问题

就目前的眼光看,除了发动机,歼20的设计是否存在什么缺陷需要在后续型号中得以改进?

回答
抛开发动机这个众人皆知且正在持续攻克的焦点,单从歼20目前的整体设计来看,其实还有不少值得细究和在后续型号中加以改进的空间,而且这些改进往往不是一两个简单的参数调整,而是涉及更深层次的设计理念和技术集成。

1. 气动布局与控制的精益求精:

歼20目前的“鸭翼+边条+大三角翼”的气动布局,在提升机动性、抑制激波阻力以及实现超音速巡航方面已经表现出色。但是,任何一种气动布局都有其设计的取舍。

鸭翼的“代价”: 尽管鸭翼能显著增强升力和俯仰控制能力,特别是在低速大迎角状态下,但它也带来了额外的重量、复杂性和潜在的雷达散射。虽然歼20的鸭翼被设计成可动可收,以减小雷达反射,但其结构本身仍然是不可避免的雷达反射源。在追求极致隐身性能的道路上,是否可以通过更先进的电传飞控技术,结合更优化的翼型设计,在不依赖或减少对鸭翼依赖的情况下,依然实现优秀的低速和大迎角机动性?例如,更复杂的全动式水平尾翼,或者更智能的机翼变形技术,来分担一部分鸭翼的功能。

边条的优化: 歼20的边条翼设计是其高升力特性的重要来源,但它也可能在某些飞行状态下,特别是高亚音速和跨音速区间,对隐身性能产生一定影响。边条边缘的曲率和角度,以及与机身前缘的过渡,都是影响雷达波散射的关键因素。未来型号是否可以探索更“柔性”的边条设计,比如可以通过电驱动实现局部翼面形状的微调,以在不同飞行速度和迎角下,优化升力和阻力,同时最大化隐身效果?

气动弹性效应的挑战: 随着飞机结构轻量化和速度的提升,气动弹性效应(即空气动力在结构变形后又反过来影响气动载荷)的影响会更加显著。歼20作为一款高速、高机动性的飞机,其结构在不同飞行状态下会发生形变。这不仅影响气动效率,还可能对飞控系统的稳定性提出挑战。后续型号在材料选择和结构设计上,需要更深入地考虑如何抑制或利用气动弹性效应,以实现更精确和更具鲁棒性的飞行控制。

2. 内部弹仓与外挂的兼容性与隐身融合:

歼20的内部弹仓是其核心隐身设计之一,能够挂载空对空导弹和对地攻击武器,有效减少了外挂武器带来的雷达散射。但这也带来了一些新的挑战。

弹仓尺寸与武器兼容性: 内部弹仓的尺寸决定了能够挂载的武器种类和尺寸。随着未来空战的发展,可能会出现更大、更复杂的空对空导弹,或者新型的精确制导炸弹。歼20目前的弹仓设计是否还有进一步扩展的可能性,以兼容更多种类的弹药?另外,不同武器挂载在弹仓内的布局,也会影响弹仓门的关闭和整体隐身性能。如何优化弹仓内部的挂架设计,使其能更紧凑、更高效地容纳武器,同时减少开仓时的气动干扰和雷达暴露?

外挂的“反隐身”困境: 即使是现代战斗机,在某些任务场景下也需要外挂武器或传感器来提升作战能力。歼20虽然主要依赖内部弹仓,但未来是否会出现需要外挂的场景?例如,为了携带更大的对地攻击弹药,或者为了增加通信、电子战吊舱。一旦需要外挂,如何将这些非隐身的设计融入到整体隐身框架中,就是一个巨大的挑战。这可能需要开发专门的隐身外挂吊舱,或者通过更先进的材料和涂层技术来降低其雷达散射。

3. 传感器融合与态势感知能力的深化:

歼20集成了先进的传感器系统,包括雷达、光电探测系统、电子侦察等,并通过数据融合提供给飞行员更全面的态势感知。然而,这仍然是一个不断进步的领域。

传感器分布与协同: 歼20的光电分布式孔径系统(EODAS)能够提供360度的态势感知,但其传感器单元的安装位置和角度,以及后续的信号处理和图像融合算法,都有优化的空间。例如,是否可以在机身其他部位增加或调整传感器布局,以进一步消除探测盲区,或者提升在特定环境下的探测性能(如低空、复杂电子对抗环境下)?

