堅決不學殲20，爲什麼全世界的隱身戰鬥機設計都學F-22戰鬥機

前言：自中國的殲-20戰鬥機首飛之後，立即在全球範圍內掀起了一股研發隱身戰鬥機的熱潮，但無論是土耳其的可汗，韓國的KF-21，還是其餘十幾個國家的隱身戰鬥機計劃，大多數照搬F-22戰鬥機的氣動佈局，沒有一個國家願意學習殲-20戰鬥機的氣動佈局，這是爲什麼呢？

一：F-22戰鬥機的隱身設計

80年代以後，超視距空戰逐漸成爲主流，F-22戰鬥機正是針對超視距空戰而設計的戰鬥機，其中最核心的技術優勢就是隱身性能，隱身性能能夠大大削弱對方探測能力，大幅度提高戰鬥機在空戰中以及空對地作戰中的生存機會，是第四代戰鬥機最重要的性能水平評判標準，所謂的隱身包含了雷達隱身、紅外隱身、射頻隱身和聲隱身，雷達波是一種直線傳播的電磁波，可反射，折射，衍射，雷達波照射到物體後反射回的能量可用截面積表示，也可以用db表示，雷達波返回相當於10m物體的能量就等於10db。

目標截面積越大，雷達就在越遠的距離上探測到，如果雷達截面積縮小到1/100，發現距離會縮小到32%，F-22戰鬥機主要採取外形修飾降低在L、S.X、Ku波段雷達的反射面積，直接反射回的雷達波叫鏡面反射，通過修整外形改變鏡面的角度，讓雷達波反射到不重要的方向，如將垂直尾翼改成傾斜雙垂尾和偏置雷達天線等。需要注意的是外形修飾只是將雷達波從一面反射到另外一面，意味着一面隱身另一面就極不隱身，全向隱身對戰鬥機是不可能的，極不隱身的一面可以通過隱身塗層緩解30db左右雷達照射尖峰值，再通過設計將這些尖峰值集中在雷達很難照射到的8個小角度特定方向。

即使被照射到了只要改變航姿航向，雷達只接收到一個短暫的尖峰信號，會當作干擾而濾除，尖峰信號當然越少越好，但涉及氣動佈局設計，影響動力和操作性，需要權衡取捨，當雷達波射到飛機邊緣時，就會形成有無數條繞射線的散射場，要消除就要採用連續的整體蒙皮和將機翼做成後掠式，F-22戰鬥機採取了整體蒙皮技術，機翼、尾翼的前後緣，進氣道口、機艙的開槽設置爲平行方式，機翼邊緣正面的反射波都集中在了四個方向，使得左右士45"，俯仰士10°的正面反射爲0.03-0.05平方米。

二：F-22戰鬥機的隱身塗料

不過，外形修整只是將雷達波折射到不重要的方向，並不能完全解決隱身問題，還需要吸收雷達波的隱身塗層，F-22戰鬥機使用的就是鐵氧體隱身塗料，是第一代隱身塗層，可以降低20~30db反射面積，但非常不耐用，爲了對付多種雷達波段，鐵氧體隱身塗料得塗很多層，塗到火控雷達的三釐米波長範圍內已經是又厚又重，太陽曝曬下會先龜裂掉粉，繼而大塊的剝落，高速下在空氣分子的摩擦和飛行震動下也會產生裂痕容易脫落，隱身塗層每次飛行後都要做一兩天的保養，如果發現有龜裂掉粉就要重新噴漆。

重新噴漆先要去除舊塗層，隱身塗層爲了防止脫落，是用超強黏合劑牢固地貼附在機體上的，去除時相當不易，很費時間，重新噴漆後還要將大部分的艙口蓋縫隙用特製的膠帶將貼上，這項工作很麻煩也很費時間，由於F-22戰鬥機飛行維護成本太高，第三代戰鬥機飛行員每月可飛行40至60小時，而F-22戰鬥機飛行員每個月只能飛行12至14小時，爲了減緩塗層老化，停放時只能放在恆溫恆溼的機庫裡，現在F-22戰鬥機噴塗的隱身塗料是F-35戰鬥機，但這種新一代的隱身塗料也有問題，經常發生大面積脫落。

F-22戰鬥機採取外形修飾和吸波塗層後，雷達反射面積只有0.01平方米，而F-15戰鬥機則達12平方米，預警雷達對F-22戰鬥機探測範圍只有不到20千米，F-22戰鬥機如果被雷達發現，雷達會當其是飛鳥而自動過濾掉，但這只是極小值，不同波段雷達和不同的方向對F-22戰鬥機的發現距離不一樣，F-22戰鬥機對米波搜索雷達效果不好，在波長40釐米時的F-22機頭雷達截面積是0.4~3平方米，機身側向是10平方米，波長2米時機頭達10平方米，米波段爲1~5平方米，分米波波段爲0.1~1平方米，要對米波雷達隱身就要加厚到飛機飛不起來，不過米波雷達分辨率非常差，無法精確定位。

