【四代机横空出世!】 四代机

　　近日，国内各大军事网站陆续贴出了我国第四代（这里采用传统西方划代方法，俄罗斯标准为第五代）战斗机原型机的照片，并报道其于1月11日首飞。从座舱旁边机身折线下明显喷涂的“2001”字样可以判断，新一代战斗机的代号为歼-20（以下暂且如此称呼），已经露面且进行地面滑跑试验的为第一架（01号）原型机。通过分析不多的图片，我们还是能够粗略掌握一些基本特点，并在其基础上合理推断。
　　
　　总体布局及隐身措施
　　
　　这次露面的第四代战斗机原型机采用了单座、双发、双垂尾、上单翼、两侧进气的鸭式布局，而非美国F-22采用的常规气动布局。从照片上看，设计人员为了实现雷达隐身目的，主要采取了以下措施：
　　翼身融合。翼身融合并非新技术，美国人早期在探索隐形技术时就有所采用，如SR-71战略侦察机和B-1B战略轰炸机均通过使机身、机翼等部件圆滑过渡，消除或减少飞机各部件之间的夹角，进而实现减少雷达反射截面积（RCS）的目的，以后的F-16、幻影2000、苏-27以及我国的歼-10等战斗机均采用了此项技术。歼-20采用这种设计，不仅有利于减轻结构重量，改善机身截面积分布，降低超音速阻力，且在增升和减阻方面效果显著，更重要的是，这样有利于隐形效果。
　　主要机体部件相互平行。歼-20主要机体部件（如机翼、鸭翼的前缘）在水平投影面上相互平行，前机身进气道向外倾斜的侧壁和垂直尾翼相互平行，左右相对的垂直尾翼和腹鳍相互平行，垂直尾翼后缘和腹鳍后缘在垂直投影面上相互平行，进气道唇口外缘线和腹鳍前缘在垂直投影面上相互平行。此种设计思路也是以F-22为代表的第四代战斗机的共同特点，其原理是将雷达反射波集中到几个窄波束内，使飞机在其他方向上的雷达反射截面积尽可能实现最小。
　　特殊的机头形状。所有第四代战斗机的机头均采用类似YF-22的尖锥状机头或F-22A的尖顶拱形机头，其垂直截面基本呈菱形，机头段上下部分之间具有明显的折线。如此，可以将大部分雷达波散射到非辐射源方向。我国歼-20也不例外，其折线从飞机最前端开始，向后延伸并和发动机进气道上唇口线相连，再往后就是鸭翼、边条翼和主翼，最后面的尾撑也大致呈菱形。
　　垂直尾翼外倾。为了避免雷达回波，设计第四代战斗机必须杜绝大而平的垂直面，导致拥有外倾的双垂直尾翼成为第四代战斗机的外部特征。例如，美国F-22垂直尾翼外倾28°，F-35的垂直尾翼外倾25°，估计歼-20的垂直尾翼外倾角大约是25°。受F-117、F-35等机型的共同影响，歼-20原型机垂直尾翼的形状接近，面积相对较小，绝大部分活动面与固定面的分割样式与F-117非常相像，而后掠程度更接近F-35。
　　DSI进气口。其特点是在进气口前方的机身上有一个鼓包状突起，利用它对吸入进气道的空气进行预压缩，同时吹除影响发动机进气效果的附面层。这样，既取消了传统超音速进气道上的复杂结构，降低了结构重量，还有助于降低正前方的雷达反射截面积。
　　S形进气道。S形进气道可以有效防止敌方雷达波束照射到发动机的风扇或压气机叶片上，从而避免强烈的雷达回波，估计歼-20会将S形进气道和DSI进气口作为一个有机整体进行设计。
　　武器内置。武器内置是第四代战斗机的共同特点，只是现在无法判明歼-20的弹舱如何分布。如果和F-22A一样，则在机腹部设有可以携带炸弹、中程空空导弹的主武器舱，在进气道外侧各有一个可以携带近距格斗导弹的小型弹舱；如果像F-35那样，则武器舱全部布置在机身腹部。从照片分析，歼-20不可能像俄罗斯T-50战斗机那样，除机身腹部的两个主武器舱外，还在紧靠翼根处分别设计一个用于容纳近距格斗导弹的小型武器舱。而从鸭翼远离机翼的情况看，设计人员很有可能在进气道两侧为容纳格斗导弹预留了空间。
