歼-20能超音速巡航吗?

这是多年来军迷朋友一直热议的话题。

几年前,歼-20飞行员李凌曾总结了歼-20战斗机最大的三个特点:隐身、超机动和高态势感知。

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唯独没见4S技术标准中的超音速巡航能力。

如今,真相来了。

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原来,官方把超音速巡航能力归到机动性方面了。

歼-20不仅具备超音速巡航能力,而且是“轻易达到超音速巡航”,真是太牛了。

所以,我们不得不再来探讨一下歼-20超音速巡航能力这个话题。

首先必须搞清楚,歼-20要想实现超音速巡航能力,受制于哪些因素的影响。而这又要首先搞清楚什么是超音速巡航:要求发动机不开加力,能在1.5马赫以上做超过30分钟的超音速飞行。

当然,这个超音速巡航的定义,是按照F-22的标准来的,有的地方定义要宽泛一些,速度1.3马赫以上都算,有的甚至连30分钟的飞行时间也不要求。

这是专业论文的截图,从中不难看出,超音速巡航与亚音速巡航的区别。其中,开不开加力,是关键所在。

一般的超音速战斗机之所以不能长时间作超音速飞行,是因为它必须依靠加力燃烧室工作才能达到超音速飞行,而发动机加力工作时间限制和过大的油耗率都限制了它的长时间使用。

F-22可以1.5马赫的速度巡航半个小时以上,而传统的三代机恐怕只能维持几分钟的时间。

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这个差距,是巨大的。

而超音速巡航战斗机需要作长时间超音速飞行,为了达到这一目标,必须采用一系列的技术。

首先就是发动机技术。

超音速巡航战斗机必须采用不开加力就可以提供超音速飞行所需推力的发动机,这就需要提高增压比,提高涡轮进口温度,提高发动机推重比。

对于歼-20而言,发动机是硬伤,它目前使用的太行发动机,从一开始就是为四代机准备的,而不是为歼-20这种隐身的五代机而准备的。由于为歼-20专门配套的“峨眉”发动机目前还没有正式装备歼-20(可能在装机测试过程中),所以,歼-20要想实现超音速巡航,只能在其他方面想办法。

增推减阻减重,都是实现超音速巡航的途径。

增推目前还没有实现,而减阻和减重则在歼-20的设计阶段就考虑到了。

先看减阻。

长时间不开加力的超音速巡航和超音速机动,首要的问题是如何降低飞机的超音速阻力,提高飞机的升阻比,因此需要从它的气动布局方面下功夫。作用于飞机上的阻力是由飞机零升阻力——废阻和升致阻力组成的。对于超音速巡航,通常是在小升力状态进行,因此,减小零升阻力是首要任务。理论分析和风洞实验表明,可以采用诸多措施使飞机阻力下降,在2马赫时的升阻比可达6到6.5,这对作为超音速巡航战斗机在2马赫时的至少具备5的升阻比来说,是可以实现的。

说到歼-20的气动布局,这里就不得不提一下航空专家傅前哨曾讲过的一个歼-20与F-22的段子:

当年美国研制出F-22之后,宣称其升力系数达到了2.07,当时国内就有不少军事专家对此提出质疑,采用普通气动布局和机翼的F-22,最大升力系数怎么可能这么高?理论上说不通。为此,我国曾制造了F-22的缩比模型进行风洞试验,最后得出的实验数据根本没有2.07,只有1.7。后来美国公开数据后,F-22的最大升力系数仅约1.7,与我国测试的数据接近。

不过当时中国的航空设计专家真是了不起,他们真的把超越F-22的2.07作为设计目标,而且最终实现了,由于采用了基于涡流控制技术的升力体机身、鸭翼、边条、机翼和后机身边条的一体化非常规气动布局,歼-20的升力系数可达2.1左右。

真是弄巧成拙,美国的吹嘘竟然成就了中国歼-20,这可能是美国做梦也没有想到的。

歼-20的气动布局中采用了涡流控制的升力体技术,包括鸭翼、边条等,这可以为歼-20在起飞、着陆和跨音速机动时提供必需的升力。美国在F-16XL上就已经证实,超音速巡航战斗机所产生的涡升力可以把它的瞬时过载提高50%。

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其实,从歼-10总师宋文骢的《一种小展弦比高升力飞机的气动布局研究》中也可以看到,歼-20强调以小展弦比来提高超音速升阻比、高速减阻这一设计特点。

