前言：在美国F-22战斗机装备以来，一直是综合诸多先进技术的五代机标杆，其隐身性、超音速巡航能力，超机动性和综合航电系统对第三代战斗机有压倒性优势，其中三项功能与其强大的F119发动机有关，歼-20战斗机刚现身时，各国航空人士都认为歼-20虽然具备第五代战斗机的隐身设计，但没有配备可超音速巡航的发动机，是无法与F-22战斗机匹敌的，随着涡扇-15发动机装备歼-20战斗机，它F-22战斗机和歼-20战斗机之间的空战有何影响呢?

一：F119发动机的隐身能力



美国空军认为F-22战斗机毫无疑问是世界最为优秀的战斗机，设计意图是利用隐形和超音速巡航能力穿透苏联防空体系，在华约集团的战役纵深猎杀苏-27一类战斗机高性能，为对地打击飞机扫清障碍，F-22诞生之时，中国才刚刚吃透50年代米格-21战斗机技术，与F-4战斗机同代的歼-8II还没量产，可以F-22有压倒性技战术优势，美国空军的要求是将F-15C有等量的空战武器和保形油箱容纳于机身之内，这是相当高的要求，体积可观的弹舱和燃油容量造成巨大的体积，机翼面积也必须加大以降低的翼载，超音速高机动飞行时的巨大的气动负荷也必须加强结构。



F-22研发团队与美国空军反复讨价还价，才将起飞重量上限从22680千克提高到了24948千克，研发团队按照25000千克级设计的F-22机内密度太大，几乎没有任何剩余空间，研发过程中为了改善超音速飞行性能的修形，加上有源电打描阵列雷达产生的热量远远超过传统机械雷达，还要专用的液体冷却系统，一起压缩宝贵的的空间和重量余度，导致了燃油储备比美国空军的要求下降了20%，不断增加的重量和超音速波阻较大的外形完全靠强劲的F119发动机来弥补设计缺憾，作为第四代涡扇发动机的F119单台加力推力达18吨，远高于第三代涡扇发动机的12~13吨。



虽然F119的研制时间较早，但因为处于冷战末期，F119涡扇发动机完全不考虑成本，高温/阻燃钛合金、双性能涡轮盘和整体叶盘全都应用到设计中，F119的涵道比为0.3，空气流量约125千克/秒，起飞推力98千牛，军用推力为104.5千牛，燃料消耗为0.88-0.9，全加力推力为312千牛，燃料消耗为1.8-2.1，推力在62~63千牛就可推动F-22在万米高空以1.5马赫进行超音速巡航，这时升阻比为5，与加挂典型空战载荷后升阻比为3的第三代战斗机相比优势极其明显，F-119发动机采用整体式加力燃烧室、二元矢量喷管和冷却、隐身材料、雷达修形设计技术，是目前世界最高水平的发动机。



正常的涡扇发动机的结构是3级风扇,7级高压压气机，接着是燃烧室，1级高压涡轮和1级低压涡轮，最后是加力燃烧室和喷管，高压压气机和高压涡轮用一根轴连接，风扇和低压涡轮用另一根轴连接，气流经过进气道进到风扇，经过风扇和高压压气机增压后进入燃烧室燃烧，产生高温高压推动高压和低压涡轮高速旋转，再从尾部喷管喷出，但是这种设计给战斗机隐身带来很大麻烦，发动机内部是非常密集的空腔多叶片，进气道、进气帽罩、进气支板、进气机匣、风扇叶片、喷管，加力燃烧室、高低压涡轮会对射入的2~3厘米机载火控雷达电磁波产生类似于镜面反射的强烈高频散射。



传统战斗机的进气道也是一个强大的散射源，一个可产生10平米的雷达散射截面。所以隐身战斗机要对发动机的进气口和排气口进行隐身处理，F-22战斗机使用的S进气道，依靠大曲度的管道避免发动机叶片直接被前方射入的雷达波照射，进气道壁板的吸波材料吸收在弯曲的进气道中多次散射的雷达波，基本可以完美屏蔽前方射入的雷达波，但这种设计要付出进气道尺寸倍增、机体尺寸和重量增加的代价，而且进气道弯段处存在气体分离导致发动机有效推力减小问题，而且管道形状复杂，精度要求高，需要采用碳纤维复合材料编制技术和专用的进气道涂层喷涂机器人。



尾喷管也是一个强大的散射源，贡献了飞机尾部雷达散射截面的90%，为了不让雷达波直接照射到发动机加力燃烧室和涡轮，加力燃烧室的撑杆和喷油嘴要一体化设计并涂上耐高温吸波材料。发动机喷口的燃气热流温度高，气流流量大，红外辐射特别明显，很容易被红外探测器和红外制导武器发现，F-22战斗机除了降低涡扇发动机排气温度外，还使用的带推力矢量的二元喷口，可衰减90%喷口正后方的红外辐射，使红外探测距离减少45%,但是这种设计代价是结构复杂重量大，而且损失推力，2台F119开全加力尾喷管偏转15度时垂直方向推力只有80.7千牛，水平方向推力损失3.4%，偏转角20度时推力损失可达6%，按升阻比5计算会产生20牛的阻力，总推力损失达到9.8%。

