歼20升力系数世界第一是怎么炼成的？_风闻

来源：《兵工科技》2020年第13期

2020年7月15日，国家知识产权局公布了第21届中国专利奖评审结果，歼20“升力体边条翼鸭式布局”外观设计专利荣获中国专利奖外观设计金奖。这是航空工业成都所首次获得专利领域的国家级奖项。

著名空军装备专家傅前哨公开谈到歼20采用了基于涡流控制技术的升力体机身、鸭翼、边条、机翼、后机身边条、外倾双腹鳍和外倾全动双垂尾的一体化非常规气动布局，其控制和受控涡流至少包含机头鳍角涡流、进气道鳍角涡流、鸭翼涡流、边条涡流和机翼前缘涡襟翼涡流等——复杂多涡系的互相耦合，若设计水平高，控制得当，将产生巨大的升力收益和减阻效果（显著超过使用升力体机身、边条翼、鸭翼三者中一种或两种时）！其升力系数不小于2.1-2.2，世界第一。而在同等设计水平时，鸭式布局的阻力系数比常规布局小10%左右，同时歼20机身长细比较大，截面积较小，也利于减阻。从宋文骢院士的相关论文中，利用所给相关参数推算其升阻特性，结果类似。常规布局的F22公开升力系数为约1.7，超声速巡航零升阻力系数约0.035：我国曾用高精度（测绘仿制）缩比模型进行风洞试验，所测数据近似。歼20的升力、阻力系数明显优于F22。

歼20采用了基于涡流控制技术的升力体机身、鸭翼、边条、机翼、后机身边条、外倾双腹鳍和外倾全动双垂尾

歼-20气动布局细节分析

常规布局中平尾操纵飞机抬头时，要向下偏转产生负升力，压下机尾，属于加载舵面。但飞机有正迎角之后，将部分抵消平尾负迎角，降低其效率。平尾距飞机重心一般比早期鸭式布局鸭翼距重心大，操纵力矩有时较高。但歼20属中、后期鸭式布局，其鸭翼面积较大，距离机翼较远，中间以边条过渡，既能利用不同气动面产生的多涡系干扰提高飞机升阻特性，还有效加大鸭翼和飞机重心间距，提高了操纵力矩，正常迎角操纵效率不比平尾差。

鸭式布局的阻力系数比常规布局小10%左右，同时歼20机身长细比较大，截面积较小，也利于减阻

歼20还有较大面积的后机身边条、外倾双腹鳍和外倾角较大的全动双垂尾。在大迎角时，后机身边条能提供一定俯仰稳定性和低头力矩；外倾双腹鳍位置较低，不易受机翼湍流影响，能提供一定横侧稳定性和低头力矩；全动外倾双垂尾因有效舵面面积大，也可起平尾的部分作用。外倾全动双垂尾的采用，显著提高了飞机的偏航操纵能力，也兼具一定的类似平尾的俯仰操纵功能。由于整个垂尾都是有效舵面，垂尾面积大大缩小，可明显提高隐身能力，并有效减少气动干扰和阻力。这明显优于外倾常规双垂尾（仅方向舵可偏转，F22/F35采用）。

作为气动布局重要部分，歼20采用两侧偏下布置无附面层隔板进气道。该进气道利用复杂形面鼓包）对来流进行多次折转并处理堆积的附面层，属于多波系超声速进气道,其基础性能高，优化设计后成功避免了进气道S型转弯导致的气流局部损失增加，总压恢复系数下降。由于歼20是上单翼，且机身采用升力体设计，进气道受有益气动干扰，大迎角性能接近两侧肋下进气道或腹部进气道,可充分发挥太行改的性能，提供更大的稳定工作裕度。

作为气动布局重要部分，歼20采用两侧偏下布置无附面层隔板进气道

歼-20其实是三翼面飞机

在该机设计初期，后机身边条后缘可上下偏转，但在风洞试验和试飞中，发现没有必要。所以，歼20也可算作三翼面飞机，兼有常规布局和鸭式布局的优点。该机可完成对常规飞机称为大迎角过失速机动的动作，此时仍稳定可控。公开出版的沈阳所院士回忆录谈到：90年代末隐身战斗机方案竞争和风洞实验时期，我国根据F22宣称的大迎角性能，提出一项主要战技指标是我机在60-70度迎角时仍有较好的稳定性和操纵性。尽管双方方案均达到指标要求，但成都所击败了沈阳所，这只能说明前者性能更好。

