來源：觀察者網(wǎng)

　　殲-20是個謎。殲-20的外形已經(jīng)不是謎了，但即使殲-20已經(jīng)在珠海和沙場閱兵上公開飛行，中國軍方對殲-20的關(guān)鍵參數(shù)、關(guān)鍵系統(tǒng)依然守口如瓶。在眾多的謎中，殲-20最大的謎之一無疑是殲-20的發(fā)動機。除了殲-20使用兩臺發(fā)動機，到現(xiàn)在為止，所有其他信息都是推測。除了語焉不詳、怎么解釋都可以的只言片語，官方是一點有用的消息都沒有，網(wǎng)上則是什么消息都有。但除非有人站出來，宣布奉旨“官泄”，網(wǎng)上再“權(quán)威”的消息依然只能當作推測。

　　殲-20的發(fā)動機大體有幾種猜測：

　　1、俄羅斯AL-31，有可能是增推的M1或者M2而不是基本型

　　2、渦扇-10B“太行”

　　3、增推的渦扇-10IPE（IPE應(yīng)為Improved Performance Engine的縮寫，也就是改進型）

　　4、渦扇-15

　　AL-31是蘇-27系列的發(fā)動機，已經(jīng)有多種改型。為殲-10B研制的Series 3的加力推力已經(jīng)從基本型的123kN增加到134.3kN。為新版蘇-30、蘇-34研制的M1也是135kN，但最新的M2則增加到145kN。蘇-35和蘇-57的AL-41也與AL-31有淵源，有時直接成為AL-31-117或者-117S，推力在142-147kN級。蘇-57的目標發(fā)動機則是“項目30”，這是全新設(shè)計的，加力推力應(yīng)該達到178kN。

　　應(yīng)該指出，AL-31的各種亞型從型號名稱到推力數(shù)據(jù)多有混亂，這里的數(shù)據(jù)只是一家之言。

　　沈陽黎明的渦扇-10B“太行”的研發(fā)一波三折，但由于研發(fā)時間較晚，反而有條件采用一些典型第四代戰(zhàn)斗機渦扇發(fā)動機才使用的先進技術(shù)，如對轉(zhuǎn)的高低壓渦輪和高達1800K的渦輪前溫度，涵道比也達到0.78，高于AL-31F的0.59和普拉特-惠特尼F100-220的0.63，與通用電氣F110-129的0.76相當。

　　在2014年珠海航展上，廠家透露渦扇-10的推力在12000-14000公斤（122-138kN），最好的型號達到14000公斤。122kN與AF31基本型推力相同，122kN和138kN可能是基本型與增推型的差別。增推型的生產(chǎn)狀態(tài)還不清楚，也不清楚這是否就是IPE。

　　如果比照AL-31，從基本型到M2，推力增幅為18%；比照F100，從-100的106.4kN增加到-229的129.7，增幅為22%�？紤]到渦扇-10的設(shè)計采用了一些實際上是下一代的設(shè)計，增推潛力應(yīng)該至少不低于AL-31和F100。取兩者的平均，也就是20%，那渦扇-10IPE的加力推力最終可能達到146kN級。

　　這當然是樂觀的估計。AL-31用了30年才達到18%的增推，F(xiàn)100也用了17年。如果不是蘇聯(lián)瓦解后的極端經(jīng)濟困難，AL-31的增推可能用不了30年，但十幾年應(yīng)該還是要的。F100是普拉特-惠特尼的第二代戰(zhàn)斗機渦扇，此前已經(jīng)通過TF30（用于F-111和F-14）積累了大量研發(fā)和使用經(jīng)驗，這是黎明不具備的。但黎明也有后發(fā)優(yōu)勢�？紤]到渦扇-10B大批使用到現(xiàn)在還不到10年，渦扇-10IPE要達到146kN級的推力，可能還是需要一點時日。

　　渦扇-15的一切都還是個謎。有說法軍推達到110kN左右，加力推力達到180kN（一說197kN），在2005年已經(jīng)進行過臺架試驗，在2009年已經(jīng)達到160kN的推力，推重比達到9（最終目標10-11）。但這都只是外界傳說，無法確認。渦扇-15的研發(fā)進度和生產(chǎn)狀態(tài)更是保密的。一般認為，渦扇-15將成為殲-20的目標發(fā)動機。

