有谁知道歼20的隐身技术是怎么发展起来的吗?
谢邀,首先可以说的一点就是——中国的隐身飞机技术并不存在窃取美国隐身技术资料的事情,所以——题主放的F-117和F-22就有点先入为主了。
歼20是一型我国完全自主研发的战机,这个定性咱们得先说一下。
W君常给大家讲的一件事情就是——“军事装备上的问题实际上是会趋近于某种需求的最优解的”,这和出一道几何证明题是一个概念,不同的人会从不同的角度去解答相同的问题。这也就出现了很多不同国家的武器特别相似的一个现象。
例如一个最典型的案例就是
外观、布局、方案几乎完全相同的Tu-160和B-1B实际上并没有谁抄袭谁的问题。再往日常来说一点的话——难道大家的智能手机都是抄袭苹果的吗?并不是吧?这就是“最优解”能给大家解释的为什么目前大家的手机正面全是一样的原因了。
咱们说回歼-20的技术演进过程,歼-20是我国研发的第一代隐身战机。先说一点“隐身这个光环恐怕太过于耀眼,以至于将歼-20的其他优秀特性都遮盖了”,后面咱们再详细去讲,大家心里先留下个扣。
现代战机的研发过程实际上都是工程学问题。简单的说就是提出一个技术需求指标,然后堆积工程学上的技术积累以达到这个目标的过程。我们的歼-20也不例外同样遵循着这一规律进行研发。
首先我们在研发歼-20的时候隐身战机的概念早在1989年海湾战争期间就已经让世界为之震惊了。当年的F-117进入巴格达投弹如入无人之境。
后来的F-22的公布也给世人一记爆喝——隐身飞机的时代到来了。
之后就ATF的4S概念也就暴了出来——隐身、超机动性、超音速巡航、超感知能力。
但是要注意的一点是——这个4S的概念从被提出就已经落后于真正需求了。有意思吗?同时这也是五代机相对于更难以分类的标准特征。W君基本上很少相信4S能够真正给一个战机带来巨大优势的论调;而更倾向于接受:“五代机应具有全方位隐身特性性——即使在武装,低概率拦截雷达(LPIR);具备高性能机身;安装先进航空电子设备, 利用高度集成的计算机系统,能够与战场内的其他战场元素联网,以便了解战场情况。”的定义方法。
如果要是可以将问题总结到点上,那么就是工程学上的需求。
我们当初对歼-20的设计需求主要有以下几点:
1.超过1.5马赫的巡航能力
2.具有一定的隐身能力
3.全视野感知技术
4.降低飞行员操作负荷
5.具备足够的作战半径
有了这些需求点,结合我们已经成功研制的战机经验就是方案演进的过程了。在任何国家的战机设计中方案演进的过程都决定了某一个战机的家族特性。
最终的演进模型还是恢复到了我们比较擅长的鸭式布局的特性上。毕竟在歼-10的研发过程中我们积累了大量的应用经验。
这个阶段实际上是一个很快速的初级设计阶段。目前的航空工业在这个阶段内主要还是以专家论证的形式来讨论方案的可行性。
方案如果讨论基本通过了就会进入到数字模型的制作阶段。目前航空工业中有大量的CAD/CAM软件可以完成战机的基本设计功能。
这些在计算机内的数字机体是可以进行有限元分析并且可以进行风洞测试的。
在这个阶段中,一架新型号战机甚至不会被制造出来就可以得知大量的基本参数和特性数据。
真的是别小看计算机在现代飞行器设计上的应用价值,就数字风动来说可以模拟的环境比真实建造一个风洞还强。
各种现实风洞中无法测量甚至有危险的测试作业在数字风动中都已经简化为一组参数。
接下来的事情就是——对机体型设计形态进行反复的修正。这是目前一架战机设计中最消耗人力物力的过程。
在这个过程中会引入隐身设计的解决方案,通过在尽量保证气动特性的前提下改变雷达特征。实际上就是一个双跑过程。既要在数字风动中继续调试还需要在模拟的雷达测试有限元分析软件中继续测试雷达反射特性。
而目前这点上中国做的还是在世界上比较领先的,大部分国内的雷达反射特性的测试都是基于浙江大学的一个研究成果来进行的。而且这个成果在国际上还是领先水平。
在各种计算机模型的测试后拿到相对准确的结果后,我们则会开始原型机的建造。
在原型机的基础上会再做出进一步的飞行和性能的真实测试。
这里就可以说明为什么我们的歼-20是完全的一个自主设计了:
在之前的航空工业中,例如洛克希德在设计F-22的时候或者波音当年设计F-15的时候那基本上就是一个很难啃的硬骨头。需要各个不同的环节上都有很多飞行器设计的大师坐镇。图纸一张张的画,原型机出来后一点点测试一点点修改。以至于我们看到的YF-22和F-22根本不是一型的飞机。
从YF-22到F-22的演进过程中改进了5000多个特征点。这个改进量和技术难度在我们现在如果不借助计算机的帮助的话是依然无法完成的。
我们可以说歼-20的计算机设计过程是一个整体上弯道超车的过程,节约了大量本应该用实际的原型机来测试和改进的过程。这些过程都在计算机上完成了——烧电远比烧油和坠机要来的便宜且快速。
因此歼-20的设计团队可以更快速的更大胆的去尝试更多的设想,这一点在歼-20上体现尤为突出。
举个例子,W君曾经说过F-22的加莱特进气道是优于DSI进气道的。加勒特进气道更多的要借助于实际的设计经验,而DSI进气道所需要的设计经验较少。但歼-20的DSI进气道是克服了DSI进气道应变能力差的缺点的一个设计。叫做可调式DSI进气道。
在歼-20的进气道内部实际上还有一个小型的内缘挡板可以用根据近期流量进行升旗或降下。这就解决了DSI进气道的缺点进一步降低了进气道控制机构的重量。而这个设计则很难在纸张图纸上设计出来,得出最优的解决方案就必须依靠计算机的大量计算了。
至于歼-20的隐身技术,实际上可以说是歼-20上最不重要的技术之一了。在前面我们讲了在原型设计的过程中歼-20已经按照隐身所需要的特性进行了一些外形修剪。这时的歼-20已经具备初步的隐身能力。黄皮原型机虽然不带有隐身涂层但也有一定的隐身性能。
至于隐身涂层的问题实际上并不是秘密。没有大家说的纳米、石墨烯材料什么的这么玄乎,实际上就是经过计算添加了氧化铁和稀土金属颗粒的涂料。世界各国的隐身涂料也基本上都是如此。
实际上就是利用了涂料中分散的金属颗粒对特定的电磁波进行吸收的特性制成的涂料。
这一个环节上并没有太大的作用,只是在一定程度上提高隐身飞机在特定隐身外形的基础上的雷达波吸收作用。千万别神话隐身涂料。否则——就没有必要发展隐身飞机了,拿涂料将歼-10重新上遍漆不是更便宜吗?
所以说,隐身战机真不神秘,而且隐身特性也就是高性能战机在进行空气动力设计时的一个副产品而已。只不过隐身这个事情大家觉得不太可思议而已。
因此我们说歼-20 大部分都会说隐身战斗机,而不会说高性能战斗机或者超音速巡航战斗机…… 这些真正优异的特性,只不过是湮没在“隐身”这一大众关怀的光环下了而已。
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