2018年11月的珠海航展上,一架加装推力矢量发动机的歼-10B验证机在低空完成了一连串常规战机难以做到的动作,失速后迅速改出、小半径连续翻转、近乎原地掉头的“落叶飘”,让许多观众第一次直观看到中国推力矢量技术的实际状态。
由于工业化起步较晚,我国在航空发动机领域长期落后于美俄,外界对这一短板的讨论从未停止,因此这次公开飞行带来的意义,远不止一场精彩的表演。如今回看那次亮相,再对照此后几年歼-10系列的持续发展,更能看清这条技术路线的来龙去脉。
军事专家杜文龙在解读这次亮相时,没有把话题局限在矢量发动机本身,而是把视线拉回到歼-10最初的设计选择上。
在他看来,想弄明白中国在提升战机机动性这件事上究竟走了一条什么路,就得从歼-10当年为什么采用鸭式布局说起。顺着这条脉络往下梳理会发现,中国并没有照着美俄的路子亦步亦趋。
从仿制起步到自主设计
歼-10是我国自主研制的单座单发第三代战斗机,采用大推力涡扇发动机和鸭式布局,定位为中型、多功能、超音速、全天候空中优势战斗机,也是中国空军装备的第一种国产三代机。只要把它和此前的国产战斗机放在一起比较,就能发现两者在气动外形上的差别相当明显。
杜文龙提到,我国早年装备的歼-5、歼-6、歼-7,基本是在苏联米格-17、米格-19、米格-21的基础上发展出来的,属于国产仿制和改进型号,还不是完全自主原创的设计。
歼-10的不同之处在于,它把“中国制造”和“中国创造”真正结合到了一起,这也是它和前几代国产战机之间最根本的分野。
这种差别并不只是外形上的变化,而是设计思路上的转变。过去的路子是拿到一型成熟机型,在消化吸收的基础上做改进;到了歼-10,设计团队需要从需求出发,自己决定用什么布局、配什么控制方式、为后续升级留出多大空间。
后来矢量发动机能够顺利装上这款飞机,某种程度上也得益于这种从源头开始的自主设计。
用鸭翼布局换机动优势
歼-10选择鸭式布局,带来的最直接变化是把水平控制面放在主翼前方。常规布局战机也有主翼、水平尾翼和垂直尾翼,鸭式布局并不是简单多出一类控制面,而是改变了它们的位置和气动配合方式。这种设计对提高飞机的机动能力和敏捷性有重要作用。
当然,这种布局并非没有代价。鸭翼位于机身前部,可能会增大飞机的雷达反射面积,不过这一问题可以借助其他技术手段加以调整和弥补。
综合来看,鸭翼在提升机动性方面的贡献相当突出,歼-10的鸭式布局打破了传统气动布局的固有模式,让中国三代战机的机动能力上了一个台阶。
放眼国外,类似的设计思路并不少见。法国的“阵风”、欧洲联合研制的“台风”,还有一些国家正在研制的新型战机,都用上了鸭式布局。
杜文龙认为,在还不具备推力矢量发动机的条件下,依靠鸭翼与主翼的配合,能够改善大迎角飞行和转弯性能,其他方面的机动能力也会随之提高,效果相当明显。
理解了这一点,再看歼-10后来加装矢量发动机,逻辑就比较清楚了。在推力矢量技术尚未成熟的阶段,中国先通过气动布局解决了机动性问题,等到发动机技术跟上来,再把矢量喷管叠加到已经具备良好气动基础的平台上,两者形成互补,而不是让发动机单独去扛全部的机动性需求。
把这条路线放到美俄的发展轨迹中对照,差异就更容易看出来。苏联时期就研制过可以垂直起降的雅克系列舰载战斗机,在改变发动机推力方向上积累了不少经验;如今俄罗斯的苏-35、苏-57都装备了大推力矢量发动机,通过两台发动机矢量喷管的配合强化过失速机动。
美国的F-22则采用二元矢量喷管,喷口只能上下偏转,更强调与隐身外形的兼容。中国在歼-10B验证机上使用的是轴对称矢量喷管,可以在多个方向上偏转推力,同时与原有的鸭式布局配合使用,这与美俄两国的做法都不完全相同。
不同平台各有布局取舍
美国也并非没有研究过鸭翼布局,X-31等验证机就采用过相关设计。鸭翼有没有价值,取决于整机气动、飞控和任务需求之间的配合,不能只看一个部件下结论。
这也正是“没有走美俄老路”的一个具体注脚。中国当年没有简单跟随别国彼时的主流设计,而是根据自身的技术条件和作战需求来确定路线,时间过去这么多年,事实证明这一选择是经得起检验的。矢量发动机的情况也类似,与其照搬别人的喷管形式,不如找到最适合自家平台的方案。
以系列发展显装备自信
谈到歼-10的未来,杜文龙判断这款飞机会走系列化发展的道路。目前除了表演型之外,已经陆续发展出了歼-10B、歼-10C等型号,矢量发动机验证机也是在这一系列化过程中出现的成果之一。
网上一度有传言说,歼-10今后可能会出现比较大的变化,比如发展舰载型或者其他作战型号,不过是否真会如此,还需要继续观察。杜文龙个人认为,歼-10上舰的可能性并不大。
单发战机如果上舰,在海上复杂恶劣的飞行环境中,安全冗余方面恐怕存在一定风险。国外不少舰载机采用双发设计,也有F-35C这样的单发型号,一台发动机出了问题,另一台仍然能够支撑飞机返航。歼-10在设计之初首先考虑的是满足空军需求,从这个角度看,上舰的可能性确实不大。
但这并不意味着歼-10的潜力已经到头。它的改进型以及未来的发展空间依然很大,歼-10C已经具备多用途作战能力,既能承担空战任务,也能打击地面、海面目标,这对提高综合作战能力有重要意义。推力矢量技术如果进一步成熟并投入应用,同样会为这类改进提供更多选择。
歼-10还有一个专门的表演型号。在八一飞行表演队换装的过程中,歼-10目前担任主力机型,无论是在珠海航展、莫斯科航展,还是在其他国家举办的航展上,都交出了相当亮眼的表现。
杜文龙认为,拿主力战机去当表演机,这件事本身就体现出一种自信。能够用主战飞机进行表演,说明这款飞机得到了本国空军的充分认可;2022年,歼-10CE交付巴基斯坦空军,也成为系列发展的一次重要展示。
矢量发动机背后的路线选择
回到标题提出的问题,中国矢量发动机究竟处在什么水平,单看一次航展表演很难给出精确的结论,毕竟发动机的寿命、可靠性和量产能力,都需要在长期使用中接受检验。
不过从歼-10B验证机公开完成高难度过失速机动这一点来看,中国已经掌握了推力矢量控制的关键技术,并且能够把它与现役战机平台有效结合,这在几年前还是许多人不敢想的事情。
更值得关注的是这项技术背后的发展逻辑。从鸭式布局起步,到在珠海航展上亮出矢量发动机版本,歼-10的发展过程清楚地展示了中国提升战机机动性的思路:先依据自身条件找出可行的方案,用气动设计弥补动力上的不足,再随着技术积累逐步推进升级,而不是简单重复美俄已经走过的路。这种立足自身、循序渐进的做法,或许比任何一项单项指标都更能说明中国航空工业今天所处的位置。