去年年底一架神奇的歼-20标志了该机在生产型上的最新进化,太行发动机意味着歼-20将彻底摆脱对进口俄制发动机的依赖,全新黑色锯齿尾喷管则填补了该机在隐身设计上的最后一块短板。
至此在全球三种已经服役和即将服役的四种第五代战斗机中,只有F-22“猛禽”采用了2D推力矢量尾喷管,其余三种(歼-20、F-35和苏-57)都采用轴对称锯齿尾喷管,此外全球研发状态的五代机方案也大都采用这种尾喷管设计,似有一统江湖之势。
F-22的2D推力矢量尾喷管在隐身设计上花费了大量心思,其上下偏流板都为楔形,后缘遵循隐身设计中的平行原则。为了降低喷管表面温度,偏流板内表面布满细孔,从发动机低压压气机引出冷空气进行冷却,偏流板的楔形末端也能产生脱体涡加速喷流与冷空气的掺混。
2D推力矢量尾喷管虽然在雷达和红外隐身上都具有明显好处,但也带来了重量大、成本高、存在推力损失等缺点,成为“猛禽”战斗机维护成本和工时的消耗大户。因此在联合打击战斗机(JSF)启动时,更具成本效益的尾喷管就成为研发重点。
到1996年末当波音X-32和洛克希德X-35仍在激烈竞争时,普惠和通用电气这两个航发老对手也各自推进新型隐身轴对称尾喷管的研发,旨在提供与2D尾喷管相媲美隐身性能的同时大幅降低成本。
普惠公司在F-16C上测试了低可观测不匀称尾喷管(LOAN),通过应用锯齿设计、特殊的内部和外部涂层以及先进冷却系统,在保持隐身性能的同时使喷管寿命延长一倍以上。
1997年初,通用电气也在一架F-16C上测试了类似的低可观测轴对称(LO Axi)尾喷管,通过锯齿、涂层和从发动机舱引气的狭缝,使尾喷管具有了媲美F-22尾喷管的雷达和红外隐身能力,同时重量仅为其一半,成本仅为40%。
在充分验证了轴对称锯齿尾喷管的优点后,F-35的普惠F135发动机最终采用了该设计,尾喷管由两组重叠的15个鱼鳞片组成,末端为锯齿状,外侧鱼鳞片以内侧鱼鳞片间隙为中心。喷管完全扩张时,两组鱼鳞片之间会形成冷却通道。
这种锯齿尾喷管通过多种方法抑制红外辐射,锯齿后缘会产生脱体涡,可缩短喷流长度并加速掺混。两组鱼鳞片之间的冷却通道能有效降低喷管表面温度,鱼鳞片表面涂覆有耐高温吸波涂料,锯齿边缘与机身其他边缘平行,能降低雷达反射。
正是由于锯齿尾喷管在重量、成本、可维护性上的诸多好处,所以才成为歼-20、F-35和苏-57的标配,并将对日后问世的隐身战斗机产生深远影响。