去年年底一架神奇的殲-20標誌了該機在生產型上的最新進化,太行發動機意味著殲-20將徹底擺脫對進口俄製發動機的依賴,全新黑色鋸齒尾噴管則填補了該機在隱身設計上的最後一塊短板。
至此在全球三種已經服役和即將服役的四種第五代戰鬥機中,只有F-22“猛禽”採用了2D推力向量尾噴管,其餘三種(殲-20、F-35和蘇-57)都採用軸對稱鋸齒尾噴管,此外全球研發狀態的五代機方案也大都採用這種尾噴管設計,似有一統江湖之勢。
F-22的2D推力向量尾噴管在隱身設計上花費了大量心思,其上下偏流板都為楔形,後緣遵循隱身設計中的平行原則。為了降低噴管表面溫度,偏流板內表面佈滿細孔,從發動機低壓壓氣機引出冷空氣進行冷卻,偏流板的楔形末端也能產生脫體渦加速噴流與冷空氣的摻混。
2D推力向量尾噴管雖然在雷達和紅外隱身上都具有明顯好處,但也帶來了重量大、成本高、存在推力損失等缺點,成為“猛禽”戰鬥機維護成本和工時的消耗大戶。因此在聯合打擊戰鬥機(JSF)啟動時,更具成本效益的尾噴管就成為研發重點。
到1996年末當波音X-32和洛克希德X-35仍在激烈競爭時,普惠和通用電氣這兩個航發老對手也各自推進新型隱身軸對稱尾噴管的研發,旨在提供與2D尾噴管相媲美隱身效能的同時大幅降低成本。
普惠公司在F-16C上測試了低可觀測不勻稱尾噴管(LOAN),透過應用鋸齒設計、特殊的內部和外部塗層以及先進冷卻系統,在保持隱身效能的同時使噴管壽命延長一倍以上。
1997年初,通用電氣也在一架F-16C上測試了類似的低可觀測軸對稱(LO Axi)尾噴管,透過鋸齒、塗層和從發動機艙引氣的狹縫,使尾噴管具有了媲美F-22尾噴管的雷達和紅外隱身能力,同時重量僅為其一半,成本僅為40%。
在充分驗證了軸對稱鋸齒尾噴管的優點後,F-35的普惠F135發動機最終採用了該設計,尾噴管由兩組重疊的15個魚鱗片組成,末端為鋸齒狀,外側魚鱗片以內側魚鱗片間隙為中心。噴管完全擴張時,兩組魚鱗片之間會形成冷卻通道。
這種鋸齒尾噴管透過多種方法抑制紅外輻射,鋸齒後緣會產生脫體渦,可縮短噴流長度並加速摻混。兩組魚鱗片之間的冷卻通道能有效降低噴管表面溫度,魚鱗片表面塗覆有耐高溫吸波塗料,鋸齒邊緣與機身其他邊緣平行,能降低雷達反射。
正是由於鋸齒尾噴管在重量、成本、可維護性上的諸多好處,所以才成為殲-20、F-35和蘇-57的標配,並將對日後問世的隱身戰鬥機產生深遠影響。