俄五代機計劃換裝扁平式尾噴管

　　2021年7月26日，在第15屆莫斯科國際航空航天展覽會上，蘇-57戰(zhàn)機起飛進行表演。新華社發(fā)

　　近日，據(jù)俄羅斯媒體報道，未來配裝蘇-57戰(zhàn)機的新一代發(fā)動機將采用扁平式尾噴管設(shè)計。目前，這一技術(shù)已經(jīng)在S-70重型隱身無人攻擊機上開展了相關(guān)測試工作。

　　扁平式尾噴管并非全新設(shè)計，美軍F-117戰(zhàn)機就采用了寬高比較高的扁平式尾噴管，意在提高戰(zhàn)機的隱身能力。

　　那么，扁平式尾噴管有哪些方面性能優(yōu)勢呢?

　　一是降低雷達信號特征。傳統(tǒng)尾噴管的內(nèi)部特征為圓柱形空腔結(jié)構(gòu)，很難與機身實現(xiàn)高度一體化設(shè)計，不可避免地會出現(xiàn)各種具有強反射特征的曲面。而扁平式尾噴管可以與機體形成一體化構(gòu)型，將發(fā)動機完全遮掩在機體內(nèi)部，控制雷達波進入，從而更好地實現(xiàn)戰(zhàn)機隱身。

　　二是降低紅外信號特征。與傳統(tǒng)尾噴管相比，扁平式尾噴管的發(fā)動機噴流在離開機體后，與冷空氣混合速度更快、范圍更大，溫度也隨之下降得更快。因此，戰(zhàn)機的紅外特征降低，被探測跟蹤鎖定的概率更小。

　　三是提升氣動布局性能。自20世紀(jì)60年代以來，戰(zhàn)機氣動布局設(shè)計中最重要的一個突破是通過優(yōu)化機身的氣動效率來實現(xiàn)升力增加、阻力降低，也就是后來業(yè)內(nèi)熟知的“翼身融合”“升力體”式設(shè)計。這一設(shè)計思路的核心，是把機身做成類似于機翼的剖面，相當(dāng)于一段額外的中央翼。但無論是亞音速還是超音速，要想提高翼型效率，機尾必須實現(xiàn)流暢的“收尖”——在傳統(tǒng)圓柱形尾噴管的機型上，這一點很難做到。扁平式尾噴管則很容易實現(xiàn)。

　　既然扁平式尾噴管優(yōu)勢明顯，為何全球大多數(shù)戰(zhàn)機依然選擇傳統(tǒng)圓柱形尾噴管呢?

　　這是因為扁平式尾噴管對戰(zhàn)機設(shè)計門檻要求極高，如果無法滿足一定前提條件，在應(yīng)用過程中反而弊大于利。

　　對高性能戰(zhàn)術(shù)飛機而言，加力燃燒室不可或缺。在加力燃燒狀態(tài)下，溫度陡升的發(fā)動機噴流是航空設(shè)計師無法回避的難題。在發(fā)動機尾噴管設(shè)計中，圓形是一種效率非常高的截面——截面周長最小，受熱和受力分布均勻。反觀扁平式尾噴管，如果沒有足夠先進的耐熱材料來取代傳統(tǒng)高密度耐高溫合金，扁平式尾噴管必須通過擴大體積、增加重量的方式，來應(yīng)對溫度極高的發(fā)動機噴流問題，這會嚴(yán)重影響戰(zhàn)機飛行性能。

　　如果在五代機上實現(xiàn)扁平式尾噴管，至少需要采用兩種先進材料：一種是特別耐高溫的鈦合金材料，起到主要承力作用;另一種是具備高力學(xué)性能的材料，抗沖擊韌性優(yōu)異的陶瓷能起到隔熱和吸收電磁波的作用。

　　在戰(zhàn)機設(shè)計領(lǐng)域，大多數(shù)傳統(tǒng)鈦合金材料難以滿足核心高溫區(qū)域要求，并不適用于扁平式尾噴管。以F-22的扁平式尾噴管為例，所采用的大幅提升耐高溫性能的阻燃鈦合金材料，點燃溫度比傳統(tǒng)鈦合金要高500℃。即使是這種鈦合金材料，也無法承受發(fā)動機加力燃燒時的噴流高溫，還需采取第二道措施，用更耐熱的陶瓷材料作為屏障，將鈦合金結(jié)構(gòu)隔離保護起來，才能實現(xiàn)扁平式尾噴管設(shè)計。

　　我們知道，陶瓷材料具備優(yōu)異的耐高溫特性。但要實現(xiàn)高強度、高韌性，必須通過加入高性能碳化硅纖維進行增韌處理。

　　早在蘇聯(lián)時期，設(shè)計師們已經(jīng)認識到扁平式尾噴管對提升戰(zhàn)機總體性能的重要性，并開展了諸多項目的科研攻關(guān)。但囿于材料方面問題，過去始終未能拿出真正具備實用價值的產(chǎn)品。

　　此次，俄羅斯高調(diào)宣布S-70和蘇-57將采用扁平式尾噴管。有專家預(yù)測，俄羅斯軍工企業(yè)可能在材料和設(shè)計方面已經(jīng)取得關(guān)鍵性技術(shù)突破。