　　殲-20的起飛重量現(xiàn)在只有各方推測，但一般認為，殲-20具有超巡和超機動能力。超巡需要在軍推下達到M1.5一級的速度，勉強超過音速是沒有意義的。作為比照，F(xiàn)-22的正常起飛重量為29400公斤，戰(zhàn)斗機的軍推推重比為0.8。

　　對于五代機，一些硬指標需求是一致的，F(xiàn)-22的硬指標可以作為殲-20的指標推測來源

　　軍推推重比0.8左右是必要的。F-104的加力推重比為0.76，米格-21為0.81。這些50年代的戰(zhàn)斗機只有在加力狀態(tài)下才能達到超音速。為了達到M2的速度，把減阻做到了極致，代價是機動性。F-22、殲-20這樣的新一代戰(zhàn)斗機需要優(yōu)秀的機動性，在減阻方面不可能那么極端（但依然比以阻力換機動性的第三代戰(zhàn)斗機如F-15、蘇-27的超音速阻力顯著降低），相應(yīng)地推重比需要高一點，或者超巡速度降低一點才行。

　　殲-20的超巡能力不得而知。阻力在接近音速時急劇提高，但跨過音速后，反而降低，因此有跨越音障的說法。有報導(dǎo)說早期殲-20在成都上空曾多次造成音爆，這是超音速飛行的特征。

　　超音速產(chǎn)生的音爆不僅擾民，而且可能造成玻璃破碎、物件震落，嚴重的情況可以造成身體不適。這是從50年代就知道的事情，也因此一般禁止在城市或者人煙密集地區(qū)上空做超音速飛行。成飛的試飛員不可能不知掉這一點，殲-20的超音速能力也不是應(yīng)該在城市或者人煙密集地區(qū)證明的事情。

　　最可能的原因就是相對于現(xiàn)有發(fā)動機（一般認為早期殲-20用AL-31作為動力）的推力，殲-20的跨音速阻力出乎意料地低，試飛員在無意之間就突破了音障，造成了音爆。如果屬實，這是殲-20超巡能力的間接證據(jù)。

　　有人根據(jù)珠海視頻推斷，殲-20已經(jīng)實現(xiàn)了軍推垂爬，因此達到1.0以上的軍推推重比，由此推斷殲-20不可能采用除渦扇-15之外的任何發(fā)動機，因為AL-31和渦扇-10不可能達到那樣的軍推推力。

　　視頻是很不可靠的。在沒有儀器測量或者地物參照的情況下，單靠單一視角的視頻是難以判斷戰(zhàn)斗機是否在垂直爬升。戰(zhàn)斗機是可以借助水平速度躍升的，這就是中學(xué)物理中動能換位能的道理。躍升速度可以在一段時間里顯著超過穩(wěn)定爬升速度。所以，即使在爬升中沒有顯著的目視減速，也不說明這就是穩(wěn)定的爬升速度。

　　具體到軍推推重比1.0以上，現(xiàn)在還沒有已知的任何戰(zhàn)斗機達到軍推推重比1.0以上。當然，更換概念是可以的，在軍推推力下，F(xiàn)-22只攜帶1800公斤燃油和不帶任何武器的話，是可能達到軍推推重比1.0的。但是1800公斤只占8200公斤機內(nèi)燃油量的22%，肯定不是作戰(zhàn)狀態(tài)，只夠本場起飛、表演。

　　事實上，即使在航展表演中，也沒有見到過任何可以確認的F-22在減油狀態(tài)下用軍推垂爬的消息，因為從表演效果而言，這沒有必要，也不見得比用加力的垂爬好看。珠海的殲-20不是本場起飛、著陸的，可能是直接從成都飛過來的。算上返航燃油和必要的應(yīng)急余油，很難想象在珠海的時候只有20%左右的燃油。

　　另外，殲-20在珠海的飛行表演總體上溫吞水一杯，很難想象反而要展現(xiàn)軍推垂爬這樣的極限動作。在沒有更確切的信息之前，只能推斷這不是軍推垂爬，只是較大角度的斜躍升。

