中國五代機為何不搞原型機對比試飛？失敗方案水平太差

中國五代機方案競爭的勝負是在2006年結束的。如同當年的殲10一樣，現在殲20的方案憑藉絕對的壓倒性優勢獲勝。

殲20獲勝的核心因素和當年殲10一樣，都是源於競爭對手方案在空戰需求認識以及技術運用魄力和能力上所存在的一個時代以上的差距——而體現在總體設計上最為明顯的一點，就是現在殲20採用了大外傾全動垂尾的鴨式布局設計，而競爭對手則採用了三翼面布局設計。

對於五代機來說，最重要的性能就是隱身和超聲速巡航。這兩者的結合，能極大幅度的壓低對手發現自己的距離（隱身），縮短對手的反應時間和壓縮對手的對抗餘地（隱身+超巡），並且使得五代機能始終維持在對手的飛行包線之外，擁有搶佔有效武器發射陣位（我能開火打你，你沒辦法開火打我）和武器實際殺傷射程（飛行速度高的飛機，導彈的初始速度高，射程更大）上的絕對優勢。

圖：無尾三角翼布局

隱身的低雷達信號特徵與超巡的低阻力特性，兩者在設計上有一個很大的共通點，就是要求戰鬥機的氣動外形儘可能的簡潔，需要儘可能減少氣動面設計。理論上無尾三角翼布局是最能兼顧這兩者的總體設計，而且最輕。

但是這種布局上，氣動面無法提供足夠長的俯仰（戰機低頭、抬頭）操縱力臂長度；在短距起降能力、高機動——特別是超聲速狀態下的高機動能力上表現有明顯的局限性。

因此現階段的主流五代機方案，多數會需要退而求其次，在機翼的前方或者後方增設控制面，形成常規或者鴨式布局；以重量、阻力和信號特徵加大作為代價，避免總體性能上出現過於明顯的短板。

而和殲20競爭的方案，則採用了三翼面布局。這意味著在重量、阻力、雷達反射信號上，都會遠遠高於鴨式布局。特別是在巡航阻力上，三翼面布局是非常高的——這一點隨著速度提高、阻力增大會越來越明顯，到超聲速狀態下由於激波干擾阻力的出現，將會進一步惡化到無法接受的程度。

比如蘇27sk的最大航程是3680公里（3900的是基本型蘇27，結構很弱，外掛重量僅4噸），而三翼面布局的老蘇35就下降到3200公里，蘇33則下降到3000公里。而這還是以較低的亞聲速狀態進行巡航的結果。

圖：JA37採用固定鴨翼帶襟翼的設計，和後來全動鴨翼的戰鬥機不同，控制難度低但是性能也較低

而當時殲20的競爭對手之所以選擇三翼面方案，是試圖獲得更高的機動性能。在瑞典薩博的JA37上，人類首先實現了利用脫體漩渦氣流，增強機翼升力的突破；後來所有的先進戰鬥機，邊條、鴨翼等各類設計，都是遵循這一路線的產物。

理論上採用全動鴨翼的戰鬥機，由於把產生渦流的氣動面和提供俯仰控制能力的氣動面合二為一；再加上它更遠離飛機重心，因此相較於常規布局，不需要邊條、而且面積比水平尾翼小很多，就能實現相同或者更高的機動性能。

但是這種二合一的設計，帶來了巨大的問題——極其難以控制。渦流升力的變化是非常不線性的。結果就是鴨翼上偏讓飛機抬頭，渦流也猛烈增強，飛機升力暴漲；而鴨翼下偏讓飛機低頭，渦流急劇削弱，飛機升力暴跌。

圖：JAS39失控

這就好比一輛動力調教極差的小排量高功率渦輪車爬地庫一樣，油門踩深一點猛烈躥出去，剎車都來不及；油門稍微收一點，馬上發動機喘振熄火癱死。而對於戰鬥機來說，情況比汽車更危險的多——無法控制的上仰將會使飛機陷入難以改出的失控，導致飛行員昏迷墜毀甚至直接空中解體（高速狀態下）。

這也是為什麼現在全動鴨翼的鴨式布局戰鬥機，都出現更晚，清一色都是原生的高性能的數字電傳的原因，而邊條翼放寬靜穩定的常規布局戰鬥機，像f16和蘇27用模擬電傳就行了。

圖：三翼面布局的全動鴨翼控制難度非常低，這是美國早年嘗試戰鬥機電傳技術的F4 CCV驗證機，所用飛控技術非常原始

而三翼面布局，則是在常規布局上添加鴨翼的設計；通過水平尾翼負責主要的俯仰控制，極大減小了鴨翼的控制風險和難度，而又獲得了鴨翼比邊條更強的高增升效果——代價是阻力和重量很大。因此這種布局主要見於驗證機和現有戰鬥機的改型，在鴨式布局飛行控制技術成熟以後，少有原生戰鬥機設計方案選擇。

因此當時與殲20競爭的三翼面方案，從設計思想上說，顛倒了五代機的性能主次選擇；從技術運用上說，沒有完成高難度高風險飛行控制方案設計的魄力和能力。

圖：殲20全動垂尾兼顧了俯仰方向的輔助控制

而殲20則完全相反，它在傳統鴨式布局的基礎上又進了一步。利用隱身本身需要大外傾垂尾的特點，將垂尾做成全動式；比傳統垂尾面積更小、阻力和雷達信號特徵更低、更輕的情況下，其操縱能力要遠遠高於傳統垂尾；同時利用大幅度外傾帶來的控制力分量，使垂尾起到部分水平尾翼的能力。

換句話說，殲20用比傳統鴨式布局還低的阻力和重量，獲得了高度近似於三翼面布局的控制能力；因此最後在隱身、超巡、機動性能上全面壓倒了競爭對手。當然代價是，其飛行控制系統的開發難度和風險、全動垂尾本身的氣動力和結構設計難度，都遠遠超過對手。

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