另外,为了减小超音速突防阻力,必须减小外挂武器阻力。传统的三代机以亚音速突防为主,通常把外挂物,如导弹、炸弹和副油箱等挂在机翼和机身下面,这种外挂形式会产生很大的阻力增量,特别是它们与飞机之间的干扰阻力。对于超音速巡航战斗机来说,这是不允许的。故歼-20采用了内埋式武器舱,这一点也是隐身所追求的目标。

说完了减阻,再说说减重。

这是歼-20相对于美国F-22的巨大后发优势。由于新材料、新技术、新工艺的使用,歼-20在结构减重方面效果明显。其实,不光歼-20,就是沈飞的歼-11系列改型、歼-16等飞机,也在这方面受益匪浅,据说减重几乎按照吨来计算。要知道,以往飞机减重都是以克来计算的呀。

对此,尹卓将军曾给出过他自己的观点:

歼-20目标机是按超音速巡航及作战设计的,包括风洞中吹超音速面积律,飞控软件等问题都是围绕此目标进行的。等国产发动机完备以后,歼-20将能实施超音速巡航作战,瞬间加速及摆脱高G导弹能力都是可以的。

如今看来,尹卓将军的观点非常靠谱,歼-20可轻易达到超音速巡航。

接着再来聊聊歼-20的超音速巡航能力的作战价值。

记得歼-20飞行员张昊那句名言(一进入超音速就是歼-20的天下)出来后,网上曾有过相关的文章,批判歼-20过于强调超音速能力。理由是我们轻视了美国F-35的红外感知能力,在未来的空战中会吃亏的。因为F-35的教官柏克也说过一句名言:“飞的越快,死的越快。”

这里就不得不说说IRST光电探测系统。

以苏-35的为例,其正面红外探测能力为30公里,对侧面飞行的或热源相等的红外探测能力却可以提高3倍,在寒冷、红外对比度清晰的高空中可达100公里。而飞行器散发出的热源,与其速度关系极大,实际上像F-22那样1.6马赫玩超音速巡航,被探测距离经过计算是F-35这类高亚音速的三倍! 同样以苏-35的光电探测系统为例,正面红外探测能力虽然只有30公里,而对于1.6马赫飞行的红外探测能力可达90公里。

因此,面对F-35雷达和光电探测系统互补后的探测能力,红外特征以倍数增长的超音速飞行自然是柏克所说的“飞的越快,死的越快”的节奏。所以,减少被红外导弹跟踪、被光电探测系统探测的最有较方法就是避免超音速飞行,保持亚音速。

但是持这种观点的人,完全陷入了技术的怪圈,而忘了真正起作用的战术。

这里我们就探讨一下歼-20超音速巡航的作战战术问题。

在未来的台海战场上,歼-20利用其超音速巡航的能力,可以在现有的一体化空地探测体系的支持下,快速“应召作战”,在最短的时间内赶往作战区域。然后在空警-500等先进预警平台的指引下,抢先占位攻击。另外,由于飞行速度大,发射导弹的初速大,使之既能缩短到达目标的时间,又相当于增加了导弹的有效射程,这可能是超音速巡航战斗机在超视距空战中的优势。

除了“应召作战”模式之外,在巡航作战模式下,歼-20完全可以亚音速巡航,减少红外特征。在有人/无人协同作战的模式下,歼-20同样可以亚音速飞行,充当信息节点,指挥无人机作战。

所以说,有了超音速巡航能力的歼-20,要比没有超音速巡航能力的F-35在作战时具备更灵活的速度选择。

另外,具备超音速巡航的战斗机,在突防能力上也要远强于高亚音速突防的飞机。

目前所使用的地面防空系统主要是以各种射程的地空导弹和各种高炮组成的防空火力网,超音速巡航战斗机可以依仗它的长时间超音速巡航能力有效地避免地面防空系统的威肋。

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从上图不难看出,高空超音速突防可以躲开射程较小的地空导弹和地面高炮的攻击,也可以缩小射程较大的地空导弹的杀伤范围。与高亚音速突防飞机相比,超音速突防还可以更快地穿越已被缩小的危险地带。由于地空导弹的机动性较差和在其包线的最上角跟踪能力也差,如果再加上利用飞机的超音速机动性能和隐身性能,超音速巡航战斗机在高空超音速突防时被杀伤的概率是很低的。因此,超音速巡航战斗机最适合担任战场遮断及空中支援,对地面固定目标和活动目标进行攻击任务。

另外,歼-20装备具备矢量推力的“峨眉”发动机之后,不仅是超音速巡航能力强了,而且利用推力转向,可以进一步增加机动能力,改善短距起降性能。这一点,对未来的实战具有重要的作用。