二：涡扇-15发动机的隐身能力



歼-20战斗机设计比F-22晚了近20年，F-22A空重19.7吨，内部燃油8.2吨，飞行员与武器1.5吨，正常起飞重量29.3吨，歼-20战斗机体积宽裕，空重15吨，机内载油11.2吨，接近F-22A外挂2个副油箱的总燃油量，飞行员与武器1.5吨，使正常起飞重量能达到30吨以上，F-22结构紧凑,内部空间异常紧张，长度与横截面积比值不够超音速波阻较大，水平尾翼在超音速飞行时控制权限不足，要推力矢量实现俯仰控制，造成发动机推力的双重损失，歼-20战斗机没有重蹈覆辙，选择了加长机身提高内部容积和较低的超音速波阻，为鸭翼找到合适的安装位置，使得超音速俯仰控制权限异常优秀，处于干净流场中的鸭翼纵向受力分散机身抗弯强度低，从而降低结构重量。



鸭翼的俯仰和横滚控制权限均优于F-22A的矢量喷管，升力占总升力1/10,最大瞬时过载8g时可提供二十余吨升力，远高于F-22A的偏转至20度极限时10吨垂直推力，鸭翼与矢量喷管的纵向力臂长度相当，鸭翼在横滚操纵力臂占据压倒性优势，高升阻比和鸭翼使歼-20战斗机超音速敏捷性和瞬时转向率胜过F-22A战斗机，蚌式无隔道进气道适应范围远在F-22A的加莱特/双斜切乘波进气道之上，如果F-22A打开侧弹舱升阻比还会进一步下降,面对阻力微乎其微侧弹舱的歼-20战斗机毫无胜算，鸭翼在提供抬头控制力矩时也产生正升力，降低了发动机工作负荷，动力系统比重下降至0.11，1.6马赫时的升阻比5.5，能在发动机推力不足也与F-22A持平超音速巡航性能。



但早期的AL-31F发动机设计时只考虑短时间超音速冲刺，并不能长时间超巡，中期换装的涡扇-10发动机的核心机与美国F101发动机技术标准相似，涡扇-10涵道比0.7，基本型的空气流量120千克/秒，推力约120千牛，基本可满足歼-11战斗机的动力要求，采用整体叶盘风扇，宽弦钛合金叶片，整体钛合金压气机叶盘及双FADEC控制系统后，最大推力可以达到133千牛，能作为歼-20的过渡动力，换装涡扇-10后，歼-20重心分布有了变化，产生的扭转力矩只能靠鸭翼错偏转约14°来平衡，这样正面反射面积增加1.25倍,从而被雷达探测到的距离增加15%，F-22A的AN/APG-77雷达对1平米目标最大探测距离是240千米，可在100千米内探测到歼-20。



歼-20也采用S型进气道设计，和F-22一样大幅减少发动机风扇叶片镜面反射，从而前方雷达反射信号，但使用AL-31F发动机的尾喷管没有任何隐身设计，只能靠尾部下方两个接近发动机尾喷口的巨大的腹鳍遮挡尾喷管，涡扇-10A发动机，长方条形喷管分内外鳞片，鳞片之间是复杂的操纵杆系，雷达反射很高，涡扇-10B发动机内外鳞片合一，喷管变成锯齿形状，非常类似美国F-35隐身战斗机，F-35战斗机的F-135发动机大部分设计和F-119战斗机相同，最大的区别是F-35战斗机太重，支撑不起F-22战斗机那种结构重，推力损失大的矢量喷管，喷管还是采用常规战斗机的圆形喷管，只是喷管变成锯齿形状。



常规战斗机不开加力时喷口温度在670K~920K之间。开加力后燃油不能充分燃烧，喷出后会形成高达1800K~2200K的尾焰，所以是隐身战斗机的大忌，为抑制尾焰辐射，F-117战斗机和B-2隐身轰炸机取消加力燃烧室，涡扇-10B发动机安装锯齿形喷口后，消除了镜面反射问题和增加了冷热空气交换长度。射流核心区有/无锯齿温度基本相同，喷管出口环形边缘100毫米内附近的喷流温度普遍降低，当接近锯齿形裙边时温度降低28K，降低幅度接近10%，红外信号辐射强度降低25%，使远程红外预警搜索系统探测距离缩短24%，如果红外预警搜索系统探测距离50千米，采用锯齿形尾喷口后探测距离缩短到43千米，这意味着歼-20战能首先攻击一次。



不过涡扇-10B发动机尾部依靠可看是加力燃烧室支撑机构、角锥和低压涡轮，F-35战斗机在尾部使用屏蔽格栅挡住发动机内部零件，消除雷达反射信号，歼-20战斗机换装涡扇-15原配发动机后才会弥补上这个最后一块短板，高推重比的第四代涡扇-15发动机进展不太顺利，自2005启动研发至今用了18年，涡扇-10外廓尺寸比F119略大，涡扇-15机体规格和涡扇-10相当，采用和F119一样的3级风扇6级高压压气机，最大推力达到160千牛不存在技术难度，推重比可以达到10，外加1级高压涡轮和以及低压涡轮架构，基本版军推107.8千牛，加力323.4千牛，超音速巡航作战半径可以F-35A的亚音速巡航作战半径看齐。