　　尾噴口狀態(tài)上看，珠海航展上殲-20的表演中是開了加力的

　　至于更換概念的軍推推重比，推重比通常是按照正常起飛重量計算的，也就是包括飛行員、機內(nèi)燃油和基本機載武器的重量。正常起飛重量通常在最大起飛重量的65-75%，當然有例外。正常起飛重量是按照飛機的任務(wù)確定的。用低于正常起飛重量的其他重量（如半油重量）作為計算基準，除非有特別指明的目的，只能是博取好看的花招，缺乏實際意義，就像量腰圍的時候使勁吸氣收腹一樣，只是自己騙自己。要可比，還是應(yīng)該以飛機的基準設(shè)計任務(wù)重量（也就是正常起飛重量）為準。

　　至于殲-20空重可能大大低于F-22、所以有可能達到軍推推重比1.0，這更是很牽強的推斷。中國的材料和制造技術(shù)取得了巨大成就，殲-20比F-22晚了20年，所以可以得益于更加先進的設(shè)計技術(shù)，這些都是確實的。但戰(zhàn)斗機的空重、正常起飛重量、最大起飛重量不僅取決于材料、設(shè)計和制造技術(shù)，更取決于作戰(zhàn)使命。反過來，先進技術(shù)提供了結(jié)構(gòu)上的減重空間，也同時提供了增加更多的系統(tǒng)、燃油、武器掛載量的空間。戰(zhàn)斗機重量的大趨勢是增加的，并不因為局部結(jié)構(gòu)減重而減輕。

　　如前所述，殲-20到底是多少重量，這還是保密的，但為了湊軍推推重比1.0而硬性推測空重，這就太牽強了。

　　現(xiàn)在還沒有準確的殲-20尺寸的數(shù)據(jù)，只能從座艙蓋對比來推測殲20略大于F-22

　　假定渦扇-15達到了傳說中的110kN軍推，并比照F-22的0.8軍推推重比，那殲-20的正常起飛重量在28000公斤左右，最大起飛重量在39000公斤左右。與F-22大體相當�？紤]到殲-20的氣動外形比F-22更加有利于減阻，配備渦扇-15的殲-20的超巡性能應(yīng)該至少不低于F-22。

　　但有說法，現(xiàn)階段殲-20配備的不是渦扇-15，而是渦扇-10甚至AL-31。這當然也是可能的。戰(zhàn)斗機更換發(fā)動機不是簡單的事，但只要在設(shè)計時就考慮到相關(guān)問題，也不是那么不可思議的事。

　　歷史上有很多戰(zhàn)斗機更換發(fā)動機而失敗的先例，最典型的就是英國為F-4K“鬼怪”式戰(zhàn)斗機換用羅爾斯-羅伊斯“斯貝”渦扇發(fā)動機，更大的推力反而導(dǎo)致更糟糕的最大速度和超音速加速性，只有低空性能改善了。但這是有原因的�！肮砉帧笔綖榱撕侥钙鹇�，具有不錯的低空低速性能，但歸根到底，這是典型的高空高速戰(zhàn)斗機，是圍繞著兩臺通用電氣J79渦噴發(fā)動機設(shè)計的。在改裝“斯貝”的過程中，進氣道要加大流量，后機身要加大，破壞了原來的氣動設(shè)計，顯著增加了阻力，導(dǎo)致失敗。

　　但戰(zhàn)斗機換發(fā)的成功先例也很多。道格拉斯A-4“天鷹”是輕型艦載攻擊機，在高亞音速段特別機動靈活，以至于美國海軍Top Gun學(xué)校曾經(jīng)用A-4作為假想紅軍戰(zhàn)斗機。但A-4的普拉特-惠特尼J52渦噴不僅老舊，而且油耗很大。在80年代，新加坡A-4換裝通用電氣F404非加力型，推力增加15%，油耗、可靠性大大提高，機動性進一步改善。至少從換發(fā)角度來說，這是成功的改裝。

　　以色列空軍在換裝F-15、F-16之后，有意對現(xiàn)有的“鬼怪”式大規(guī)模換用普拉特-惠特尼PW1120，這是F100的渦噴版，性能比原裝的通用電氣J79有顯著提高，最后因為成本和裝備規(guī)劃問題而擱置，換發(fā)本身是成功的。F-14B/D當然也是換發(fā)成功的典型。

