前言：2018年，一架歼-20隐身战斗机的等比例模型停放在美国佐治亚州萨凡纳-希尔顿黑德国际机场的的美国空中优势中心内，该中心是美国空中国民警卫队第四代战斗机空战训练的主要基地，表明美国开始认真研如何应对歼-20战斗机了。本文参考自美国《国家利益》杂志文章《美国F-22“猛禽"隐形战机对阵中国歼-20隐形战机:谁会胜出?》。



一：F-22“猛禽"隐形战机的优势

80年代以后，超视距空战成为空战的主要样式，美国空军为此研制了具有隐身能力、超音速巡航能力，超机动性和先进的综合航电系统的F-22战斗机，其中最核心的技术优势就是雷达隐身性能，雷达波是一种直线传播的电磁波，可反射、折射、衍射，照射飞机时会直接反射回去，F-22战斗机首先修整外形改变机身角度，如菱形机头，倾斜双垂尾，后掠式机翼，把电磁波反射到不重要的方向，但边缘会对电磁波产生绕射，F-22战斗机采用整体蒙皮技术，锯齿状舱门开缝，平行式机翼、尾翼前后缘和进气道口消除这些绕射，还采用隐藏式进气道消除雷达波的腔体散射。



不过修饰外形只是将雷达波从一个方向反射到另外一个方向，这个方向隐身反射的方向就形成尖峰值，这个尖峰值可以通过隐身涂层缓解，并通过外形设计集中在几个小角度方向，除非雷达正好照射在这个角度，如果改变航姿航向也会变成短暂的尖峰信号，在一系列的隐身设计后，F-22战斗机厘米波段的机头截面积0.02~0.003平方米，分米波波段为0.1~1平方米，而F-15战斗机高达12平方米，小一点的F-16战斗机也有3~5平方米，雷达隐身标准以雷达截面积来衡量，面积越大散射回雷达方向的电磁波功率就越强，也就越容易被雷达发现。



目前机载火控雷达都是厘米波段，对5平方米目标的探测距离为120~150千米，跟踪距离为80~100千米，理想状况下雷达最大发现距离和截面积的1/4次方成正比，如果截面积缩小到1/100，发现距离就缩小到32%，如果有杂波干扰，发现距离和截面积的1/2次方成正比，也就是第三代战斗机对F-22战斗机的探测距离为20~35千米，跟踪距离为13~25千米，如果有预警机的支援，探测距离将扩大到50千米，F-22战斗机装备的AIM-120C导弹有效射程是50千米。



F-22战斗机的雷达定位系统精度很高，可以不开雷达把自己暴露给对方，静静接近目标后用相控阵雷达发射一个不容易被雷达侦察设备侦测到的窄波束迅速为导弹输入诸元，然后发射AIM-120C导弹，等导弹进入20千米自主制导阶段，就以1.5倍音速超音速巡航能力脱离威胁区，敌方飞行员在F-22战斗机开火之前甚至无法在屏幕上看到一个斑点，即使被雷达捕捉到，也因为反射信号太小被当作飞鸟而自动过滤掉，而F-22战斗机的雷达可以将雷达信号分散在较宽的频段上，并瞬开瞬关，对手的雷达定位系统很难探测到。



当敌方战斗机雷达探测到F-22战斗机的时候，F-22战斗机已经开火，当敌方战斗机能够锁定F-22战斗机的时候，AIM-120C导弹已经飞到眼前，如果导弹没有命中，双方进入视距内空战，F-22战斗机的超机动性加上AIM-9X导弹和头盔瞄准具，也可以在视距内空战中获得优势，美国空军的“红旗"军演证明F-15和F-16等三代战斗机很难击落F-22战斗机，反而自身损失惨重，隐身的巨大优势对在东亚作战的美军来说至关重要，面对数量占绝对优势的中国空军，F-22战斗机能够击落多架中国战斗机而自身毫发无损。