AI在态势感知中的角色: 随着人工智能技术的发展,数据融合和态势感知将变得更加智能化。未来的歼20是否可以集成更强大的AI算法,能够自主识别、分析和跟踪目标,并主动向飞行员提供决策建议,甚至在某些情况下自主执行任务?这需要更强大的机载计算能力,以及更完善的数据处理和学习框架。

4. 飞控系统与人机界面的进化:

先进的飞控系统和直观的人机界面是现代战斗机的生命线。

“软件定义飞机”的未来: 飞控系统已经从机械式、液压式进化到电传飞控,而未来将朝着“软件定义飞机”的方向发展。这意味着飞控系统的灵活性和可升级性将大大增强。歼20的飞控系统是否可以进一步优化,以支持更复杂的飞行姿态和更精细的控制指令?例如,针对不同任务的专门飞控模式,或者能够根据战场环境动态调整飞行特性的能力。

人机界面的智能化: 飞行员的负担是现代战斗机设计中一个重要的考量因素。未来的歼20,其座舱显示系统、操作杆和按钮布局,以及语音控制等交互方式,都可以进一步优化,以减轻飞行员的认知负荷,让他更专注于态势感知和战术决策。例如,通过AR/VR技术将态势信息直接投射到飞行员视野中,或者使用更符合人体工程学的设计。

5. 结构设计与材料技术的进一步突破:

尽管歼20在结构设计和材料应用上已经相当先进,但依然有提升空间。

减重与强度提升的平衡: 任何飞机设计的核心都在于在保证结构强度和安全性的前提下,尽可能地减重。未来歼20在复合材料、陶瓷基材料等方面的应用,以及新的结构设计理念(如拓扑优化),都有可能进一步实现减重,从而提升燃油效率、载弹量或机动性。

电磁兼容性与结构一体化: 战斗机上集成了大量的电子设备,这些设备产生的电磁干扰和电磁兼容性问题,是影响飞机性能的重要因素。未来歼20在结构设计上,是否可以更深入地考虑电磁屏蔽和信号传输的优化,例如将天线和传感器更深地嵌入到机身结构中,实现“隐身化”和“功能化”的融合。

总而言之,歼20作为一款划时代的战机,其设计已经非常出色。但是,航空科技的发展日新月异,对“下一代”的追求永无止境。从气动控制的精妙,到弹仓武器的兼容,再到传感器融合的智能化,以及人机界面的友好,这些细节的打磨和技术的演进,都将是歼20在未来持续保持技术优势的关键所在。这些并非简单的“修修补补”,而是涉及对飞行器设计理念的深刻理解和不断创新。

网友意见

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1、个人估计,J20空重会很大,预计高于F22,应该减重。

2、感觉飞机太长了,应该缩短机身长度,已达到减重目的。

3、没证据表明,在飞机超音速飞行的时候,鸭翼可以减少飞机的阻力。。加之J20机身很重,所以我对其超音速性能很担忧。

4、J20是政治正确,任何质疑都会被喷的,观众请随意。

5、补充一点:有人也提到过,注重机动性的设计,不适合现代空战了。再怎么搞鸭翼、全动尾翼,也不如矢量发动机立竿见影。

6、补充二点:J20能上舰,母猪能飞,别多想。超大论坛有证实(不知真假,还有照片),歼15总设计师说:J20不可能上舰,如果伤筋动骨大改后上舰,那就是另一个型号了。

