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1、 21年3月1日,歼20的2011号原型机首飞成功.自202年3月2002号歼-20原型机首飞之后,关于歼-20下一架原型机的改进设想经常出现在各大军事论坛上。热情的军迷们根据自己的航空知识对歼20提出了很多改进的想法,从中可以看出民间对歼2未来发展的殷切期盼。随着歼-0第三架试飞用原型机即将亮相的消息出现在网上，大家对这架原型机的期待也越来越高。 果然，这架机身编号为011号的原型机乍一出现,其类似F-22的银灰色涂装就让已经习惯了歼-20传统“黑丝带”涂装的军迷们大呼过瘾。而随着该机首飞后更多清晰图片的流出，这架被军迷们爱称为“董瑶瑶”(编号2011的后三位数字11的谐音）的歼2最新原型机
2、细节上的诸多改进之处也如抽丝剥茧般渐渐清晰起来。在本文中,笔者将根据网友总结出的2011号原型机外观上或大或小的变化，仔细品读2011号原型机的改进思路。 从0到1：编号的意义 对于不熟悉中国军机编号规则的人来说,01这个数字会很容易让人误解为这是歼20的第1架原型机。实际上，从歼1系列飞机原型机的编号规律中就不难分析出2011的含义。 众所周知,歼10基本型的原型机编号是10x,如1001号，13号等；而领先试用批次的歼-10基本型飞机的编号则是101x，如1013号,101号等。作为歼-0的双座改进型，歼10S的原型机编号是102x，如021号，1023号等；而作为歼-1的深度改进型,歼0
3、的原型机编号则是03x，如13号,103号，105号等。 以此类推不难看出,20这个编号至少说明该机在生产批次上已经不同于歼2的前两架原型机，意味着歼20项目开始进入了一个新的发展阶段。如果说20号和202号原型机可以类比为美空军T竞标阶段中的Y-2工程验证机（当然这个比方并不准确,后面会再次提到)的话,那么2011号原型机无疑可以被看做后来进入EMD（工程制造与发展)阶段的F22型号原型机。 工程验证机是为验证新机方案的工程可行性而造的，重在将方案提出的概念性要求和指标变成现实，之后的试飞则是对方案的整体气动和结构的验证过程。而进入型号原型机制造阶段,就要在总结上一阶段验证机试飞数据的基础上
4、,针对飞机在试飞中展现出的性能特点和用户的要求指标进行相应改进,生产多架用于不同科目科研试飞的原型机。 可以说,201号原型机的出现，标志着对歼-0第一阶段验证试飞成果的总结工作已经告一段落,也意味着新阶段密度更大的科研试飞工作即将开始,整个项目开始从实验验证阶段朝着定型装备阶段发展。 明确了这个编号背后的重大意义，也就为下文分析探索0号原型机的改进特点明确了方向。 涂装的变化：从“黑丝带”到“银河战舰” 作为011号原型机最明显的外观特征,该机的机身涂料颜色由前两架原型机的墨绿色变为类似F22的“空优灰，不仅看起来更加熠熠生辉，也更富有战斗机的气势，军迷们甚至将其誉为“银河战舰。从技术上讲，
5、隐身涂料颜色的变化不仅仅是视觉上的效果变化，还意味着其内在技术的进步。 虽然外表相近不一定意味着内容一致,但是笔者仍然可以用F2的隐身涂料为例说明四代机隐身涂料的复杂性。F22的隐身涂料分为三层，第一层密封飞机的蒙皮,减少可能的缝隙，并很有助于粘合第二层；第二层是有着镀银薄片混合聚氨酯材料的导电涂料，用以减少排放源的雷达反射；第三层也就是最外层，表面漆层的性能包括含有金属基材料的涂层,以降低被雷达探测到的风险，同时还混杂着其他材料，以降低其被目视发现的几率.结合001号原型机近期机身涂装颜色的巨大改变,我国在航空隐身涂料科技上最近应该又有了新的突破。 另外，2011号原型机翼面(尤其是垂尾）的