二：歼-20隐身战斗机的缺陷

但这种压倒性的技术优势在中国歼-20隐身战斗机问世后就不再存在了，在F-22战斗机1997年首飞时，中国空军的主要装备是大量的歼-6和少量的歼-7歼-8战斗机，因为技术差距太大，根本无力F--22战斗机抗衡，连F-16C战斗机还不如的歼-10A战斗机也未最终定型，但歼-20战斗机已经正式立项，经过14年的研制于2011年首飞，2016年正式列装中国空军，是针对F--22战斗机进行“非对称科技战略反应”的杰出实例，歼-20战斗机的出现意味着美国不再是唯一拥有隐身战斗机的国家，游戏规则也会随之改变。



歼-20战斗机刚试飞时，美军认为歼-20战斗机并不是F-22战斗机的简单效仿者，而是负责夺取制空权的F-22战斗机和负责体系作战的F-35战斗机的混合体，因为歼-20战斗机的研制工作是21世纪以后完成的，F-35战斗机的一系列技术和战术变革也影响了歼-20战斗机的设计，F-35联合攻击战斗机虽然在航电系统等方面独具优势，但在机动性能、隐身特性、传感器能力方面与歼-20隐身战斗机相比相形见绌，用F-35战斗机与歼-20战斗机对抗交换比会非常难看，只有F-22A“猛禽"战机，更确切地说是增强了的F-22战斗机才对抗歼-20战斗机。



但歼-20战斗机的弱点是独特的鸭翼、腹鳍、喷管都会影响隐身能力，鸭翼飞行过程中偏转会导致雷达截面积上升，不同的偏转角度下雷达截面积都不同，歼-20战斗机机头下方光电传感器的菱形窗口尺寸约十几厘米，在L波段的预警雷达面前会有较大的回波，这两个地会让歼-20战斗机比F-22战斗机的雷达截面积高出一个数量级，裸露尾喷口和腹鳍也是一大反射源，牺牲侧面隐身能力的腹鳍是为了增强飞行稳定性，减少鸭翼配平次数和角度，以保证正面隐身能力，使用AL-31F发动机的尾喷口几乎不隐身，这也是没办法的。



这就给F-22战斗机带来1.76倍的雷达探测距离优势，F-22战斗机配装AN/APG-77有源相控阵雷达拥有2200个6英寸砷化镓TIR组件，6英寸技术掌握在日本住友电工、德国费里伯格、美国AXT三个公司手中，大尺寸器件减少信号处理噪声，从而增加了1.07倍探测距离，2002年时中国的中电46所和中科晶电只能制造4英寸的，因此美国认为歼-20战斗机的雷达是1856个砷化镓T/R组件，AN/APG-77有源相控阵雷达峰值功率20千瓦，应该是歼-20战斗机的1.18倍，探测距离是1.07倍，也就是歼-20战斗机的探测距离在187~227千米之间。



但双方均有隐身能力，因此雷达探测距离大为缩短，如果按1.07倍的探测距离差距，F-22战斗机可在63千米处发现歼-20战斗机，而歼-20战斗机在33千米处才能发现F-22战斗机，如果F-22战斗机在63千米处发现歼-20战斗机，那50千米到63千米就是其攻击窗口，F-22战斗机的内置弹舱可以装下6枚射程达120千米的AIM-120C5-7中距空空导弹，而歼-20战斗机的内置弹舱只能装下4枚射程达70千米的霹雳-12中距空空导弹，无论是射程还是火力都无法和F-22战斗机基本相当。



如果双方进入近距离作战，F-22战斗机配装了强大的F-119发动机和矢量推进装置，能够以两倍F-16战斗机的速度进行横向和纵向移动，推力矢量喷嘴能可以在大迎角状态下时提供纵向控制力矩进行过失机动，机动性在对第三代战机近距离空战时占有绝对优势，歼-20战斗机的AL-31F发动机比F-119发动机低一个档次，虽然鸭翼有助于提高机动性，但只是提高大迎角下的可操控性，而不是过失速机动，F-22战斗机可以首先实现机头转向锁定战斗机，不过歼-20战斗机采用了独特的“升力体+边条翼+鸭翼+全动式垂尾”的气动布局，会提供非常大的正升力，在大迎角机动时非常有利发挥盘旋性能。



