國發版殲20噴口落後仍不隱身：材料比不上美國三十年前

　　

　　

　　圖：新樣機露面，發動機調節機構證明是太行發動機

　　在F22的設計中，利用發動機和機身的一體化設計實現高效率的隱身、低阻力、以及額外的高效飛行控制手段，是一個極為核心的環節。

　　這個環節的實現，依靠的是帶有兩元矢量噴口的F119發動機。目前國內的殲20，和F22差距最大的環節，就在於發動機——不僅包括發動機本身的推力等性能指標，同時發動機與機身的一體化設計才是更關鍵的地方。

　　

　　圖：YF23方形噴口由於受熱不均，部分陶瓷後的承力金屬必須採用鎳基高溫合金，極為昂貴和沉重.。YF23輸掉競爭的最大原因不是過於超前，而是其設計成熟完善程度遠不及YF22

　　

　　圖：俄羅斯時代對於兩元的追求只能停留在模型方案上，能力不足無法實用

　　蘇聯時代曾經試圖緊密跟蹤美國在矢量推力上的研究和發展步伐，但是遭遇到了非常大的困難——兩元矢量噴口和圓形矢量噴管相比，設計製造難度上的難度非常高；蘇聯當時的工業能力，必須要用遠高於美國的重量和部件體積作為代價，才能獲得近似的基本功能，裝在飛機上性能不增反降。

　　兩元噴口最大、最核心的問題，在於方形、特別是壓得很扁的方形噴口；在高溫、高壓、高速的燃氣沖蝕下，受熱和受力是極度不均勻的——特別是在上下折流板和側壁之間的角落區域和縫隙處。

　　

　　

　　圖：F15M/STD先後換裝兩元和軸對稱矢量噴管對比試飛。早期的兩元噴口主要靠鎳基高溫合金，很笨重；而且當時對下代戰機的設計要求是代反推力裝置，降低著陸距離，這又進一步複雜化了結構。

　　而由於發動機處于飛機遠離重心的末端，為了保持重心的均衡，後頭重了前頭也得跟著重；因此發動機的增重，一定會被加倍放大到全機上。按照一般設計規律來講，一直有發動機增重一公斤，飛機空重至少要增重三公斤以上。

　　因此兩元噴口的核心問題，就在於是否能夠以非常輕巧緊湊的結構，實現耐受高溫燃氣的能力——在絕對重量上，兩元噴口面對圓形噴管是完全處於下風的，這毫無疑問。由於本身體積小得多，軸對稱噴管使用傳統的耐高溫合金材料帶來的增重依然是能接受的，但在兩元上完全不行。

　　

　　

　　圖：美國的兩元噴口

　　

　　

　　圖：蘇聯的兩元噴口，畫虎類犬不過如此

　　所以兩元噴口這個設計，不僅需要特別高的設計水平，也需要特別高的材料和工藝水平支撐，才能發揮出性能上的優勢——這不是看得見別人的好處，想抄就能抄來的。

　　飛機的製造上，鈦合金並不是真正的耐高溫材料——它只是相對鋁合金和增強塑料（各類復材）來說耐高溫。實際上鈦在高溫下化學性質非常活躍，愛起火而且起火異常猛烈，發動機的傳統鈦合金壓氣機葉片一旦起火，4-20秒就會燃燒結束。

　　80年代F404等發動機上，耐高溫鈦合金被應用於溫度較低的機匣部件上仍然屢屢起火，甚至有個專門的名詞叫「鈦火」。

　　但是比鈦更耐高溫的，就只有韌性好、耐衝擊，但是異常沉重的鋼材和鎳基合金；以及更耐熱、但是韌性差、不耐衝擊的陶瓷材料。

　　

　　圖：F119問世二三十年，俄中依舊望塵莫及

　　

　　

　　

　　圖：這才是真正五代機技術水平的動力！

　　兩元噴口要減重，要輕薄；就必須有輕質、高強度、高韌性的材料。而唯一可行的總體方案，就是以盡量輕的高耐熱金屬材料做主要的承力結構，用陶瓷隔絕燃氣沖蝕，將金屬承力結構保護在後面，並且完成吸波等隱身功能要求。

　　F22為了控制尾噴管的重量，研製了很多全新的材料——比如50%鈦、35%釩、15%鉻成分的Tidyne 3515/Alloy C鈦合金。這種鈦合金被稱為「阻燃鈦合金」，在激光點燃測試中，起火的燃點比三代機用在發動機區域里的傳統耐高溫鈦合金，高出整整500度。

　　實際上不只是鈦合金，為了應對兩元噴口的苛刻要求，F119的折流板所用陶瓷等其它材料，也同樣是相較於傳統產品性能有代差性提升的全新產品。

　　

　　

　　圖：國內Ti40摩擦點火測試

　　國內在八五期間跟蹤美國進展，也開發了自己的阻燃鈦合金；目前較為成熟、而且正在嘗試工程化應用的是Ti40，根據2013-2015年間公開論文的披露，該鈦合金計劃首先用於新型發動機的機匣上——自然也就是渦扇15上。而且目前Ti40的長期穩定工作溫度設計在500度，仍然比Tidyne 3515要低10%以上。

　　

　　所以殲20與t50不採用兩元噴口，最大的理由不複雜，就是能力不足。就現在國內的情況，殲20設計師沒有在發動機噴管形式上的選擇餘地，只能有什麼用什麼，僅此而已。

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