6、涂装呈现出边缘和内侧不同的特点，这一点看起来也和F类似.不过F的这一涂装实际上是一种目视隐身迷彩，使得内侧较深的灰色看起来逐渐向边缘的浅灰色过渡，使飞机的阴影看起来不那么突兀。而在201号原型机的垂尾内侧,边缘与内侧交界处明显贴有黄色的应变片,因此这种翼面边缘不同颜色的现象可能并非涂料造成的,而是贴附的一层新材料所致,很可能是用来测试加强翼面边缘的吸波性能. 气动修形: 从地面测试和首飞图片中观察,21号原型机大体上仍然保持了201和2002号原型机的基本气动布局,说明了歼0基本气动设计的成功性。但是仔细究其细节，可以看到该机几乎在其每一个气动面上都有了或大或小的调整，足见两架原型机三年来试飞
7、工作的深入细致。接下来就让我们从头到脚领略一番11在气动上的新变化。 边条之变: 歼-20出现后，其鸭翼与主翼间的边条很快成为了一个为人所瞩目的特征。盖因在歼-0出现之前，虽然世界上已经有多种战机采用鸭式布局,但是在鸭翼和主翼间采用边条设计的却非常罕见，仅有美国的HiMAT高机动验证机中有此设计。该边条从鸭翼后缘一直延伸到主翼前缘，外形呈圆弧状，设计上十分类似C“枭龙战机的哥特式大边条。 在第三代战斗机和三代半战斗机的设计中,鸭式布局和边条翼布局都是被广泛使用的基本气动布局。对于四代机而言,由于强调超音速巡航性能,在气动外形设计上要提高超音速升阻比,与三代机普遍强调亚跨音速机动性的设计存在显著
8、矛盾，而单纯依靠鸭翼、边条和机翼变弯度措施已经不能完全解决这些问题，事实上这些手段的气动潜力在三代机和三代半飞机上已经几乎用到了极致。另一方面,四代机因为隐身因素武器内置和大油量要求,机体结构重量普遍会有所上升，如果要求亚音速机动性能不弱于三代半战机乃至具备大迎角过失速机动能力的话,还需要寻找进一步提高可用升力系数的措施，于是我国的设计人员想到了鸭翼和边条结合的办法.从201和002号原型机的试飞照片中可以看到,这对边条为飞机的涡升力助力甚大，有效提高了该机的亚音速机动性。而在201号原型机上,边条的设计有了重要改变,其外形改为简单的直线,而且面积有所扩大，边条翼展一直达到前缘机动襟翼附近。改
9、进后的边条和沈阳飞机研究所研制的“鹘鹰第四代战斗机验证机的边条在外形上极为相似,只不过由于2011的边条面积更大,在仰视图中甚至给人一种2011改用了双三角翼布局的感觉。 和原本的哥特式边条相比,现在的设计可能会降低边条拉涡的作用，但是由于面积加大，使得边条对整机升阻比尤其是超音速升阻比的贡献更大.同时，变宽的边条使得力度上减弱的涡流向外移动，能够进一步减小涡流对垂尾的不利影响。而且，直线型设计还避免了哥特式边条的尖拱外形对隐身不利的问题. 除了主边条的改变外,细心的人会注意到，在001和202号原型机上，鸭翼前有一段紧贴进气道唇口的小边条,而这一和F2和F-3非常相似的设计在2011号原型机
10、上被取消了。这个边条虽然尺寸不大,但由于其位置靠前，结合机头棱线设计可以起到涡流发生器的作用,强化飞机整体涡系；另外还能遮蔽其后方的鸭翼转轴,改善正面隐身性能。这一设计的取消意味着飞机机头部分涡流有所简化。 通过分析1号原型机对边条设计的综合改进，可以发现，在歼-20的发展过程中，科研人员对构造复杂涡系，强化大迎角飞行能力的追求正在降低,更加强调对飞机隐身性能和超音速飞行性能的完善。 进气道的修改: 从最早的201号原型机正面照片中就不难发现，虽然该机仍然保留了两侧固定式DSI进气道的基本布局，但其进气道唇口外形和2001/2002号原型机相比有明显变化。随着更多清晰图片的出现,011进气道设