　　锯齿形舱门边缘。很明显，歼-20原型机的起落架舱门和减速伞舱门均有锯齿形边缘，进而推论其武器舱门、检查口盖、冷却空气进排气口、天线等部件的边缘为锯齿形或呈某种角度布置。
　　其它措施。机身外表光滑，不像歼-8、歼-10A那样有很多突出的进气口和天线。菱形机翼（或介乎三角翼与菱形翼之间的）翼尖有切角，以增强隐身效果，所有可动操纵面（如鸭翼、襟副翼、垂直尾翼等）与其他部件相连处都有切口，机翼和机身广泛应用复合材料，关键部位涂覆雷达吸波材料。以整体气泡式座舱盖为例，不仅外缘轮廓看起来和F-22类似，且内壁估计涂有金箔，以减少雷达反射信号。
　　除此之外，2001号原型机还具有以下技术特点：
　　1、类似歼-10战斗机，具有鸭式布局，机翼和鸭翼分别有下反角和上反角，机翼拥有全翼展前缘机动襟翼，后缘安装有大面积襟翼和副翼。为了增强机动能力，机翼有一定扭转。
　　2、为了获取较好的机动性，势必要求飞机拥有较小的翼载，为此就必须拥有较大的机翼面积。鉴于该机是双发重型战斗机，其机翼面积将大于歼-8和歼-10（歼-10翼面积大概40余平方米）。考虑美国F-15的翼面积为56.5平方米，F-22A的翼面积为78平方米，苏-27的翼面积为62平方米，估算歼-20的翼面积（不含边条翼）大约为70平方米。
　　3、系国内自行研制的第一种双垂尾布局的战斗机，这主要是为了提高超音速飞行时的有效舵面面积，提高操纵性能。该机安装的全动垂尾在降落或减速时还可以起减速板的作用，故由此推断，该机和F-22一样，不会安装有减速板。因两台发动机相距较近，垂尾坐落在机翼后部的尾撑上，相距较远。垂尾向下是外张的双腹鳍，垂尾与腹鳍的夹角大概有130°。这样看，歼-20原型机的尾部布局有点像俄罗斯米格1.44技术验证机，不过歼-20原型机的腹鳍位置比较靠后。
　　4、机身长度大概和歼-8Ⅱ、苏-27差不多，联系进气道唇口较薄，表明追求较高的飞行速度（包括超音速巡航）。不过，机身侧面投影有些“平庸”。因上单翼和主起落架安装位置的缘故，歼-20和F-22一样，机体距离地面较近。
　　5、向前收起的前三点式起落架。歼-20的主起落架似乎是支柱式单轮，有很长的支柱与翼根处的机体相连，起飞后主起落架向前收入机身侧面舱内。主起落架舱门为两片，面积较大，前起落架也为单轮，和F-22类似，拥有双股轮叉。单片式前起落架舱门的位置和收放形式与F-35类似。
　　6、减速伞舱位于垂直尾翼前缘的后机身背部中央。
　　7、安装有低压编队灯，可帮助飞行员全天候编队飞行，这在国产战斗机上很少出现。歼-20原型机的低压编队灯分布在垂尾前缘靠上位置、“2001”字样上面、鸭翼下面和机翼上表面等处。
　　综合来看，如果不考虑外形隐形因素，歼-20战斗机原型机很像俄罗斯米格1.44技术验证机，其俯视投影、机身尾部特征、双腹鳍等尤其相像，但在进气道、垂直尾翼等处有很大不同，而追求机动性和高速飞行的设计思路应该近似。
　　由于缺乏准确的参照物，尚无法判明几何尺寸，但歼-20肯定是重型战斗机无疑。2001号原型机翼展超过13米，机长超过20米，机高不足5米。在遂行空战任务时，以发动机总推力260千牛计算（原型机发动机），飞机的推重比假设1.3，正常起飞重量应为20吨；以发动机总推力300千牛计算（定型机发动机），飞机的推重比假设1.4，正常起飞重量为22吨。如果是转场飞行或非隐形状态，最大起飞重量将超过30吨，最大载弹量超过10吨。
　　
　　机动性和隐身性能的折中
　　
