现在,已经有很多人在谈论六代机了,但是六代机再激进的预计也是在15年甚至更远的年代之后了,这期间要是发生战争,主要拼的还是五代机。
这就有个问题,五代机还要不要再发展了!
军事装备圈有句不灭的箴言:凡是拿出来让你看的,就已经落后了。
中国空军长春开放日最耀眼的还是歼20,不管是菊花转,还是高速猫鼬,还是四机对飞,很多人都没有意识到,眼前的歼20已经落后了,真正更先进的歼20B已经悄悄的进入中国空军成为新王者。
本来歼20已经是世界重型隐身战斗机中的王者,而歼20B将是王中王!
新歼20B到底什么样?这一直是一个迷,但绝不是下面这张图上的歼20
真正的新量产歼20B就是粗脖子(又称高背型),放大图片仔细看,图上的歼20没有升高机背与驾驶舱,显然是老型号的歼20。
粗脖子或者高背型歼20比起老歼20肯定是大有乾坤,怎么说呢?距离2011年已经过去了12年,这12年间,中国的科技水平提高的速度是以前几十年的几十倍,是鲤鱼跃龙门的12年,是发展变化日新月异的12年。在这12年间许许多多新技术、新材料如雨后春笋般的涌现出来。
2011年冻结的技术已经落后是肯定的
2011年首飞的歼20是国家重大重点项目,但是按照一般规律,当年的歼20采用的都是2011年以前的技术。又因为需要规模生产,所以歼20的制造工艺、技术规格都“冻结”在了2011年(大规模生产的产品,技术一旦冻结是不许随便改动的),在这12年间,歼20早期冻结的各项技术已经落后于时代的发展。特别是近十年,许多更先进的科技成果整体碾压过去几十年的发展积累。那么,采用新技术、新材料、新航电、新发动机的迭代型歼20怎么会错过这个机遇呢?这是毋庸置疑的。
别的不说,新歼20必须是里外三新,不但面子(专业名词叫气动外形)焕然一新,里子(新材料、新结构、新航电、新发动机)也是今非昔比。
最大的改进之一:换装升级版涡扇15B发动机
粗脖子型,由于军迷没有实际的规格数据可以参考,主要特征就是驾驶舱抬高了,貌似脖子粗了,其实从气动外形设计上讲,一架高速飞行器,改一点点都是牵一发动全身的大事。比如,因为有了更大推力(比早期的涡扇15推力更大的改进型涡扇15B),就要设计适应发动机推力变化的新的气动外形,比如,需要不需要进一步增加机翼面积,进一步减小翼载荷?因为翼载荷越小,机动性就越强,类似我们常说的“身轻如燕”。
涡扇15B的推力至今仍然是保密的,但是一般认为,早期的涡扇15最大推力是18.5吨,已经超过美国的F119发动机,新的涡扇15B的推力肯定更大。主要是采用了耐更高温度的新研制的涡轮粉盘以及新单晶涡轮叶片,使涡轮前温度再次提高,推力更大,具体提高了多少?按照一般规律,怎么也可以提高到以吨为标准吧?
下图,涡扇15B拥有更先进的推力矢量喷管
下图 注意图上倒数第二行XX15“改进批整机”的描述,一般来说发动机都按照批次生产的,改进批就是改进性能的批次,如果之前叫涡扇15A,改进批当然就是涡扇15B了。
这里要着重指出的是,世界上能造喷气式发动机的国家不超过10个,能造中等推力喷气式发动机的国家只有美中英法俄日这六个国家,但是能造小涵道比战斗机用大推力涡扇发动机(俗称大推)的国家只有美俄中。
现在的状态是,随着F22撤销生产线,美国的F119发动机的发展停滞不前,而俄罗斯为苏57战斗机研发的产品30发动机离量产还有很大的距离,只有中国的涡扇15不但已经装备歼20,更加强悍的升级版涡扇15B也将配装歼20B,大有“沉舟侧畔千帆过,病树前头万木春”之势。
而正在“中国行,我也行”花大力气发展五代机的诸多国家,如土耳其、韩国、印度、伊朗、印尼、瑞典、以色列等国家,不管设想的多么天马行空、天真烂漫,发动机都要依靠进口,最终受制于人,再好的设想也会被套上枷锁,仰人鼻息,这是多么悲哀的事情啊。
一想到这些,内心的自豪感就油然而生,幸福感爆棚!