三：全状态版的歼-20战斗机遇到F-22战斗机



全状态版的歼-20战斗机在防空作战时，先由预警探测体系发现目标，歼-20战斗机以最隐身的机头位置对准对方航线，以电子静默状态从对手前、侧、后拦截实施拦截，配备涡扇-15的超音速巡航速度可达1.8马赫，从起飞到到达480公里拦截阵位只用不到20分钟，高于F-22的25分钟，拦截范围达800海里，几乎是F-22的一倍，如果来袭的是三代战斗机，歼-20的有源相控阵雷达T/R组件达2000个，对1平米雷达反射面积目标正面探测距离为230千米，尾部探测距离为138千米，三代战斗机的雷达对1平米雷达反射面积目标探测距离在130千米左右，对雷达反射面积0.03平米以下的歼-20发现距离约为62千米，,即歼-20有168千米的安全位置从容发射导弹。



如果进攻作战时遇到F-22战术会明显不同，由于预警探测体系无法保障正常信息需求，如果打破电磁静默开启机载雷达扫描，就有可能被F-22机载电子侦察设备发现定位，如果在敌方电磁环境优势区要寻找F-22，就必须在短时间打开雷达扫描确认目标的大致位置后关闭雷达，接近到一定距离后再开雷达锁定攻击，如果双方都没有预警探测体系支撑，双方就必须开启雷达，最顶级的隐形战斗机也可以在十几海里外被AN/APG-77级别的有源电扫描阵列雷达烧穿，从正面攻击双方都有机会发现对方，不过歼-20战斗机有分布式多功能光电孔径成像传感器，搜索及跟踪距离达50至80公里，F-22没有，要想探测目标只能开启雷达四处照射，战场态势感知没有任何优势。



如果双方都不打开机载雷达时，歼-20可从侧面攻击F-22，F-22在对流顶层高度以1.6马赫最大持续转向过载是4.9g，配备涡扇-15的歼-20战斗机可达5.7g，追击F-22还是很容易的，但选择尾后攻击，由于F-22良好的尾部隐身设计，攻击难度要大的多,不但尾追的导弹动力射程减少,而且F-22的导弹防御主要针对尾部方向，再配合超机动性躲避逃逸，想击中难度较大，在以前，格斗导弹射程短，寻的头只能追踪发动机热排气流，三代战斗机强调以出色的持续转向能力夺取有利发射阵位，现在大离轴角格斗导弹颠覆了越战时期的格斗空战模式，如果双方进入格斗，极可能造成“互相摧毁”的局面，与F-22格斗对歼-20来说是愚蠢至极的举动。



所以歼-20最大优势在于远距离交战，制敌而不为敌所制，与交战风险极大的F-22交战，不如寻找更有油水的预警机、空中加油机及电子侦察情报飞机，这些大型飞机数量稀少，雷达反射截面高达上百平方米，速度不过0.9马赫，机动性不值一提，却是美军有效运作空中力量的支撑，击落一架都会造成数十名难以快速替换的专业技术军官死于非命，全状态版的歼-20战斗机在超巡航程、超音速持续转向能力和滞空时间方面压倒了F-22，可有效穿透或绕过F-22组成的防空线，直取背后的大型飞机。



美国E-3系列预警机和“宙斯盾”系统的雷达都工作于S波段，反隐形效能有限，具有全向隐形性能的歼-20战斗机可以不去理会预警机就绕过其巡逻区，待探测到歼-20时，歼-20已逼近到空空导弹射程之内的距离了，美军近期内唯一可行的对策是将高价值的大型飞机活动区向后收缩，远离歼-20战斗机作战范围，但F-22作战半径太短，如果没有加油机，根本飞不到西太平洋沿岸，长腿的F-15E面对歼-20战斗机时自保尚且不易，更别说掩护脆弱的大型支援飞机，F-35战斗机在机动性和空战能力方面皆无法与歼-20战斗机竞争，随着F-22和大型支援飞机退出了中国近邻海，美国航母编队更加不敢接近中国近邻海，中国的反介入作战目标就可以达成了。

四：结语

随着全状态版歼-20战斗机批量服役，中美海空对抗态势将逐渐向有利于中国的方向发展，最终彻底瓦解美军经营多年的第一岛链前沿部署作战体系，关于歼-20战斗机和F-22战斗机的性能优劣对比请看3月份发的《根本就不是一个等级的对手，当歼二十战斗机遇到F-22战斗机》一文，本号所写的歼-20战斗机和F-22战斗机系列文章长达20万字，遍及方方面面，需要连起一齐阅读才能全部了解这两型战斗机的优劣之处，下一篇文章写歼-20战斗机和F-22战斗机的战术对抗。