歼-20战斗机的翼载荷为340千克平方米，F-22战斗机为370千克平方米，F-22战斗机的盘旋性能不如歼-20战斗机，而且歼-20战斗机的正常起飞重量比F-22战斗机轻了4吨，推力差距60千牛，这足以抵消发动机的差距，如果F-22战斗机不开矢量发动机，两者机动性基本处于一条水平线，大迎角时歼-20战斗机使用鸭翼+边条的增升作用非常明显，F-22战斗机只能使用矢量发动机来增升，导致推力损失比较严重，即使F-22战斗机能首先锁定歼-20战斗机，但如果进入了持续的缠斗，歼-20战斗机就有可能占据优势了。



两者都采取了整体式座舱盖，飞行员视野角度都非常大，但歼-20战斗机体积大还有鸭翼，目视死角还是要大于F-22战斗机，此时F-22战斗机就要占据优势，F-22战斗机和歼-20战斗机都携带2枚格斗导弹，霹雳-10和AIlM-9X3这两种格斗导弹都是128x128阵列凝视型焦平面红外成像导引头，离轴角都能达到土90度，机动过载都超过50G，但霹雳-10弹径和弹长、阻力、重量均要大于AIlM-9X3，因此在加速性能和转弯性能上有点差距，另外F-22的红外面源干扰设备可以干扰红外成像体制的格斗导弹，歼-20战斗机还没有发现同类类干扰设备，F-22的喷口遮挡红外隐身处理也优于没有红外隐身处理的尾喷口，所以近距格斗性能还是优于歼-20的。

三：歼-20隐身战斗机的升级

但是歼-20战斗机是分为A状态和B状态的，A状态指的是2017号以前的歼-20验证机、原型机，验证机、原型机的歼-20战斗机使用俄罗斯的AL.-31F发动机，最大推力仅有15吨，还不能达超机动和超音速巡航，2001号验证机只是简单测试飞行性能，2002号验证机设计有较大变动，装上了有源相控阵雷大，2011号原型机修改了主翼、鸭翼、进气道、加速版、腹鳍、弹仓，增加了光电探测设备，2013号原型机修改了座舱盖高度，2017号是最后一架原型机，至此研制工作全部结束，2101号之后的都是量产型了。



2016年12月，编号为78271到78276的6架歼-20量产机交付中国空军，2017年3月正式服役，2018年1月开始进行实战化训练，这个型号的歼-20战斗机使用了涡扇-10发动机，2023年，使用了涡扇-15发动机的歼-20战斗机开始试飞，已经和美国人想的不一样了，关于鸭翼影响隐身的难关早己攻克，歼-20战斗机的鸭翼是世界战斗机的巅峰设计，中国科技人员克服了数字模型建立和气动设计等多项难关。

对鸭翼使用复合材料，进行切尖修形，改善控制系统，敷设吸波材料后，就算鸭翼偏转到45度反射值也不过在0.01到0.001之间，尖锐的边缘形成的边缘绕射也在0.0001到0.001之间，吸波材料还可降低5分贝~10分贝，计算机还会根据机身姿态给出合理的偏转角度，已经对整机隐身性能影响不大了，光电传感器窗口如果是普通的玻璃就会被渗透进的雷达波，但用钢锡金属镀膜镀上一层膜后足以过滤雷达波，这技术和座舱隐身手段是一样的，F-22战斗机的座舱由于早期的技术条件是一层一层地叠加，歼-20战斗机前3架原型机也一样，但后面的都是一体成型的了，阻止雷达波渗透能力强于F-22战斗机。



腹鳍是歼-20战斗机的独有设计，可以增加稳定性和大迎角机动的气动效率，2016号后的歼-20战斗机使用腹鳍完全遮挡住了尾喷管侧面，并敷设有隐形材料，大大减少侧面反射值，发动机的喷管也做了锯齿修形，将出口边界扩大，增加冷却气流和高温燃气的掺混，还将雷达波“发射”到其它角度，有效抑制了X波段和Ku雷达波，发动机进气道是战斗机上雷达回波最明显的地方，F-22战斗机的加莱特进气道有多处放气门和排气孔，歼-20战斗机的DSI进气道取消了附面层隔道、泄放系统和旁路系统，不但隔绝了附面层气流，还遮蔽了发动机，隐身效果高于F-22战斗机。