　　換裝發(fā)動機后的大貓

　　這些還是在原設(shè)計早已定型后的換發(fā)，但在設(shè)計時就考慮到在不同發(fā)動機之間可以更換的設(shè)計，更是有諸多成功的先例。F-16C/D在一開始就考慮到可以在通用電氣F110和普拉特-惠特尼F100之間選擇發(fā)動機，采用F110各種亞型的稱為Block 30、40、50等，采用F100各種亞型的則稱為Block 32、42、52等。

　　F-15E在設(shè)計時也可以在F100和F110之間選擇發(fā)動機，只是美國和以色列空軍為了便于后勤保障，統(tǒng)一到F100，但盟國不乏選擇F110發(fā)動機的，如韓國（第一批F-15K使用F110，第二批使用F100）、沙特、新加坡。

　　俄羅斯蘇-57也是在設(shè)計時就考慮到不同發(fā)動機的例子，初期生產(chǎn)型將使用AL-31的深度發(fā)展型，亞型代號117，但計劃在2020年后轉(zhuǎn)用目標發(fā)動機“項目30”。

　　一般認為，殲-20的原型2001是用AL-31推進的。作為技術(shù)驗證性質(zhì)的原型機，采用推力不足的AL-31先飛起來問題不大。未來某一時候開始的目標量產(chǎn)型將采用渦扇-15，這也沒有什么爭議。問題是近期的初期生產(chǎn)型。

　　不管是使用渦扇-10（包括IPE），還是使用AL-31（包括M2），這樣的殲-20的性能肯定達不到使用渦扇-15的版本。使用AL-31基本型的話，軍推推重比只有0.54，這是肯定不夠用的。增強到M2的話，軍推推重比達到0.63，達到F-15C的0.65的水平。配合以殲-20的優(yōu)秀的超音速減阻，或許能實現(xiàn)跨音速巡航，甚至用加力推過音速后轉(zhuǎn)回軍推的低超音速的“偽超巡”。這遠遠談不上理想，但能用了。

　　使用渦扇-10和IPE的情況差不多。這能滿足中國空軍的要求嗎？中國空軍的要求是什么呢？

　　實際上，除了籠統(tǒng)的超巡和超機動，中國空軍對殲-20的具體要求也是保密的，坊間的一切推斷都只是推斷而已，因此是不是滿足中國空軍的要求也無從談起。更何況中國空軍可能有階段性的要求，在某一時間節(jié)點前要達到x要求，在更后面的另一時間節(jié)點要達到y(tǒng)要求，就像蘇-57一樣。

　　現(xiàn)在對殲-20的發(fā)動機的推斷很多來自對噴口形狀的觀察。且不說只有模糊不清的圖片可以判讀，噴口形狀不同，顯然是不同的發(fā)動機，至少是不同的亞型。但噴口形狀相似，也未必就是相同的發(fā)動機。

　　作為殲-20換國產(chǎn)發(fā)動機證據(jù)的網(wǎng)絡(luò)照片

　　對于超音速戰(zhàn)斗機來說，收斂-擴散噴口是必須的。噴流在亞音速時，收斂起加速作用；在超音速時，反而是擴散才起到加速作用。這就是拉瓦爾噴管的原理。另一方面，擴散有助于增加空氣流量，增加推力，因此在起飛時噴口是張開的。但在高亞音速飛行時，噴口要收攏，確保噴流具有足夠的速度。超音速時再次張開。

　　最典型的收斂-擴散噴口采用羽片結(jié)構(gòu)，羽片的不同安排就成為各種發(fā)動機的噴口特征。事實上，羽片還有內(nèi)外兩層，不僅控制噴口面積，還可控制喉道面積，更加復(fù)雜的還可控制喉道位置，進一步優(yōu)化噴流。雙層羽片之間的空氣流動還有助于散熱，增強內(nèi)羽片的耐熱能力。寬羽片降低機械復(fù)雜性，羽片本身的剛度也容易保證；窄羽片有助于確保噴口的圓度，降低噴流的壓力損失。

