀的推力損失為代價的，也只有那樣變態的大推力才能承受這樣的推力損失。當然，二維噴口的好處是推力轉向、收斂-擴散和雷達-紅外隱身整合為一體。二維噴口把噴流壓扁，強化了噴流與環境空氣的混合，達到快速降溫和降低紅外特徵的效果。扁平的二維噴口也對發動機後部形成較好地屏蔽，達到降低雷達特徵的效果。扁平的二維噴口還有利於在氣動上與飛機的後體整合，降低後體阻力，這對超音速減阻特別重要。

F-22的「菊花」

但二維噴口除了有推力損失問題，還有重量問題。單層的偏流板沒有雙層羽片之間空氣流通的散熱效果，只能藉助於厚重的耐熱設計。除了F-22，所有實用的推力轉向都回到羽片式結構。

二維噴口的偏流板後緣還是淺V形的，而不是平直的。這無疑是隱身設計。其實從隱身角度出發，應該深V才對，但那樣噴流的壓力損失就太大了，噴流不僅沿斜邊膨脹，還可能向內形成渦卷。淺V是隱身和推力之間的折中。

但羽片也是可以實現隱身的。不管是否具有推力轉向能力，羽片都可以做成鋸齒形尾端。問題不在製造，而在於設計。就隱身而言，V形或者鋸齒是要避免平直邊緣，但V形或者鋸齒的尺度很重要，如果鋸齒尺度大大小於雷達波長，鋸齒相當於平直的，沒有效果。如果鋸齒尺度遠遠大於雷達波長，對隱身是好的，但對於噴口設計就成問題了。二維噴口的偏流板只有一個淺V，尺度遠遠大於典型戰鬥機的厘米波雷達的波長，沒有問題。但圓噴口的羽片的鋸齒就要受到羽片寬度限制了。

前面已經提到，羽片的寬窄影響到噴口圓度和羽片的機械複雜性，鋸齒也對噴口的壓力損失有顯著影響。用過消防龍頭的人都知道，噴口越圓整，噴流越密集，壓力越高；噴口充滿豁口的話，噴流就散開了，壓力馬上就跌下來了。這對噴氣發動機也一樣：鋸齒是導致推力損失的。細密的鋸齒接近圓整，影響還小些；粗大的鋸齒可以導致可觀的壓力損失，尖銳鋸齒比平鈍鋸齒的壓力損失更大。如果還有推力轉向要求，需要考慮的因素更加複雜。

因此，噴口鋸齒遠遠不是簡單地把羽片尾端切一個鋸齒出來就完事了。正因為如此，鋸齒的道理很簡單，但實際使用目前還只有F-35戰鬥機。

F135發動機安裝

殲-20最後會繼續使用現在的圓噴口，是否會帶鋸齒，還是轉為F-22那樣的二維噴口，現在還不好說。如果渦扇-15足夠給力，二維噴口的優越性還是顯然的。三維噴口多一個橫向運動的自由度，但這只是理論上的優越性，在實用中常常受到機體結構的限制，還是作為二維使用的。對於大多數機動動作來說，俯仰和橫滾是主要的，急轉彎更是接近側立後的急劇拉起，沒有偏航太多事。

殲-20的2001號原型機的後體設計顯然容易整合扁平的二維噴口，但在很長時間裡都不會使用二維噴口的情況下，後體修形為現在的傳統「雙筒」形狀也是自然的。但只要有需要，在未來修形回去也是完全做得到的。

至於現階段殲-20是否已經裝備推力轉向，目前還沒有見到過任何視頻展現出殲-20在起飛前準備動作中包括噴口轉動，也沒有見到過任何圖片顯示羽片式轉向噴口在地面卸壓後典型的下垂姿態。所謂噴口軸線與機體中線的夾角，這可能是低解析度圖片的光學錯覺，也可能是發動機的安裝角。雙發的安裝軸線是可以與機體中線有夾角的，蘇-27就是例子。

最低限度，現階段還沒有證據殲-20已經裝備了推力轉向。至於殲-20的出色機動動作，這可以是低翼載、遠耦鴨翼和高推重比的功勞，儘管推重比可能還沒有最終那麼高，但在先進氣動和飛控幫助下，F-15C一級的推重比已經可以做出很抓眼球的高機動動作了。

只要在設計時就對安裝點、空氣流量、重心、油路、附件位置有所考慮，殲-10應該有條件適裝不同的發動機，在飛機方面沒有克服不了的困難，關鍵在於哪一種發動機能符合規定的進度和性能要求。至於飛火推一體化的軟體整合，這也不是不可克服的困難，關鍵是發動機控制要實現全許可權數字控制（簡稱FADEC）。

99M1發動機的FADEC部件

飛火推一體化在軟體上把飛行控制、火力控制、發動機控制整合到一起，最大限度地發揮1+1+1>3的威力。飛行控制主管飛機的速度、高度和姿態，火力控制主管構成武器發射條件，發動機控制主管提供充足的推力。

傳統上，飛控是主導的，只有把飛機機動到適當的發射位置，武器才能有效發射，而發控只是飛控的動力保障，據從屬位置。飛火推一體化後，火控有可能在特定時間成為主導，飛行員指定目標位置後，飛火推聯手把飛機儘快轉入最優發射位置，在最優時刻自動發射武器。根據敵我態勢自動規劃最安全入侵和退出途徑，自動控制進入、發射和退出，則是飛火推一體化的高級形式。發控成為主導的情況比較罕見，可以以最省油及最低磨損模式運轉，由此決定飛行路徑，但這隻有在低威脅、低任務緊迫性的時候才可能。

不管怎麼說，從軟體整合角度來說，飛火推一體化不是飛火推一鍋煮，依然是以飛行、火力和發動機控制為基本模塊，只是在介面和功能方面高度融合，而不是形成孤島。採用不同發動機當然需要重新整合，但只要軟體和控制系統架構設計得當，這是控制律參數調整的問題，而不是重新設計控制律或者重起爐灶的軟體整合。

殲-20馬上就要甚至已經進入初期批生產了，那現在的殲-20到底採用什麼發動機呢？說實在的，是渦扇-15當然最好，是渦扇-10或者AL-31增推版也是可能的。在沒有可靠消息之前，多猜無益。看圖識機不可靠，靠聽聲音判斷推力更是不靠譜。中國的透明度正在提高，有好東西也不再掖著藏著，相信要不了多久就會有消息的。

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