　　仔细观察歼-20原型机的照片，虽然具有许多美国第四代战斗机的外部特征，但也有许多与隐形相悖的设计：鸭翼后缘、机翼后缘在水平投影面上并不平行；发动机尾喷管较靠后，没有任何遮蔽，且采用传统的轴对称样式，没有采用F-22战斗机F119发动机的二元矢量喷管设计；面积较大的腹鳍尽管具有和垂尾一样的倾斜度，但毕竟反射雷达波；襟副翼做动筒整流罩虽然像F-22那样进行了修形，但还是偏大。因此，歼-20原型机的整体隐身性能不及F-22A，应与F-35和T-50大致相当，雷达隐身效果在前向、侧向还不错，但后向较差，红外隐形工作还要很多需要完善之处。
　　不过，从鸭翼、边条翼、全动式差动垂尾、全翼展襟副翼、腹鳍等因素来看，歼-20原型机的大迎角飞行性能及超机动性能应该相当不错。例如面积相对较小的鸭翼不仅能够为飞机提供附加的升力面，而且因远离机翼，能提供很大的控制力矩，鸭翼和边条翼结合形成的涡升力能够极大提高飞机的大迎角飞行能力。
　　一般认为，第四代战机应具备“四超”能力，即超隐身能力、超机动能力、超音速巡航能力和超视距打击能力。由于隐形和机动性一定程度上存在矛盾，设计必须在两者之间权衡。显然，歼-20将超机动性放在了第一位，把隐身性能放在了第二位，这恐怕与我军积极防御的战略思想以及对未来空战的看法密切相关，这与美军战略目标有着很大区别，相应地在第四代战斗机的性能要求上也不尽相同。
　　随着新型结构材料、固态电子器件、高速数字计算机在机载火控雷达和中远程空空导弹上的应用，新型火控雷达的搜索与跟踪距离大幅增加，敌我识别能力得到提高，新一代中远程空空导弹的飞行速度和机动过载能力得到了空前的发展。以美国AIM-120为代表的第四代雷达制导中程空空导弹，在1992年12月27日成功击落一架伊拉克米格-25战斗机，标志着超视距空战时代到来。近年来，我国的空空导弹和火控技术也取得了跨越式发展，半主动雷达制导中程空空导弹“霹雳”-11、主动雷达制导中程空空导弹“霹雳”-12、新型脉冲多普勒雷达逐步列装。另外，在第四代格斗导弹和新一代头盔瞄准具研制成功后，我国战斗机的近距格斗能力也将获得飞跃。
　　假想歼-20战斗机服役之后空战情景：歼-20在空警-2000预警机的引导下，迅速抢占有利空域，待敌人的隐形战斗机距我还有100公里，我军率先发射“霹雳”-12中程空空导弹。都具备隐身能力的敌我双方在第一轮的较量中互有胜负。很快进入胶着的近距离格斗状态。尽管敌机的全向隐形能力优于歼-20，但我机凭借优异的超机动性能、头盔瞄准具和具有大离轴角发射能力的第四代格斗导弹，最终还是在近距离格斗中击败敌军。
　　
　　我国第四代战斗机的技术基础
　　
　　继美俄之后，歼-20标志着我国成为第三个能够独立研制第四代战斗机的国家，这个惊人的研制进度不是偶然的。
　　近年来，我国战斗机研发能力有了长足进步，对此贡献最大的莫过于对俄罗斯苏-27战斗机的引进和学习，为我国航空工业提供了可持续发展的平台。这不仅表现在能够生产改进歼-11战斗机，更表现在消化吸收苏霍伊设计局的基础技术，指导国内自主研制新型战斗机、战斗轰炸机、高级教练机等，歼-10、FC-1、歼轰-7A、L-15等新型军用飞机的研制，帮我国在研制第四代战斗机之前进行了技术储备。相比而言，我国战斗机从第二代向第三代过渡时，仅有歼-7和歼-8可供积累技术与经验，因此研制第三代战斗机艰辛颇多。
　　2005年夏初，“枭龙”战斗机披露采用了类似美国第四代战斗机F-35的DSI进气口设计，2006年4月开始试飞的“枭龙”04号原型机正式标志着该技术被我国掌握。而鸭式布局从夭折的歼-9战斗机开始就研究了多年，在歼-10上成功应用，也为歼-20积累了宝贵经验。