　　噴流離開噴口時，噴流不是鉛筆形狀的平直束，而是像鐘形一樣，隨著離開噴口的距離而有一定的徑向膨脹。這種膨脹帶來一定的噴氣損失，這是由于高壓的噴流在橫向?qū)Νh(huán)境空氣有很大的壓力差而造成徑向流動，這是不可避免的。圓形是給定面積下周長最小的形狀，噴流膨脹最規(guī)則，壓力損失最小。越是偏離圓形，噴流膨脹越復(fù)雜，壓力損失也越大。因此，射程優(yōu)先的消防龍頭一定是圓噴口，覆蓋面積優(yōu)先的澆花龍頭才可能使用扁噴口。

　　F-22那樣的二維噴口是以可觀的推力損失為代價的，也只有那樣變態(tài)的大推力才能承受這樣的推力損失。當然，二維噴口的好處是推力轉(zhuǎn)向、收斂-擴散和雷達-紅外隱身整合為一體。二維噴口把噴流壓扁，強化了噴流與環(huán)境空氣的混合，達到快速降溫和降低紅外特征的效果。扁平的二維噴口也對發(fā)動機后部形成較好地屏蔽，達到降低雷達特征的效果。扁平的二維噴口還有利于在氣動上與飛機的后體整合，降低后體阻力，這對超音速減阻特別重要。

　　但二維噴口除了有推力損失問題，還有重量問題。單層的偏流板沒有雙層羽片之間空氣流通的散熱效果，只能借助于厚重的耐熱設(shè)計。除了F-22，所有實用的推力轉(zhuǎn)向都回到羽片式結(jié)構(gòu)。

　　二維噴口的偏流板后緣還是淺V形的，而不是平直的。這無疑是隱身設(shè)計。其實從隱身角度出發(fā)，應(yīng)該深V才對，但那樣噴流的壓力損失就太大了，噴流不僅沿斜邊膨脹，還可能向內(nèi)形成渦卷。淺V是隱身和推力之間的折中。

　　但羽片也是可以實現(xiàn)隱身的。不管是否具有推力轉(zhuǎn)向能力，羽片都可以做成鋸齒形尾端。問題不在制造，而在于設(shè)計。就隱身而言，V形或者鋸齒是要避免平直邊緣，但V形或者鋸齒的尺度很重要，如果鋸齒尺度大大小于雷達波長，鋸齒相當于平直的，沒有效果。如果鋸齒尺度遠遠大于雷達波長，對隱身是好的，但對于噴口設(shè)計就成問題了。二維噴口的偏流板只有一個淺V，尺度遠遠大于典型戰(zhàn)斗機的厘米波雷達的波長，沒有問題。但圓噴口的羽片的鋸齒就要受到羽片寬度限制了。

　　前面已經(jīng)提到，羽片的寬窄影響到噴口圓度和羽片的機械復(fù)雜性，鋸齒也對噴口的壓力損失有顯著影響。用過消防龍頭的人都知道，噴口越圓整，噴流越密集，壓力越高；噴口充滿豁口的話，噴流就散開了，壓力馬上就跌下來了。這對噴氣發(fā)動機也一樣：鋸齒是導(dǎo)致推力損失的。細密的鋸齒接近圓整，影響還小些；粗大的鋸齒可以導(dǎo)致可觀的壓力損失，尖銳鋸齒比平鈍鋸齒的壓力損失更大。如果還有推力轉(zhuǎn)向要求，需要考慮的因素更加復(fù)雜。

　　因此，噴口鋸齒遠遠不是簡單地把羽片尾端切一個鋸齒出來就完事了。正因為如此，鋸齒的道理很簡單，但實際使用目前還只有F-35戰(zhàn)斗機。

　　F135發(fā)動機安裝

　　殲-20最后會繼續(xù)使用現(xiàn)在的圓噴口，是否會帶鋸齒，還是轉(zhuǎn)為F-22那樣的二維噴口，現(xiàn)在還不好說。如果渦扇-15足夠給力，二維噴口的優(yōu)越性還是顯然的。三維噴口多一個橫向運動的自由度，但這只是理論上的優(yōu)越性，在實用中常常受到機體結(jié)構(gòu)的限制，還是作為二維使用的。對于大多數(shù)機動動作來說，俯仰和橫滾是主要的，急轉(zhuǎn)彎更是接近側(cè)立后的急劇拉起，沒有偏航太多事。