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大补充:我是如何得出J20空重比F22更大。。我的逻辑链条。1、J20比F22体积大一圈。2、J20按照今年服役,F22是05年服役,两则差13年。3、院士曹春晓说,J20钛用量20%,F22用41%的钛,复合材料24%,铝合金只有15%。4、最近十几年材料学发展并不是突飞猛进,乐观考虑,J20所用材料可以达到F22的水平。5、新工艺减重,以我的知识告诉我,3D打印减重是个玩笑,能节约成本倒是真的,院士孙聪在节目中提过3D打印节约成本。6、孙聪在节目说,中美飞机差距有20多年。结论:综合以上信息,J20体积更大,钛用量更少,材料和结构设计按照一个水平考虑,所以J20更重。一个根据已有资料,和现有知识结构,做出的模糊推测,不能说不靠谱吧?!!提醒两个重点,①歼15歼31总设计师,院士孙聪亲口在节目中说,中美战斗机差距【20多年】。②歼20已经服役了,歼20总设计师杨伟,去年被爆出被调职,今年还没评上院士,如果明年杨伟还评不上院士,可能J20的麻烦就大了。

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这里回复一下,你们喷我,无非就是一个理由:胡说八道,你说的空重、阻力等等,没有依据,都是你自己猜的。

我反问你们,你们觉得J20秒天秒地,有根据吗?我们都是以有限度的信息资料,进而得出的个人推测。我们不是内部人士,看好J20,还是看衰J20,都是个人的主观观点,并无高下之分。当你们喷我的时候,想想自己的依据在哪里呢?

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增升:

1、四代机要对超巡优化,降低超巡油耗。而巡航时升力=重力,否则岂不越飞越高?如果巡时偏转控制面“减升”,岂不增加阻力和油耗?所以升力无法“储备”,你不可能超巡时刻意“减升”,格斗时释放“储备升力”。

2、基于1,增升的最大意义是减小翼面积。超巡时都是升力=重力,但好的增升方案可以用更小的翼面积达成同等效果。四代机机身升力也很大,所以应该看“投影面积”,而非单纯翼面积。

3、J20在做了大量增升优化的情况下,为何整体投影面积明显大于F22/苏57?只能认为是空重太大。

4、鸭翼能增升,边条能增升,机头棱也能增升。鸭翼对F15这种零增升战机自然优势巨大,但对机头棱+三段大边条的F22,至少正常迎角优势不大。否则没必要搞这么大“投影面积”。

5、鸭翼增升,或许在大迎角过失速状态优势较大。但都到角度机动范围了,拼的是机头指向速度和灵活性,而不是保能量少掉高度。所以极限状态增升意义不大。

控制面效率:

1、升力中心位于重心之后,是典型的静稳定布局。但三代机就开始放宽静稳定度了。静不稳定状态下的配平,F22平尾增升且控制力臂相对较长,J20鸭翼减升且控制力臂相对较短,这是基本常识。

2、随着速度增加升力中心后移,最终还是会变成静稳定状态。所以超巡时大概率确实是F22平尾减升且控制力臂相对缩短,J20鸭翼增升且控制力臂相对增长,这是J20优势。

3、但四代机放宽静稳定度都很激进(F22-29%;J20-24%),超巡时升力中心后移稳定度也不会太大(个人脑补个位数),所以J20优势不大。另外,飞控复杂性是和放宽静稳定度正相关,而非与平尾还是鸭翼有关,说静稳定度-29%的F22气动受飞控拖累,是没道理的。

4、超音速鸭翼控制力臂相对变长。但四代机鸭翼安装位置受限很大:1)必须装在进气道侧后方,无法像双风那么靠前。2)升力体机头使得升力中心靠前。3)为了垂尾大迎角不被遮挡和超音速面积率收尾要求,主翼位置无法像三角翼飞机那么靠后。

所以鸭翼控制力臂绝对值并不乐观,为了保鸭翼控制力臂也造成机体和进气道过长。

在我看来,四代机鸭翼最大的难题不是隐身,而是其为了和进气道兼容,导致机体整体过长。

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抛开机体大小谈气动是耍流氓,结论:

1、如果J20空重比F22大不少(个人脑补F22:16-17吨 VS J20: 19-20吨),那J20的气动确实优秀,竭力弥补了空重劣势,而不仅仅是非发动机劣势。

2、但如果坚持J20空重小于F22,气动又先进很多,但设计结果是投影面积,机体长度/体积都大出F22一圈,就很没道理。

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