　　第四代战斗机一般会大量采用钛合金、复合材料和雷达吸波材料，这些在歼轰-7A和歼-10上已经大量使用。最近，C919大型客机采用先进复合材料的后机身段样件已经顺利下线。不仅标志着我国大飞机研制的关键技术取得突破，而且标志着国产复合材料的性能及加工能力已满足大规模使用要求。而雷达吸波材料在我国也已研究多年，不会影响第四代战斗机的研制进度。
　　20世纪80年代，机载无源相控阵雷达初获应用。进入21世纪，机载有源相控阵雷达（AESA）技术迅速发展，极大提高了机载火控雷达性能，被国外作为第四代战斗机研制和第三代战斗机改造的首选配装雷达，成为衡量新型战斗机先进与否的重要标志。网上公布的歼-10B照片，其雷达罩并非与雷达安装隔框齐平，而是向后倾斜，即上长下短。联系到美国F-16E/F的AN/APG-80等有源相控阵雷达，都采用有利于减小雷达反射面积的后仰安装方式，再考虑到歼-10战斗机雷达罩的开启方式不像苏-27那样向上折叠，可以推断歼-10B已经安装有源相控阵雷达。歼-20所用有源相控阵雷达绝非从零开始研制，必然与歼-10B雷达密切相关（飞机厂家相同）。至于歼-10采用的数字式电传操纵（FBW）技术，肯定会对歼-20同类技术有所影响。再从歼-10B的照片分析，该机已经强化了电子战设备，我们有理由相信这些成果将合理地改进完善，用在歼-20战斗机上。
　　国内在上世纪研制歼-10的时候，因技术储备不足、经验欠缺，导致研制进度缓慢。现在中国航空工业的人才队伍和技术能力都大有进步，加之有雄厚的资金保障与军队的迫切需求，相信歼-20战斗机的研制进度不会重复第三代战斗机研制的挫折与辛酸。
　　
　　有待澄清的事项
　　
　　F-22战斗机为其他国家研制第四代战斗机提供了参照，也成为衡量后来者先进与否的标准。在分析、评价歼-20战斗机时，根据原型机照片，我们可以作出一定的分析判断，但也有相当多的东西尚存疑问：
　　腹鳍。设置腹鳍是冷战期间东方国家战斗机的传统，例如苏联米格-21、苏-27，我国的歼-8、歼-10等，而美国战斗机很少使用。由于包括腹鳍在内的安定面或垂直面将增加雷达反射截面积，美国B-2隐形轰炸机、X-36技术验证机、X-45无人机等甚至取消了垂直尾翼，为了保证隐身性，俄罗斯T-50战斗机原型机也一改往日风格，取消了腹鳍，并减小垂直尾翼。有人认为歼-20原型机上的腹鳍可以遮蔽发动机尾喷流的红外辐射。其实，01号原型机上安装的腹鳍无法对发动机尾喷流进行有效遮挡，至于歼-20是否能像FC-1原型机那样开始保留翼刀而最终取消，在试飞过程中取消腹鳍，现在无法确认，不过可能通过加大垂尾面积而增强航向稳定性，从而取消腹鳍。
　　外形与几何尺寸。由照片分析，歼-20原型机的机身长度很有可能超过F-22，达到歼-8和苏-27的水平。当初美国YF-22的机身长度达到19.56米，后来军方要求F-22A的长度控制在19米以内，还对机头、机翼、平尾、垂尾等部件的形状进行了优化，使之更符合隐形要求，改善重心分布和超音速机动性。由于2001号飞机毕竟是歼-20第一架原型机，完成试飞之后，外形和几何尺寸很有可能会有调整（如将发动机前移，使垂尾和尾撑能够有效遮挡尾喷流）。这也符合从原型机到定型投产的一般规律。
　　座舱。美国的F-16战斗机为应对大过载飞行对飞行员造成的不利影响，将零-零弹射座椅设计成可向后倾斜30°。相应地，传统的中央操纵杆被侧置操纵杆所取代，以方便飞行员在半躺的姿势中双手正常握杆。由于这种设计在高机动飞行中具有很大优势，被一些战斗机采纳，如法国的“阵风”、美国的F-22A和F-35等。与此同时，考虑到信息化及空战态势感知的要求，战斗机实现了玻璃化座舱，进一步取消了多功能显示器，代之以整块大屏幕，这个进步也与综合航空电子系统的发展密不可分。从照片上看，歼-20原型机似乎安装了在歼-11B上使用的广角全息平视显示器，但尚待观察的是：批量生产的歼-20战斗机是像F-22那样，依然保留平视显示器和多功能显示器，还是像F-35那样，座舱内装整块大屏幕并辅以头盔瞄准具；是采用我军传统的操纵杆，还是像F-16那样改用侧置式操纵杆。