11、计的新特征逐渐浮出水面. 首先是唇口外形的变化.在200和20号原型机上，进气道唇口呈平行四边形,上边缘平行于和机腹处于同一平面的下边缘,这一点和F2类似;而在2011号原型机上,唇口上边缘不再和下边缘平行，整个外形呈现和F35“鹘鹰”类似的不规则四边形，从侧面看明显向下倾斜。 原先的唇口上下边缘平行的布置,符合隐形战斗机设计中的平行边缘原则,对隐形更加有利,但是这种设计对附面层气流的排除不利。在DI进气道设计中，由于鼓包顶部与鼓包周边存在压力梯度差，这个压力差把附面层从鼓包顶部的高压区，压向鼓包周边的低压区,从而降低了附面层气流进入进气道的可能性,这也正是D进气道的价值所在。为了彻底根除附面
12、层气流进入进气道,唇口上缘最好有一个内倾角度，以便溢出的附面层自然从进气道上表面流走.原先的设计由于追求上唇口与下唇口平行，上唇口内倾角度过小,上方附面层流经鼓包后很可能再次流进进气道，使得进气道的优势不能得到充分发挥。 现在的设计虽然对隐形有影响,但是从F-35也应用这样的设计可以说明，这种影响即使存在也属于可以接受的程度。而且这种设计确实有利于附面层气流的吹除，提高进气效率。另外唇口上边缘改为向下倾斜后,机头棱边激发的涡流可以流到脊背去,有一定的增升效果，加强涡系复合,降低巡航状态下的诱导阻力。而且，当飞机产生一定迎角时,进气道上唇口的真实迎角将小于飞机本身迎角，可以延迟涡分离,改善大迎角
13、情况下的涡系分布。 除了唇口的变化之外,2011号原型机在两侧进气道的侧面还各多了两个正六边形蜂窝状开口.通过大量清晰图片可以发现，前开口和后开口上的蜂窝状小孔的外形不尽相同,前开口处小孔的形状似乎更有利于进气，而后开口处小孔的形状更有利于排气。 由于唇口形状发生改变，导致进气道截面积出现变化,其进气流量也会变化，这两个开口用于辅助进气/排气的可能性很大。如果出现低速状态进气不足的问题,前方进气口即可起到辅助进气的作用,而后方排气口则用作排气调节之用。 这种对进气道的详细调整表明，即使现阶段的歼2尚不能获得满足性能指标要求的发动机,但是通过分析使用现有发动机的试飞数据,已有能力针对未来装备型号
14、的发动机的性能诸元对其进气道设计进行相应调整。当然，在歼2未来换装性能更先进的发动机之后，不排除其进气道还有在细节上做进一步调整的可能性。 鸭翼和尾翼的切尖修型: 从最早的2号原型机的图片中就能够看到其全动垂尾的尖端经过了切尖处理.而在其首飞的图片中，我们还能看到该机的鸭翼也做出了类似调整。 从空气动力学的一般规律来看,切尖处理一般是因翼面处在气流载荷比较大的地方,受其影响产生了比较严重的颤振所致。前两架歼20原型机的垂尾外形和5非常相似，不过由于歼20采用的是全动垂尾而非F35的固定垂尾，加之飞机的活动翼面数量多,涡系相对F3更为复杂，即使经过前期风洞试验,也很难做到对不同飞行状态下飞机尾部
15、流场情况的准确预测。此次对垂尾尖端的切尖处理应该是多次试飞后的论证结果，可见歼-2的尾部流场情况应该比预计的更为复杂，对飞机后体的影响也更加明显. 另外，和201/20号原型机对比可见，01号原型机的垂尾面积又有所扩大,这说明科研人员对歼20的方向安定性提出了更高的要求，对于气动载荷变化复杂的全动垂尾来说，扩大垂尾面积对垂尾的结构和动作系统的要求也更高了。 而鸭翼的切尖还带来了额外的好处。根据飞机雷达隐身学的原理，尽可能减少飞机表面的锐角是降低飞机雷达反射面积的重要途径之一。美国的F2和-35由于采用了常规布局，其水平尾翼可以做到前后缘分别与机翼前后缘平行这一所谓“标准隐身设计”，不存在翼面锐角的问题;而采用鸭式布局的歼2如果让鸭翼的后缘同样呈前掠效果的话,会导致鸭翼的展弦比过小,诱导阻力较大而增升性能不足。所以歼20最后仍然采用鸭翼后缘后掠的正常设计，这就难以避免的在飞机鸭翼尖端形成了锐角反射，而切尖处理后能够较好的改善这一问题，同时也如垂尾切尖一样可以降低颤振的可能性。另外，由于前面提到的鸭翼前方小边条的取消，导致鸭翼转轴前方缺乏遮蔽可能影响隐身,因此011号原型机鸭翼内侧的轮廓也做了相应调整。