最大改进之一:气动外形大变化
比如加高座舱为更大的油箱,特别是为更大更长更深的内埋式弹仓腾出空间。那么,就需要根据气动外形的变化设置座舱后的大型整流罩,以克服原有座舱后面产生的紊流与涡流(可以视为气流的有害流动)。字面上,整流罩就是将不顺畅的乱流整理顺畅的罩子。我们都看见过自行车运动员的头盔,头盔后面尖尖的造型就是起到整流的作用,歼20的整流罩也是这个意思,很好理解。
下图 根据网上流传的视频,歼20B起飞距离比较老歼20缩短了近百米,目测主翼面积有所加大,同时与发动机推力大幅度加大有关
下图,高背型歼20B与老歼20的三处不同,新歼20不但升高了驾驶舱,发动机进气道外壁的两个六角形辅助进气道也取消了,另外,分布式光电系统EODAS装在了大型整流罩的根部
下图,空军技术将军李应红创造的我国发动机等离子体隐身技术也会应用到新歼20上,这还是中国空军的独门绝技,别的国家都没有此类技术
按照一般规律,加高驾驶舱必然对全机的气动外形有很大的影响,所谓牵一发动全身,就要在风洞中对全机气动外形进行反复的优化再设计,吹出更加优异的气动外形,使超音速巡航以及超音速机动,还有高亚音速的机动等性能再次提高。
最大改进之一:新材料新工艺大大减轻重量,更结实可靠
进入21世纪第二个十年,我国的3D打印技术异军突起,特别是大型钛合金组件成为我国新飞机设计与制造的首选,仅官宣披露的就有C919大飞机前挡风玻璃窗就采用了世界上跨度最大的5米3D打印钛合金框架。而鹘鹰战斗机更为激进,机身主结构以及后机身发动机框全部采用了钛合金3D打印技术。
(为印证有关新型材料技术,特别是3D打印我国在飞机制造上取得的巨大成就,本文摘录《沈阳飞机所航空3D打印专家王向明院士》一段章节,在文末向朋友们极力推荐阅读,盼各位坚持阅读到最后,将给大家一个极大的惊喜)
这里要着重指出的是,3D打印钛合金技术不但使飞机的结构大幅度减轻,抗疲劳抗过载性能更加提高,说白了就是机身更加结实,最关键的是极大的降低了飞机的制造成本。
简单说,就是西方加工钛合金构件工艺极其复杂。专家形容,一吨的钛合金经过反复锻压再切削加工成型一件构件,几乎浪费掉百分之九十的钛合金材料才能成功,费时费力不说,还需要将小型的构件铆接(拼接)在一起,机身结构用料多,增加死重。(以上省下几万字)
具体到新歼20,在3D打印技术构件的使用上只会比鹘鹰多,不会比鹘鹰少(凭什么比鹘鹰少啊?毕竟是中国空军的主力王牌战斗机,这可不能含糊)笑,多的不说了,这是肯定的。
另外,新歼20在新型复合材料(包括蒙皮)使用上也将大大高于老歼20,至于多少?可以自行脑补,笔者不能贡献50万(本文最后有极为精彩的文章介绍)。
下图,歼20采用了新型的隐身涂料,目前下图所示的公司研发的超材料已经发展到第四代。
第四代隐身超材料涂料更加隐身,而且与机身机翼的寿命一样,基本上是免维护的。第四代应该先进在更加隐身上,RCS值更小,更不容易被探测到,具体是国家机密,不多说了,瞎蒙都不蒙。
隐身战斗机最大的优势就是隐身,隐身涂料在隐身RCS上几乎达到三分之二的作用。为了达到隐身效果,美国的F22与B2都给机身涂抹上一层厚厚的隐身涂料“腻子”,需要经常维护,F22与F35都有厚腻子脱落打坏发动机的例子。
下图,美国空军地勤人员在给B2进气道左边的机翼补腻子
下图 红圈内可以看到F22隐身腻子的厚度,从脱落的厚度看,像烙饼那么厚
最大改进之一:航电将有更大的惊喜
2022年珠海航展上,有网友拍到了歼20驾驶舱内的航电大屏,按照现在的最新说法,能让你看到的都落后了,可以公开展示。简单说,因为采用了二十一世纪第二个十年涌现出来的最新的电子技术(比如氮化镓TR组件等),新歼20的航电技术会再上一个台阶。比如新体制有源相控阵雷达将看的更远,瞄的更准,精度更高,而早已经具备的光电分布式孔径系统EODAS以及EOTS也会更新换代,以适应新的作战体系。
进入21世纪第二个十年,AI技术大发展,人工智能在歼20B上也不会缺席,我们从张昊说用意念就自动起飞的说法上看,老歼20已经有很先进的人工智能,而歼20B可能缺席吗?只会更棒,至于多先进,可以参考歼20双座的诞生,这里就不多说了。
下图 特别注意绿色圈内对歼20B存在的印证
简单小结一下:
纵观二三四代战斗机,很少有迭代型动结构的,比如美国的F16与F15,已经生产了50多年,近60批次,除了按照销售对象国的要求增加了所谓半埋式油箱外,没有一型是升高驾驶舱的新构型。
