鴨翼必然影響殲20隱身，為何楊偉總師還要這樣設(shè)計？
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)機的看法。其中一個重點是談?wù)撎K-57和殲-20的隱身性能，專家認為，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
要討論這個問題，首先要對隱身外型理論有基本認識。這個理論在上世紀70年代后期才被美國完善，內(nèi)容相當?shù)貜碗s，且仍有部分因為機密因素被“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波的散射現(xiàn)象：
- 面散射：當雷達波照射到物體表面時，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的年代由于計算機只能計算平面形狀的散射，因此它被設(shè)計得奇形怪狀，但等到 “沉默彩虹”就掌握了預測曲面反射的運算技術(shù)，使隱身飛機能在隱身與氣動之間做出平衡。
- 邊緣散射：當雷達波照射到兩個以上的 “面”交界產(chǎn)生的邊線時，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：意即直接面對雷達波的邊緣產(chǎn)生的散射，由于戰(zhàn)機通常對前方發(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，其機翼與機身采取了高達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：當雷達波照射到邊緣，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，爬行波難以預測的特性是早期工程師無法做出隱身飛機的主因之一。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”戰(zhàn)機將回波減為1/10，被探測距離將縮短47%，使其能發(fā)射中遠程制導武器；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，機翼大都在水平面上，對前方遠距離雷達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：
- 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。
- 當雷達波長增加時，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，所以米波雷達的波長又相對更長了，更加強了米波雷達，甚至 “半米波”雷達的探測效果。
△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維度，一個維度是雷達截面積，也就是回波反射能量的功率，另一個維度則是有效的頻率。對于B-2戰(zhàn)略轟炸機而言，對低頻的米波雷達與高頻的火控雷達都要保持極低的雷達截面積，才能讓敵人 “看不到也打不到”；但對于F-22/35戰(zhàn)機而言，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”，因為它們可以主動把派上來的攔截機打下來。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90年代與NASA聯(lián)合進行一項未來戰(zhàn)機的研究計劃，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：前者指的隱身強度與頻率范圍都相當于B-2，后者則是隱身強度與頻率范圍都略差，而相當于F-22的程度。從研究結(jié)果（NASA-CR-195079）可以發(fā)現(xiàn)，前翼機雖然提高機敏性，卻付出了 “可見度尚可”的代價，也就是前翼抵銷了拿掉垂直尾翼的隱身紅利。
△在NASA-CR-195079報告中，麥道公司明確指出：相對于其他控制面，前翼的雷達截面積是其缺點。報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）都屬于雷達可見度較高的選項
如果前翼對隱身可能有影響，那為什么殲-20要采用前翼呢？可能也是兩個原因：
- 殲-20后機身的腹鰭、圓形噴嘴...等 “復雜”形狀也會增強后緣散射，相較于這些部位，可能前翼的回波還不算強，自然不需因噎廢食
- 戰(zhàn)機的設(shè)計需求有許多面向，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)計出的X-36實驗機還是有前翼。
殲-20總師楊偉在最近也說過： “殲-20的成功，標志著在戰(zhàn)斗機的研究領(lǐng)域，我們已經(jīng)進入了‘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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