俄罗斯苏57学习美国F22,采用二元矢量喷口,中国歼20跟还是不跟？
俄罗斯苏57学习美国F22,采用二元矢量喷口,中国歼20跟还是不跟？
俄罗斯苏-57战斗机最近进行了一项技术升级，其052号原型机换装了带扁平喷口的二元推力矢量发动机。这种倾斜安装的喷口设计与美国F-22的水平安装尾喷口形成鲜明对比。中国歼-10B矢量推力验证机采用的是圆形三元矢量喷口，那么，中国未来的歼-20和歼-35战机是否也会跟进这种二元矢量喷口技术？
052号安装了二元喷管
052号为何要倾斜安装发动机喷口？
052号是苏-57的第二架原型机，专门用于测试俄罗斯新一代发动机产品30（正式编号为AL-51F-1）。可以确信，这款发动机正是AL-51F-1的二元矢量版本。值得注意的是，这架052号苏-57只在左侧安装了一台二元矢推型AL-51F-1，右侧装的还是圆形喷管的发动机，推测为采用轴对称三元推力矢量喷管的AL-41F-1。
这种喷管通过上下左右四个方向的偏转，可进行俯仰、偏航和滚转控制。采用倾斜安装设计后，052号苏-57用二元喷管就可以达到三元喷管的控制效果，从而在不增加结构重量的情况下，极大提高飞机的机动性。这种倾斜喷口起到的控制效果就像V形垂尾一样，同时具备平尾和垂尾的控制能力，能够同时控制飞机进行俯仰、偏航、滚转。
倾斜安装的二元喷管具备三元喷管的功能
但这种设计也存在一些缺点。倾斜喷口在偏转时会产生侧倾力矩，且这种侧倾力矩很难通过偏转气动舵面来抵消，因为气动舵面的响应速度远不及矢量喷口。这就需要另一侧发动机的矢量喷口同步偏转，来抵消这种侧倾力矩。这种设计的缺点是控制复杂，推力损失也比较大，因为抵消侧倾力矩的同时也会抵消一部分发动机推力。
052号之所以要安装二元喷口的AL-51F-1，主要追求的是隐身性能。二元喷口的雷达红外信号特征都要比三元喷口小。但这个结论放到苏-57身上又不太适用，因为其雷达隐形设计并不出色，光是两个短而直的进气道就严重削弱了苏-57的正面隐身性能。现在却舍本逐末，对尾喷口的隐形能力如此重视，着实令人费解。一个比较合理的解释就是，俄罗斯在等离子隐身技术方面取得了重大突破，所以才对尾喷口的隐形能力如此重视，因为等离子发生器很难安装在喷管位置，这里的温度太高了。
苏57的隐形设计并不出色
二元喷管与三元喷管比较
其实，二元和三元喷口各有利弊，谈不上哪一种更先进，二者的区别主要表现在以下几个方面：
隐形能力不同。二元喷管的隐形能力要强于三元喷管，因为前者的多边形线条更容易融入五代机的总体隐形设计中，其上下两个调节片的耐热结构也更有利于削弱尾焰的红外信号。
控制能力不同。三元喷管同时具备控制飞机进行俯仰、偏航、滚转的功能，而F-22水平安装的二元喷管只能进行俯仰和有限的滚转操作。
F22的二元喷管
对材料工艺的要求不同。二元喷管的温度分布并不均匀，在喷口拐角处会出现热应力集中的问题，因而对材料工艺的要求极高，材料工艺不过关就只能在冷却上下功夫了，052号二元喷管调节片的边缘有很多蜂窝状的小细孔，这应该就是通过引气进行冷却的设计了。
体积重量不同。二元喷管非常笨重，这是因为它的横截面要由发动机主体部分的圆形变为长方形，二者在结构迥然不同，相当于在加力燃烧室筒体的外围再设计一个套在外面的矩形喷管，再加上矩形喷管导致的热应力集中问题，想不笨重都难。而圆形矢推喷管就简单多了，直接由发动机本体延伸过来再套上直径稍大点的圆形喷管即可。
推力损失不同。由于二元喷管长方形尾喷对发动机的圆形横截面形成了遮挡，再加上长方形尾喷管边缘存在"漏气"现象，因而二元喷管的推力损失高达12%以上，远高于圆形喷管。
二元喷口会对发动机气流形成遮挡
结语
既然二元与三元各有千秋，那么问题来了，我国五代机有必要装备二元喷管呢？实际上，我国二元喷管的研发已经取得了重大突破，在2022年珠海航展上，“中国航发”已经展出了新设计的二元喷管。但要不要用二元喷管还得具体分析，对于追求超音速巡航的歼-20而言，二元喷管乃至矢量喷管并非必需，尤其是在我国发动机仍然是短板，耐高温材料工艺水平仍然有限的情况下更是如此，但对歼-35和六代机而言，就未必了。