對於常見工作波長爲2.4-3.75釐米的防空導彈制導雷達，對5平方米目標最大跟蹤距離爲37千米，對0.0001平米-0.01平米的F-22戰鬥機跟蹤距離只有6-10千米，常見的機載火控雷達都是釐米波段，對5平方米目標的探測距離爲120~150千米，跟蹤距離爲80~100千米，在無干擾時對F-22戰鬥機探測距離只有20~35千米，跟蹤距離不過13~25千米，F-22戰鬥機在50千米外就可以發射AIM-120C空空導彈，這時敵方戰鬥機雷達還沒發現F-22戰鬥機，等敵方戰鬥機能夠看見F-22戰鬥機時，F-22戰鬥機已經脫離戰鬥，這就是F-22戰鬥機在空戰中的絕對優勢。

三：殲-20戰鬥機的隱身設計

殲-20戰鬥機的外形隱身設計幾乎和F-22戰鬥機一模一樣，菱形機頭，大量運用傾斜面，正面看略顯偏窄，側面看稍顯厚實，這樣就抑制了鏡面反射和角反射體反風擋玻璃鍍有反射膜，阻斷了座艙內部的角反射體反射，機身沒有面朝前方和側面的正垂直面，機身機翼線條都相互平行，沒有未經處理過的凹槽，所有氣動面之間沒有出現90”夾角，口蓋和縫隙都被設計成鋸齒型，正面縱軸30度內雷達反射面積001-0.03平方米，正側面爲0.2-0.4平方米，殲-20戰鬥機在研製早期就跳過了鐵氧體隱身塗料，採用了四川成都中科院光電技術研究所的SH6複合多元膜。

這種材料表層是0.8毫米的印刷電路板，內層是0.04毫米的半導體和銅片，底層是7毫米的蜂窩狀材料與機體隔離開，還極大降低機體紅外輻射波，膜的總厚度只有鐵氧體隱身塗料的十分之一，每平方米僅重0.7千克，通電後可以吸收各種波段，而且可以在0.7到1.9GHz的波段之間調整，可使8~40GHz頻段內的雷達波衰減10-15db，北約防空預警雷達工作頻率是0.3到1GHz，薩德反導系統雷達也只在10GHz，高頻雷達也不會超過20GHz，這種還極大降低紅外輻射波，這是全世界最好的隱身材料，飛行後不用保養，普通機庫就可以隨便放。

離子體可以吞噬電磁波，電磁波被吞噬後就無法傳出，讓戰機突然從對方雷達幕上消失，這個技術是美國在70年代先發現的，但美國始終無法解決高耗能與設備巨大的問題最終放棄，2019年的第十五屆中國航空學會青年科技獎獲得者是空軍工程大學吳雲的等離子技術，殲-20戰鬥機在進氣道入口有等離子貼片，產生的等離子體可使進氣道雷達反射面積減少到原來的0.1%，進氣道由許多細小零件和各種曲折形狀葉片組成，幾乎可以完整地反射雷達波，是飛機雷達回波最明顯的地方，F-22戰鬥機的加萊特進氣道在80年代是最先進的技術，權衡了隱身性能和進氣性能。

但需要附面層隔離裝置和配套的排氣孔和放氣門，這些裝置增加了不小重量，但超音速狀態下總壓恢復係數好，超音速總壓恢復係數是由進氣道出口處氣流的總壓與來流總壓的比，一般總壓恢復係數都小於1，如果總壓恢復係數小，衝壓比就會減小，大的恢復係數意味着能夠良好的適應作戰環境，F-22戰鬥機在1.8Ma速度下爲0.88~0.90，2.0Ma速度下爲0.83以下，而殲-20戰鬥機的DSI進氣道取消了附面層隔道、泄放系統和旁路系統，用鼓包阻擋了凹腔體散射，總壓恢復係數在1.8Ma是0.96。2.0Ma速度下爲0.92，但DSI進氣道需要非常複雜的風洞計算，這世界也只有中美能搞得了。

座艙有一大堆儀表、按鈕以及飛行員身上的金屬物品，雷達波會在座艙內會形成強烈的反射源，普通飛機玻璃艙蓋就算在艙蓋上鍍一層鋼錫金屬鍍膜也難以全部過濾滲透進的雷達波，設計隱身戰鬥機要兼顧座艙系統分佈和電磁兼容，F-22戰鬥機的座艙蓋受限於早期技術條件和工藝上的不足，採用注射成型技術再鍍上一層膜，殲-20戰鬥機的座艙蓋是一體成型，這個座艙蓋也只有中國可以製造，美國當然也可以，但隱身、透光、保溫上都要弱一些，總的來說殲-20戰鬥機的外形隱身設計上比F-22戰鬥機有2-3db的優勢。