　　殲-20的2001號原型機的后體設(shè)計顯然容易整合扁平的二維噴口，但在很長時間里都不會使用二維噴口的情況下，后體修形為現(xiàn)在的傳統(tǒng)“雙筒”形狀也是自然的。但只要有需要，在未來修形回去也是完全做得到的。

　　至于現(xiàn)階段殲-20是否已經(jīng)裝備推力轉(zhuǎn)向，目前還沒有見到過任何視頻展現(xiàn)出殲-20在起飛前準備動作中包括噴口轉(zhuǎn)動，也沒有見到過任何圖片顯示羽片式轉(zhuǎn)向噴口在地面卸壓后典型的下垂姿態(tài)。所謂噴口軸線與機體中線的夾角，這可能是低分辨率圖片的光學(xué)錯覺，也可能是發(fā)動機的安裝角。雙發(fā)的安裝軸線是可以與機體中線有夾角的，蘇-27就是例子。

　　最低限度，現(xiàn)階段還沒有證據(jù)殲-20已經(jīng)裝備了推力轉(zhuǎn)向。至于殲-20的出色機動動作，這可以是低翼載、遠耦鴨翼和高推重比的功勞，盡管推重比可能還沒有最終那么高，但在先進氣動和飛控幫助下，F(xiàn)-15C一級的推重比已經(jīng)可以做出很抓眼球的高機動動作了。

　　只要在設(shè)計時就對安裝點、空氣流量、重心、油路、附件位置有所考慮，殲-10應(yīng)該有條件適裝不同的發(fā)動機，在飛機方面沒有克服不了的困難，關(guān)鍵在于哪一種發(fā)動機能符合規(guī)定的進度和性能要求。至于飛火推一體化的軟件整合，這也不是不可克服的困難，關(guān)鍵是發(fā)動機控制要實現(xiàn)全權(quán)限數(shù)字控制（簡稱FADEC）。

　　99M1發(fā)動機的FADEC部件

　　飛火推一體化在軟件上把飛行控制、火力控制、發(fā)動機控制整合到一起，最大限度地發(fā)揮1+1+1>3的威力。飛行控制主管飛機的速度、高度和姿態(tài)，火力控制主管構(gòu)成武器發(fā)射條件，發(fā)動機控制主管提供充足的推力。

　　傳統(tǒng)上，飛控是主導(dǎo)的，只有把飛機機動到適當?shù)陌l(fā)射位置，武器才能有效發(fā)射，而發(fā)控只是飛控的動力保障，據(jù)從屬位置。飛火推一體化后，火控有可能在特定時間成為主導(dǎo)，飛行員指定目標位置后，飛火推聯(lián)手把飛機盡快轉(zhuǎn)入最優(yōu)發(fā)射位置，在最優(yōu)時刻自動發(fā)射武器。根據(jù)敵我態(tài)勢自動規(guī)劃最安全入侵和退出途徑，自動控制進入、發(fā)射和退出，則是飛火推一體化的高級形式。發(fā)控成為主導(dǎo)的情況比較罕見，可以以最省油及最低磨損模式運轉(zhuǎn)，由此決定飛行路徑，但這只有在低威脅、低任務(wù)緊迫性的時候才可能。

　　不管怎么說，從軟件整合角度來說，飛火推一體化不是飛火推一鍋煮，依然是以飛行、火力和發(fā)動機控制為基本模塊，只是在接口和功能方面高度融合，而不是形成孤島。采用不同發(fā)動機當然需要重新整合，但只要軟件和控制系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計得當，這是控制律參數(shù)調(diào)整的問題，而不是重新設(shè)計控制律或者重起爐灶的軟件整合。

　　殲-20馬上就要甚至已經(jīng)進入初期批生產(chǎn)了，那現(xiàn)在的殲-20到底采用什么發(fā)動機呢？說實在的，是渦扇-15當然最好，是渦扇-10或者AL-31增推版也是可能的。在沒有可靠消息之前，多猜無益�？磮D識機不可靠，靠聽聲音判斷推力更是不靠譜。中國的透明度正在提高，有好東西也不再掖著藏著，相信要不了多久就會有消息的。[文/ 觀察者網(wǎng)專欄作者 晨楓]