　　光电传感器。光电传感器是一些战斗机配备的信息收集设备，好处是不向外辐射无线电信号，有助于减少被敌人发现的概率。我国的歼-10B和苏-27系列战斗机还装备有红外搜索装置，第四代战斗机中，美国F-35和俄罗斯T-50也装有此类装置。目前在照片中尚未发现2001号原型机安装有光电传感器的特征，估计今后将会安装更加先进的光电传感器。
　　机炮。战斗机装备的机炮一般用于近战。第四代战斗机因隐形需要，在遂行空战时将原来外挂的武器放在内置的弹舱中。在近距离格斗中，万一舱门打不开，就无法发射导弹。隐形飞机携带格斗导弹的弹舱一般载弹量有限，如果面对敌机数量较多，红外制导的格斗导弹将很快消耗完毕。因此配备航炮就显得十分必要。不过，美国F-35A/C因主要担负对地攻击任务，没有安装固定机炮，只有海军陆战队使用且供出口的F-35B可能会安装27毫米机炮。之前，英军装备的第三代战斗机“台风”因经费问题，已经拆除了27毫米固定机炮。随着空空导弹技术的进步，有人认为保留机炮已无必要。而歼-20战斗机是否保留机炮值得关注。
　　
　　结语
　　
　　美国F-22为其他第四代战斗机树立了榜样，也成为别国参照的基础和追赶的目标。但事实上，有能力设计第四代战斗机的国家（尤其是我国），应根据自身战略思想进行合理选择，充分发挥后发优势，突出自身特长，以某种突出的优势弥补技术缺陷，不要片面追求“大而全”，而是突出重点，力争先突破后完善，这才是发展第四代战斗机要解决的最根本问题。
　　我国第四代战斗机原型机在继承与创新之间取得了较好的平衡，某种程度上说，先进与落后并存。设计人员在机动性与隐身性能之间力求统筹兼顾，进行了一定取舍，即在不忽视隐身性能的基础上，更加重视机动性。这种设计思路看似预料之外，实属情理之中，因为我国的航空工业基础比较薄弱，歼-20原型机上存在的某些问题可以留待以后分阶段升级改进，不可能一步到位，而改进之后的歼-20必将成为一款非常优秀的第四代战斗机。至于目前需要做的，就是保证歼-20及早试飞，及早发现问题，及时改进。
　　按照常理判断，估计歼-20目前只有两架原型机――2001号作为飞行平台，在完成地面滑跑试验后，很快就要试飞，之后进行一系列飞行测试；2002号应该用于静力破坏试验。为了加快研制进度，降低研制风险，估计还会有更多的歼-20原型机和特殊改进/新建的技术验证机加入试飞行列，分别承担飞行性能、隐身性能、动力系统、航电、武器等试飞科目。
　　歼-20作为一款第四代重型战斗机，尽管已有美国的F-117、F-22、F-35以及俄罗斯米格1.44、苏-47、T-50等成功机型和技术验证机可供借鉴，但考虑到F-22正式研制过程超过20年，估计我国第四代战斗机需要到2020年前后才能装备部队并形成作战能力。
　　在中国空军未来的装备序列和战术想定中，歼-20战斗机将主要用于夺取制空权，歼-10B等第三代战斗机改进型将更多地担负多用途灵活任务。在中国海军航空兵未来的装备序列中，歼-20将有可能衍生出舰载型号（至少借鉴歼-20的成功经验和关键子系统），而酷似苏-33的我国第三代舰载战斗机应该仅仅作为过渡型号，用于探索舰载机的研制和战术规划等，配合我国航母战斗群早日形成可靠战斗力。综上所述，歼-20能否最终成功，对于中国航空兵力量（海空军）、航空工业乃至国民经济工业基础都将有难以估量的巨大作用，必将在新世纪伴随中国崛起的步伐傲然于蓝天之上。