四：殲-20戰鬥機的弱點設計

除了高度隱身能力，殲-20戰鬥機的設計還要求有高機動格鬥能力，在發動機還沒跟上的情況下，殲-20戰鬥機2.1-2.2的升力係數遠高於F-22戰鬥機的1.7升力係數，阻力系數比F-22戰鬥機小10%，滾轉時在速度沒變化，高度快速增加情況下每秒機頭可轉向60度，盤旋時每秒達45度，速度近120米/秒，爬升率超過500米/秒，所有飛行包線都達到了一級品質，敏捷性和操控性可“秒殺”全世界所有現役戰鬥機，這一切都歸功於比一般飛機複雜得多的升力體加邊條翼加鴨翼加V型全動式垂尾的氣動佈局，這種佈局"除了繼承了鴨翼和邊條的升力效果外，還提升了超音速飛行性能和渦流的控制和使用程度,。

殲-20戰鬥機的鴨翼可以說是戰鬥機的巔峰設計，鴨翼產生的渦流吹至垂尾時，可以整體"轉動”的垂尾將渦流擋在垂尾周圍，鴨翼和垂尾的總面積接近機翼翼面積的一半，三者持續做功產生升力，在大迎角時非常有利於盤旋，起飛降落時也會提供非常大的正升力，讓殲-20擁有了良好的短距起飛和降落的能力，但鴨翼會破壞機體隱身，F-22戰鬥機在設計之初就考慮過使用鴨翼技術，但是由於技術水平和資金不允許導致被否決，中國通過研製殲10戰鬥機已經克服了鴨翼的數字模型和氣動設計等難關。

殲-20戰鬥機按照邊緣俯視投影平行原則設計的鴨翼結構面積和修形做到了盡善盡美，前後邊緣吸波尖劈結構，被鴨翼前緣反射的雷達波不會繼續照射到機翼前緣，整體採用了雷達信號特徵比金屬材料小得多的碳纖維增強高性能複合材料，隱身特性和常規佈局相當，巡航飛行時計算機還會根據機身姿態給出鴨翼實時角度和合理的偏轉角度，飛行員可根據情況讓鴨翼上反，機翼下反，高隱身狀態下鴨翼一般不偏轉，隱身要求不高的大機動或近距格鬥，鴨翼纔會大角度編轉。

殲-20戰鬥機獨特的腹鰭也被認爲是破壞隱身，但這腹鰭是點睛之筆的專業氣動設計，它巧妙地提高了飛機的操縱性，增加航向的穩定性以及大迎角機動下的氣動效率，同時也敷設有可以降低5dB~10dB雷達反射面積的隱形材料，並不會拉高側向及尾部的雷達反射面積，最重要一點是能夠遮蔽發動機噴管，殲-20戰鬥機的後半球隱身效果比F-22戰鬥機差，主要靠在發動機尾噴口高溫塗層和鋸齒修形，鋸齒可以能將雷達波“發射”到其它角度，能夠有效抑制X波段和Ku波段，同時擴大噴管的出口，增加冷卻氣流，這樣就可以降紅外特徵。

五：結語

殲-20戰鬥機集先進的隱身性、綜合航電系統和超機動性於一身，是中國航空工業的嘔心瀝血之作，每一個細節都有獨有的奧秘，設計之複雜不是隨便一個國家能造出來的，僅升力體加邊條翼加鴨翼加V型全動式垂尾的氣動佈局吹風洞就沒任何一個國家能辦到，而且還要各種隱身修型，艙蓋鋸齒計算，難度太高，相反F-22戰鬥機的氣動佈局就簡單得多(其實也不簡單，克希德公司在研發時共吹2.5萬小時的風洞)，很多修型可直接照搬，儘管如此，土耳其的可汗，韓國的KF-21也要拿去美國吹風洞，這兩型所謂的隱身戰鬥機純粹就只有個外形是第四代戰鬥機的樣子，無論是隱身塗料，發動機，航電都是次貨。

而且製造殲-20戰鬥機的金屬3D打印技術，液態金屬電磁約束成形技術，超塑成形/激光焊接技術，鈦合金、超高強度鋼技術都是頂尖技術，使殲-20的空機重量成功的控制在15噸，而F-22戰鬥機主承力框體超出了西方的4-6萬噸級模鍛壓機加工能力，只好分成幾個部分分別鍛造後焊接，焊接時還要焊縫處留出強度餘量，太過複雜的機身承力結構採取鑄造法，但鑄造件尺寸精度低，容易產生氣泡、沙眼、疏鬆，又要加大設計餘量，這導致了F-22戰鬥機比殲-20戰鬥機短2米，但重量達19噸，美國都這樣了，其他國家更不用說了，就算設計出殲-20戰鬥機，他們也造不出，所以還是學F-22戰鬥機容易多了。