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蘇-57拓撲優化形態曝光,配二元噴管形似F-22戰鬥機

在俄羅斯紅星電視台最新播出的一期蘇霍伊設計局機體結構設計專題節目中,俄羅斯空天軍即將列裝的蘇-57隱身戰鬥機優化設計後的3D列印模型首次公開曝光。儘管片中展示的整機結構拓撲優化在蘇-57身上已經無法實現,但在3D列印模型上清晰可見完成形態蘇-57戰鬥機發動機尾噴口——扁平的二元矢量噴口,與美國F-22戰鬥機使用的二元矢量噴口比較相似。

俄羅斯紅星電視台節目中展示的蘇-57戰鬥機結構拓撲優化數模,尾噴管為二元矢量噴口

蘇-57戰鬥機目前使用的發動機是AL-41F1渦扇發動機,但AL-41F1發動機並不是蘇-57戰鬥機的最終動力,只能算是過渡階段使用的替代動力系統,配備AL-41F1發動機的蘇-57戰鬥機預計只會生產2-12架。從2021年開始,蘇-57的「王牌心臟」產品-30發動機將下線,屆時第二階段的蘇-57戰鬥機將全部配備量產型的產品-30渦扇發動機,而那個時候蘇-57也將迎來一次進化——進化為終極形態的蘇-57完全體,造型基本就是上圖和下圖中展示的那樣。

蘇-57戰鬥機機體框架結構模型實體,尾噴口為偏轉的二元矢量噴口

由圖可見,完全形態的蘇-57相比目前的蘇-57最明顯的不同在於發動機尾噴口的形狀。由於光影和角度因素,蘇-57的二元矢量噴口細節看得不是特別清晰,但大體形狀還是有個樣兒的,即和F-22類似的二元矢量噴口。

F-22的二元矢量噴口是目前量產化矢量噴口中技術最先進的

噴氣式戰鬥機使用的活動噴管大體上可分為兩類,一類是以美國F-22為代表的二元矢量噴口(F119發動機),另一類是以蘇-35S為代表的三元矢量噴管(AL-41F1S發動機)。在形狀上,二元矢量噴口的截面是長方形,而三元矢量噴口的截面是圓形。在活動方式上,二元矢量噴口只能上下偏轉,無法左右偏轉,而三元矢量噴口可以全向偏轉。在實際效能方面,二元矢量噴口和三元矢量噴口對機動性的提升實際上是一樣的,因為即便是三元矢量噴口,水平偏航在實際中應用頻率比較低,用的最多的還是俯仰偏航。在使用壽命方面,二元矢量噴口由於活動部件相對來說較少、工藝較為簡單而具有較長的使用壽命和大修間隔,而三元矢量噴口活動部件很多,機械結構複雜,壽命短不說還需要頻繁維護。就發展趨勢看,二元噴口和三元噴口最終都會被流場推力矢量噴口所取代,所以二者從本質上來說都是現有技術條件下的過渡產品,等到技術成熟之日大家最終還是會上流場推力矢量噴口。

換裝產品-30發動機之後蘇-57戰鬥機的尾部將更加協調

那麼俄羅斯為什麼會為完全體蘇-57選擇二元矢量噴口的發動機呢?從利弊來看,二元矢量噴口整體上是利大於弊的,雖然二元矢量噴口具有較為笨重、推力損失大、只能俯仰偏轉等弊端,但其優勢也是非常明顯的——隱身效果好、有助於尾部減阻提升超音速巡航表現、更好的可維護性。需要說明的是,現階段產品-30發動機還使用的是噴口鋸齒處理的三元矢量噴口,隱身效果有限,只能算是試驗階段的過渡構型,最終量產化的產品-30必然會採用扁平化的二元矢量噴口。

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