另外,抬高驾驶舱后,还发现歼20B两侧的进气道也发生了很大变化,原来的两块显著的六角形辅助进气窗取消了,应该是升高驾驶舱的另外一个原因,说明进气量增加了,直接的效果就是适应更大推力的涡扇15B。还有就是可能扩大加长了腹部主弹舱,方便加装更大的空空导弹与巡航导弹以及各型武器装备。
可以预见,歼20B的作战效能又有了很大的提高,战斗力将更加强悍。比如,可以在主弹舱里放置霹雳21这样重型超超远程空空导弹,N百公里外猎杀敌人躲在战线后方的大型飞机,甚至发射远程巡航导弹,攻击远程重要目标。
现在的形势是,美国的F22连生产线都撤销了,本来性能就不如歼20,要想升级换代对付歼20更是彻底无望。而俄罗斯的苏57因为产品30发动机还没有量产,加上隐身性能差歼20一个维度,不管怎么说也不是歼20的威胁,现在的全世界只有歼20稳拿世界第一重型战斗机的头把交椅,如果歼20B再大量生产,中国在重型隐身战斗机这一块必将处于打遍天下无敌手的巅峰状态。
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笔者知识有限,摘录一篇极为精彩的科技文章段落供朋友们汲取营养,这篇文章介绍了沈飞总师王向明院士在3D打印科技上的杰出成果和贡献,可举一反三深度了解新歼20B在采用新材料方面的巨大进步。
这篇文章取自2021年11月中国科学院权威的《科学中国人》杂志对王向明院士的报道》
文章很长,笔者摘取了其中核心片段介绍王向明院士在3D打印技术上取得的巨大成功
摘录如下
拓扑结构是公认的轻量化结构,减重效率可近一半,具有极大应用潜力,受到工程界的普遍关注。王向明认为,拓扑结构属静定结构范畴,任一分支失效都将导致总体破坏。寿命安全如何保障?为此,他提出按寿命设计和稳定性设计所产生的强度裕度等效面积作为裂纹扩展容限区域,分不同情况建立拓扑结构局域损伤容限设计准则。针对拓扑结构机加难点,他还提出了增材快速成坯加表面熔凝精整的低成本工艺方法,机加量减少70%,制造成本也得到降低。
上述研究解决了增材主承力结构创新设计难题,成效显著,零件数量减少2/3、结构减重1/5、疲劳寿命增加1/3。“飞机钛合金大型复杂整体构件激光成形技术”获得了国家技术发明奖一等奖的殊荣,这一项目由沈阳飞机设计研究所负责设计验证,北京航空航天大学负责制造。
△王向明在国家科学技术奖励大会现场
王向明介绍,选区熔化增材制造技术可打印出内部形状复杂的轻质功能件,但常规点阵结构的节点承载能力大都不满足飞机功能结构要求。为此,王向明将点阵结构的节点半径作为设计变量,通过形状优化降低应力集中和重量,由此建立多种拉压承载型节点强拘束微桁架单胞。他提出节点剪切强度计算方法,发现敏感设计参数(微杆半径),并据此建立有效设计手段;打印出散热器、格栅等多种高效功能件,解决了增材高承载功能结构创新设计难题。功效实现质的飞越,功能效率提高一倍、减重近2/5、零件减少95%。
上图,运用3D打印技术制造的零部件,重量仅为原先1/8,换热提高2到3倍
△王向明团队的新一代3D打印技术:重量仅为原先1/8,换热提高2到3倍(图源:网络)
另外,据王向明介绍,飞机战损/战伤比为1∶20,结构战伤占近90%,若无法及时抢修即相当于战损。对此,他提出了补强几何应力集中/填充复合应力集中最小的修理设计方法、浪涌偏差修正方法,建立“四快”修复流程与数据库——设计、评定、制造、修复。主持完成了3类材料、9类构件的地面静态、摇摆动态环境下的工程验证,为保持舰载机完好率提供技术途径。
上述成果应用于多个型号项目,单机用量达复合材料用量的1/7,含5种工艺、9种材料。开辟了增材构件在飞机上工程化应用先河,实现了质的飞越,应用进程保持领先,使我国成为唯一实现增材制造构件在飞机上规模化应用的国家。王向明领衔的“基于增材制造的飞机结构创新设计与工程应用”项目由此获得了国防科技进步奖一等奖。
阅读后记
(全世界的飞机设计师都遵循一个设计理念,就是“为每减轻一克重量而奋斗”!看完这篇激动人心的文章让我们热烈欢呼吧!首先欢呼的是我国成为唯一实现增材制造构件在飞机上规模化应用的国家。第二就是欢呼歼20B运用这项伟大而杰出的技术,性能必将大幅度的提高。根据文章提供的量化的各项减重等数据,歼20B大大减轻的重量,必将反映在大大提高的战斗力上,歼20B比较老歼20必将机动性更强,携带武器装备油料更多,飞的更远,飞的更高,飞的更快,更加无敌于天下。同时,我们也可以从歼20B的身上看到了未来的六代机甚至七代机的身影。忘了一件大事,从这项技术上我们还可以窥见即将登场的轰20大而轻,进而在各项性能上远超B2的身影,这是我们多么大的幸福!)
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