
四代是世界上第一个采用可调进气口的隐身战斗机,也是第一个把 DSI 和可调进气口结合起来的战斗机

可以比较 F-15 的进气口


F-16 的推重比比 F-104 高出 40%,但最大速度差不多,差别之一就在于 F-16 的固定进气口和 F-104 的可调进气口
F-22 也是固定进气口,但倚仗两台变态的超大推力发动机,可以用蛮力推出超巡,并满足其他速度范围下的动力要求
四代之前,所有隐身战斗机都采用固定进气口。固定进气口简单,没有可动部件,雷达反射特征小。从 F-22 开始,固定进气口几乎成为隐身战斗机的固有特征,F-35、T-50 都是固定进气口。但固定进气口只能对较小的马赫数范围优化,F-16 采用固定进气口之后,尽管推重比比 F-104 增加了 40%,但最大速度相当,部分原因就是因为 F-16 的固定进气口是为跨音速格斗而不是最高速度而优化的,而 F-104 的进气口是可以通过半锥可调,所以在更大速度范围内保持最优。在超音速飞行时,进气口的唇口也造成激波,激波的锋面好比气帘,气流通过激波锋面的时候得到减速。可调进气口可以在不同速度下有效地控制激波的形状和位置,使气流达到发动机正面的时候为最优速度、最高压力。不可调进气口只能在设计速度做到这一点,在其他速度下,要么气流速度依然过高,发动机前面几级压缩机非但起不到压缩机的作用,反而变成风车,使气流减速到亚音速;或者速度过低,大大增加压缩机的负担。
F-22 采用加莱特进气口,也称双斜切双压缩面进气口,或者斜切菱形进气口,不同的说法,都是一个意思。这个设计比 DSI 超音速性能好,适应的速度范围更大,但毕竟还是固定进气口,最终逃不过固定进气口的限制。好在 F-22 有两台变态的发动机,超巡没有问题。T-50 的超巡性能现在不清楚,T-50 的进气口和 F-22 有所不同,但大路子相似。F-35 采用 DSI,只有一台发动机,尽管推力变态,还是力不从心,最高速度只有 M1.6,超巡就免提了。四代要做到超巡,但中国没有 F-22 这样变态的发动机,只有用可调进气口来帮忙,达到足够的超巡性能。四代的进气口上唇可以下垂,像 F-15 一样,这就是可调进气口。和 F-15 不同的是,F-15 的可调进气口是暴露在外的,而四代的可调进气口是包拢在进气口结构内的。四代这样做当然是出于隐身的考虑,但可能造成进气口唇口较厚、阻力增加的问题。工程设计本来就是得失权衡的过程,只要最终结果得大于失,这就是值得的。不过四代的进气口上唇下垂如何避免和 DSI 的鼓包打架,这还是一个有趣的问题,有待更多的细节图片才能解惑。活动上唇和固定外壳之间不可避免的间隙里,如何避免杂物和尘土嵌进去,造成可调上唇动作受阻,这也是一个具体的工程问题。四代的进气口可算是 DSI、加莱特和 F-15 那样的可调锲形的结合体,这也给了四代正面大青蛙一样的特征。
有的示意图上,四代的鸭翼是箭形的,但从正面照片来看,鸭翼是梯形的。按照尽量减少边缘角度的 edge alighnment 原则,机翼形状应该和鸭翼一致,机翼、鸭翼前后缘对齐。如果最后证明鸭翼不是梯形而是箭形的,那也无妨,鸭翼和机翼的前后缘不一定需要左面对左面,左面对右面也是可以的。机翼采用 M 形或 W 形虽然也符合 edge alighnment 原则,但增加了内角和凸角,增加后向雷达反射特征,能避免最好避免,只有在前掠后缘导致翼根长于机体长度的时候才不得已而为之。双垂尾的形状估计了鸭翼一致,有利于边缘对齐。垂尾翼尖斜切一刀,估计机翼、鸭翼也有同样角度的斜切一刀。米格战斗机的垂尾经常有这么一刀,F-15 的翼尖也是这个样子,这是为了躲开翼尖涡流造成的额外阻力。
四代的鸭翼是全动的,四代的双垂尾也是全动的。已知战斗机中,只有 T-50 是全动垂尾,F-22 和 F-35 都是常规的固定垂尾加可动舵面。全动垂尾和全动平尾一样,都是飞控要求和水平提高的结果。传统的横向稳定的飞机设计中,后机身的水平方向投影面积应该大于前机身,这样飞机就像风向标一样,在横向是自然稳定的。后机身是指整机重心以后的部分。现代战斗机的发动机占了飞机重量的不小的一部分,飞机重心越来越靠后,所以机翼也靠后,造成 这样机头像仙鹤一样长长地伸在前面的样子。但这样,后机身的投影面积就越来越依靠垂尾,一个垂尾不够,有时还需两个垂尾。双垂尾还有额外的好处,可以把舵面差动动作(也就是同时向外,或者同时向里),充当减速板使用。像 F-18 那样的外倾双垂尾的舵面差动动作的话,还可以产生额外的压尾力矩,帮助飞机及早抬头,缩短起飞距离。外倾的双垂尾还有降低侧面雷达反射面积的的好处。对于远处照射过来的雷达,入射角基本上可以等同于水平入射,直立的垂尾像镜子一样反射,外倾的垂尾就明显降低了雷达反射特征。不过外倾的双垂尾在飞控上比较别扭,不光产生偏航力矩,还产生滚转力矩,要达到飞行员的无忧虑操作,需要较高的飞控水平。四代比这还进了一步,采用了全动垂尾。全动垂尾变被动的自然稳定为用主动控制达到方向稳定,好处是可以用较小的垂尾,重量和阻力都较小,雷达反射面积也小,坏处是对飞控要求进一步提高。四代采用这样极端的技术,说明了成飞对先进飞控的信心。

