鴨翼必然影響殲20隱身，為何楊偉總師還要這樣設(shè)計(jì)？
近日，針對殲-20服役與蘇-57快閃敘利亞的新聞，美國《商業(yè)內(nèi)幕》網(wǎng)站邀請軍事專家談?wù)搶煽顟?zhàn)機(jī)的看法。其中一個(gè)重點(diǎn)是談?wù)撎K-57和殲-20的隱身性能，專家認(rèn)為，殲-20體型“巨大”，構(gòu)型有太多的“面”，且許多看起來是“良好反射體”。
這里雖然沒有明說，但顯然是在隱射殲-20前翼影響隱身的“傳統(tǒng)話題”。那么，前翼（成飛此前的設(shè)計(jì)殲-10也用了該技術(shù)）這真的會影響殲-20的隱身嗎？今天，貞觀防務(wù)就來說說隱身這個(gè)事兒。
△殲-20的前翼前緣與主翼前緣平行（紅線），以保持前緣散射方向相同；前翼后緣則與另一側(cè)主翼后緣平行（黃線），以保持后緣散射方向相同
要討論這個(gè)問題，首先要對隱身外型理論有基本認(rèn)識。這個(gè)理論在上世紀(jì)70年代后期才被美國完善，內(nèi)容相當(dāng)?shù)貜?fù)雜，且仍有部分因?yàn)闄C(jī)密因素被“馬賽克”，不過從相關(guān)教科書中我們?nèi)钥闪私獾诫[身理論最主要是要消減兩種雷達(dá)波的散射現(xiàn)象：
- 面散射：當(dāng)雷達(dá)波照射到物體表面時(shí)，大部分能量會依“入射角=反射角”的原則朝表面形狀的反角度散射出去。這種散射是3D的，也就是說表面不論在垂直軸或水平X-Y軸方向傾斜都可偏折反射能量的角度。在F-117的年代由于計(jì)算機(jī)只能計(jì)算平面形狀的散射，因此它被設(shè)計(jì)得奇形怪狀，但等到 “沉默彩虹”就掌握了預(yù)測曲面反射的運(yùn)算技術(shù)，使隱身飛機(jī)能在隱身與氣動之間做出平衡。
- 邊緣散射：當(dāng)雷達(dá)波照射到兩個(gè)以上的 “面”交界產(chǎn)生的邊線時(shí)，大部分能量依 “入射角=反射角”的原則會散射形成 “凱勒錐”。這種散射就會變成2D的，也就是邊緣對于雷達(dá)波方向的垂直軸傾斜是沒有用的，只有水平X-Y軸的傾斜可以偏折 “凱勒錐”的方向，因此隱身飛機(jī)外型上最明顯的特征就是簡化邊緣角度來限制邊緣散射的方向。
△前翼透過外型修正（切角）與吸波結(jié)構(gòu)可以減輕邊緣散射，但同樣技術(shù)也可用在主翼與尾翼上，例如F-22的主翼也有切角
邊緣散射又可分成兩種主要現(xiàn)象：
- 前緣散射：意即直接面對雷達(dá)波的邊緣產(chǎn)生的散射，由于戰(zhàn)機(jī)通常對前方發(fā)射武器，因此前緣散射方向的控制通常是最首要的課題。以F-117為例，其機(jī)翼與機(jī)身采取了高達(dá)67.5度的后掠角不是為了超音速，而是為了確保前半球45度角內(nèi)有極低的回波。
- 后緣散射：當(dāng)雷達(dá)波照射到邊緣，部分能量會繼續(xù)沿著表面爬行，直到碰上下一道邊緣才散射出來，爬行波難以預(yù)測的特性是早期工程師無法做出隱身飛機(jī)的主因之一。而要注意的是，后緣散射一樣是2D的，其部分能量甚至可以繞著垂直軸180度轉(zhuǎn)向往前散射回去。
后緣散射遠(yuǎn)比前緣散射微弱，但仍然存在，所以要不要處理就看客戶對隱身的要求程度。例如像“陣風(fēng)”戰(zhàn)機(jī)將回波減為1/10，被探測距離將縮短47%，使其能發(fā)射中遠(yuǎn)程制導(dǎo)武器；但F-22/35則要求將回波減至1/10000以下，使其能在防空系統(tǒng)頭上投下炸彈。
△與蘇-57相比，殲-20對隱身的細(xì)部處理明顯較為完整，表面蒙皮與艙門的接縫都改為鋸齒狀以偏折邊緣散射的角度。但美國主流專家仍認(rèn)為殲-20的隱身性不如F-22與F-35，主要就是外型上的選擇
除了垂直尾翼以外，機(jī)翼大都在水平面上，對前方遠(yuǎn)距離雷達(dá)的面散射都會以很大角度偏折（這也就是為何垂直尾翼要盡量傾斜）而不產(chǎn)生威脅，因此其外型主要處理的是邊緣散射的角度。而不論前翼、主翼或尾翼，一樣都有邊緣散射現(xiàn)象，也都可以透過控制角度以及安裝吸波結(jié)構(gòu)來削弱前緣散射與后緣散射，為什么只有前翼會特別對隱身性有影響呢？首先，主翼是飛機(jī)的主體，再怎么破壞隱身也得承受，所以能檢討的只有前翼與尾翼。但前翼比尾翼更不利隱身的原因有2個(gè)：