和要涂很多层涂料厚到簌簌掉粉的F-22战斗机不同，歼-20战斗机用的复合多元膜一平方米仅重0.7千克，可将8~40GHz频段内的雷达波衰减达10-15分贝，2015年还出现一种印刷电路板隐身涂料，表层是一层0.8毫米的FR4印刷电路板，下方有0.04毫米的半导体和铜片，通电后可以吸收0.7到1.9波段微波，再下面是7毫米蜂窝底板，总厚度只有美国涂料的十分之一，却可削减反射率10~40分贝，使AN/APG-77有源相控阵雷达探测能力从63千米缩水到6千米，还不用像F-22战斗机那每次飞行后都要做保养和空调机库。



歼-20战斗机的1475型有源相控阵雷达是中国先进航电计划中的第二代产品，第一代的98X工程是参考F-22战斗机的航电架构，后来用在歼-10B战斗机上，第二代产品实际上是2002年开始针对F-35战斗机的航电系统，尺寸和AN/APG-77雷达相似，具备了优良的低截获概率，可以控制每一个雷达波束的功率，同时发射数百到数千个不同频率的低功率电波，再把这每一个频率的电波累积成一个信号，老式雷达告警装置对其毫无反应，雷达的数字系统还把电波编译成每一次都不同的伪杂波，，完全融进背景噪音，这样F-22战斗机的ALR-94电子侦察系统也无法侦测到。

本来以为歼-20战斗机雷达探测距离187~227千米，但南京14所为巴基斯坦空军“枭龙”战斗机研制的KLJ-7A相控阵雷达才1000个TR组件，探测距离就高达170千米，甚至高于F-35战斗机的APG81雷达，还是做了不少的保留的白菜价出口型，1475型有源相控阵雷达TR数量翻番，还是使用氮化镓材料，功率增加一倍，探测距离至少也400~500千米，歼-20战斗机的EOTS-86光电探测设备可以探测到150千米以外的点状信号，凭借这一系统，歼-20可以不开雷达就能在110千米外发现并锁定F-22战斗机，然后先敌开火、打完就跑。



机载计算机能力决定多快锁定目标，多快完成发射，弹道计算有多精确，F-22战斗机的机载计算机是90年代产品，处理能力是每秒50亿次，歼-20战斗机的机载计算机是21世纪后十年的产品，显然拥有后发优势。AIM-120C5-7中距空空导弹射程120千米，主动雷达导引头捕获距离20千米，对隐身战斗机则降为10千米，假设100千米外发射，以4马赫速度计算，必须持续锁定51秒才能到达主动雷达导引头开机位置，如果在60千米外发射则必须持续锁定30秒，通常持续时间超过10秒就可能被歼-20战斗机的电子侦察系统察觉，所以F-22战斗机优势并不突出。

在近距空战方面，如果歼-20战斗机配备涡扇-15发动机，那之前的F-22战斗机的瞬时盘旋机动优势将不复存在，量产版的歼-20战斗机还配置了F-22战斗机没有的综合光电探测系统和头盔综合显示瞄准系统，座舱设备几乎和F-35战斗机一样，没有跟着F-35战斗机取消了平显，显然不想学F-35的头盔太重、图像延迟、夜视兼容性等难题，近距作战可用机载光电传感器获取比F-22战斗机更大的视野，更远的发现距离和更精确的目标位置参数，使F-22失去近距先发制人的优势，在60G的导弹过载面前，F-22的超机动作用不会太大。

四：结语

歼-20战斗机刚刚现身时，的确有很多不足，但都在设计师的预计之内，并按部就班的逐步升级到完全版，完全版的歼-20战斗机无论哪一项性能上都压倒了F-22战斗机，而F-22战斗机在服役这二十年来没有任何改进，数量还只有188架，除去坠毁、测试、训练和后备飞机，作战中队实际只有126架，如果加上只有50%的妥善率，美国空军能向东亚战场派遣的F-22战斗机不足50架，而中国空军的歼-20战斗机正以每年100 架的速度在增长，所有战区都已经换装，抛开性能不谈，单是数量上的差距就能压倒美国空军了。