欧洲“台风”是另一种采用远距耦合鸭翼的战斗机,但鸭翼对飞行员视界有遮挡,而且必须另加一对扰流片才成产生涡升力
米格-29K 用下垂的扰流片控制涡升力的走向和强度

四代则用可动边条控制涡升力的走向和强度,这是另一个世界首创
但四代飞控之变态不在于此,而在于可动边条。在众多侧视图中,不大为人注意的是鸭翼和机翼之间的边条,有一条清晰可见的缝线,这只能是可动边条。四代的远距耦合鸭翼注重配平作用,有助于敏捷的机头指向,但对于稳定盘旋所需要的涡升力没有太大的帮助。欧洲“台风”在鸭翼和机翼之间增设了一对小小的扰流片,用于产生涡升力。四代大大地进了一步,鸭翼和机翼之间的边条是可动的。由于和机翼在同一水平面上的缘故,四代的鸭翼略带上反。一般说上反翼增强横滚的稳定性,用于自然稳定性不足的下单翼。四代鸭翼相当于上单翼,上单翼用上反十分罕见,对敏捷性是负面影响,但鸭翼面积太小,这点影响可以忽略不计。但鸭翼略带上反,减少对边条的遮挡,可以增强边条的作用。四代的边条是小小的,比较狭窄,毕竟在鸭翼后面,太宽大了没用。但这不等于边条就无所作为,尤其是边条可以可控下垂。可动边条可以强化涡升力,并且可以控制涡流走向。 也采用了类似的技术,不完全一样,但思路相近。米格-29K 的大边条下有一对可以在起飞着陆是放下的扰流片,这一对扰流片大大增强了涡升力,所以不需要苏-33 那样的鸭翼就可以实现航母上的滑跃起飞。不同的是,米格-29K 的扰流片只在起飞、着陆时使用,对机动飞行没有助益,四代的可动边条在所有时候都可以发挥作用,这就是全新设计和改进设计的差别,也是飞控的差别。