- 前翼在主翼的前方，而尾翼在主翼的后方，因此面對前方雷達(dá)波，前翼不但有前緣散射，也會有后緣散射。相較之下，只將尾翼保持在主翼的同一平面（例如F-22、F-35與蘇-57），尾翼就被主翼遮蔽，其前緣散射其實(shí)是來自主翼后緣散射的部分能量，而尾翼的后緣散射又更加微弱。
- 當(dāng)雷達(dá)波長增加時(shí)，邊緣散射會更加明顯，更不受偏折角度影響，這就是米波雷達(dá)反隱身的原理。而由于前翼邊緣長度比主翼短，所以米波雷達(dá)的波長又相對更長了，更加強(qiáng)了米波雷達(dá)，甚至 “半米波”雷達(dá)的探測效果。
△從殲-20未上漆的照片中可以發(fā)現(xiàn)，其前翼與垂直尾翼的前緣、后緣與側(cè)邊都有黑色的吸波結(jié)構(gòu)以減弱邊緣散射
評估隱身效果主要有兩個(gè)維度，一個(gè)維度是雷達(dá)截面積，也就是回波反射能量的功率，另一個(gè)維度則是有效的頻率。對于B-2戰(zhàn)略轟炸機(jī)而言，對低頻的米波雷達(dá)與高頻的火控雷達(dá)都要保持極低的雷達(dá)截面積，才能讓敵人 “看不到也打不到”；但對于F-22/35戰(zhàn)機(jī)而言，則先要求高頻隱身，其次才追求低頻隱身，也就是 “可能看得到，但是打不到”，因?yàn)樗鼈兛梢灾鲃影雅缮蟻淼臄r截機(jī)打下來。殲-20的前翼即便透過吸波材料減弱前緣與后緣散射，但回波仍無可避免地會比隱身處理過的尾翼來的大，因而更加削弱了低頻隱身效果。
如前所述，由于機(jī)密因素我們很難從公開數(shù)據(jù)找到前翼影響隱身的明確資料，但仍可發(fā)現(xiàn)一些蛛絲馬跡。例如麥道公司在上世紀(jì)90年代與NASA聯(lián)合進(jìn)行一項(xiàng)未來戰(zhàn)機(jī)的研究計(jì)劃，方向主要是在取消垂直尾翼的前提下，如何維持相同，甚至更高的機(jī)動性與高攻角的敏捷性。雖然研究重心不是 “提高隱身性”，但為了符合F-22出現(xiàn)后的主流需求，其定義隱身性必須滿足 “低可見度”或 “可見度尚可”的要求：前者指的隱身強(qiáng)度與頻率范圍都相當(dāng)于B-2，后者則是隱身強(qiáng)度與頻率范圍都略差，而相當(dāng)于F-22的程度。從研究結(jié)果（NASA-CR-195079）可以發(fā)現(xiàn)，前翼機(jī)雖然提高機(jī)敏性，卻付出了 “可見度尚可”的代價(jià)，也就是前翼抵銷了拿掉垂直尾翼的隱身紅利。
△在NASA-CR-195079報(bào)告中，麥道公司明確指出：相對于其他控制面，前翼的雷達(dá)截面積是其缺點(diǎn)。報(bào)告中除了專職對地的構(gòu)型外，列出2種純空優(yōu)與多任務(wù)構(gòu)型，前翼構(gòu)型（115與119）都屬于雷達(dá)可見度較高的選項(xiàng)
如果前翼對隱身可能有影響，那為什么殲-20要采用前翼呢？可能也是兩個(gè)原因：
- 殲-20后機(jī)身的腹鰭、圓形噴嘴...等 “復(fù)雜”形狀也會增強(qiáng)后緣散射，相較于這些部位，可能前翼的回波還不算強(qiáng)，自然不需因噎廢食
- 戰(zhàn)機(jī)的設(shè)計(jì)需求有許多面向，隱身只是其中之一，不一定要追求100分，因此麥道和航NASA最后共同設(shè)計(jì)出的X-36實(shí)驗(yàn)機(jī)還是有前翼。
殲-20總師楊偉在最近也說過： “殲-20的成功，標(biāo)志著在戰(zhàn)斗機(jī)的研究領(lǐng)域，我們已經(jīng)進(jìn)入了‘自由王國’。所謂的‘自由王國’，就是不用再按照別人的規(guī)則辦事，而是用創(chuàng)新的思維，按照中國自己的戰(zhàn)略目標(biāo)和博弈方式去做研究。”雖然前翼對隱身有所影響，但如果不像F-22將隱身擺在第一優(yōu)先，前翼還是有其他好處，這可能才是殲-20選擇前翼的原因。至于究竟有哪些好處？我們以后再說。（文/Flak）
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