歼-20为何空重这么轻

因歼20研制年代较晚，有技术上的巨大后发优势，该机空重成功控制在15-16吨级：可利用我国新建的世界最大的8万吨级模锻压机，单缸压力世界首位的4万吨级的模锻压机，以及多种数万吨级的拉伸机、挤压机和一些新型铸造设备——这些传统加工设备均优于西方。还大量采用新技术新工艺：液态金属（特别是钛合金等航空材料）电磁约束成形技术，金属超塑成形技术，金属3D打印技术等。该机空重明显比F22轻，翼载荷较小。2017年，采用太行改进型发动机的歼20投入批产，图片在网上公开。该发动机单台全加力推力140-142千牛，赋予歼20不亚于强敌的推重比，带来了超声速巡航和机动性等方面的收益。

行家看飞行表演，歼-20的表现要比F-22更好

若飞机升阻特性不够高，翼载荷较大的话，即便推重比不低，在完成一些大机动动作时，也必然有剧烈的高度和速度损失，这在追求保持能量的现代空战中尤为不利。歼20早期型（空军2015-2016年接收）在2018珠海航展上，以作战机动动作进行飞行表演。通常包括编队超低空通场，单机爬升接半滚倒转，单、双机小半径盘旋，单机大迎角爬升等。该机除大迎角爬升时开加力（直观看为喷口喷火）外，基本未开加力。早期型歼20发动机推力较太行改小，未采用推力矢量技术。

歼20通常在超低空通场后，以超过60度迎角拉起，接一个半滚倒转，在3秒内将机头指向改变180度，其机头转向角速度可达60度每秒以上。该机此时，速度未出现明显变化，高度还在较快增加。与之相比，F22完成该动作时，速度明显下降，高度增加较慢，机头指向能力虽然接近我机，但以能量损失为代价。歼20通常会连续进行三次小半径稳定盘旋，盘旋半径逐次减小，第三次大约150米，4秒左右完成半圈180度盘旋，过程中该机的速度、高度基本不变。此时稳定盘旋角速度不小于45度每秒，可用公式算出其飞行速度近120米/秒，马赫数略大于0.35，稳定盘旋过载近9.5g：远超瞬时盘旋角速度勉强达30度左右的三代、三代半飞机。类似的机动动作，F22借助推力矢量也可完成，但会明显地掉高度、掉速度。

歼20飞行表演时，各气动面拉出的涡流

歼20还在盘旋、爬升等机动过程中，进行了多次主、侧弹仓的同时开、闭，展示了中远程的PL15和中近程的PL10空空导弹。此时，该机的速度、高度基本不变。而在F22的飞行表演中，同时开、闭主、侧弹仓，会有明显的高度和速度损失。

歼20每次表演结束告别时，均拉70度以上迎角高速爬升（向前同时向上飞行），整个飞机上表面都是各气动面拉出的涡流（表演空域靠海，空气湿度大，涡流引起空气密度变化后水汽以雾滴析出，人眼得以观察到涡流）。由于迎角很大，机翼很难产生足够的正常气动升力，主要靠各气动面拉出的高速脱体涡增升。该机从超低空拉起到穿云，仅用3-4秒，根据当时当地气象条件如云底高等估算，其平均爬升率超过500米/秒。

与之相比，F22最大爬升率在300-400米/秒，差距明显。原因是其常规布局大迎角升阻特性不够好，升阻比较低，仅靠发动机增速不够。该机爬升时，自重减少较慢（武器投放和燃油消耗），但阻力和速度平方成正比，还与气动干扰有关，速度增加后，阻力增加较快，升力增加却不够多，发动机剩余推力一般又小于飞机空战重量的30-40%，阻力、重力会迅速和升力、推力达到平衡，爬升速度不再增加。正如专家傅前哨所言，飞机飞行性能首先取决于气动，气动特性好，装上好的发动机可以锦上添花；即便发动机差一些，气动也能在很大程度上弥补；若气动特性较差，发动机再好，能弥补的也有限。