XF5-1发动机样机

  XF5-1的另一大亮点是:采用了数字式折流板矢量控制。即发动机喷口尾部,呈圆周每120°角位置,各配置一片碳-碳复合材料的导流叶片,且每个叶片均有单独的动作装置驱动,通过偏转导流叶片向内、向外径向转动的角度,来引导发动机喷流方向的变化,提供俯仰和偏航所需的控制力。

  流板技术起源于1970年代中期,德国MBB公司的飞机设计师沃尔夫岗•赫尔伯斯提出利用控制发动机尾喷流的方向来提高飞机的机动能力。1985年美国国防预研局和MBB公司联合进行了可行性研究,1990年3月,美国Rockwell公司、Boeing公司和德国MBB公司共同研制的在发动机尾喷口装有可改变推力方向的3块碳纤维复合材料舵面的试验验证飞机X-31出厂,并进行了试飞,其舵面可相对发动机轴线偏转±10°,在迎角为70°时仍能操作自如,并具有过失速机动能力。

  折流板技术的优点是结构简单,折流板与发动机隔离,驱动设计的难度低。不需要考虑密封问题,烧蚀问题也相对容易。成本较低,适合对现有动力进行改造,而无须对载机和发动机做大的改动。事实上,美军后来在F-18上安装折流板进行了试验。

  但XF5-1的折流板也有明显的缺点。

XF5-1的另一大亮点是:采用了数字式折流板矢量控制

与X-31的折流板设计相似,只是增加了锯齿边缘

F-18 HARV验证机也安装了这种偏流板

1 结构重量较大

  每片折流板导流片必须有相应的伺服动作机构,同时要在发动机上增加1条加强框,以固定在发动机机体上,另外一条加强框则直接固定在飞机机体上。

XF5-1发动机折流板结构示意图

  有资料称一套折流板至少要增加150公斤左右的重量,X-2验证机2套就要付出300公斤左右的结构死重。不但气动配平难度加大,而且对超音速巡航不利。

2 矢量推力效率较低

  由于折流板与发动机间不密封,发动机尾部喷流从板体间泄露,矢量推力的效率降低。有资料称,每片导流叶片最大偏转角度为35度,气流方向改变最大角度大约只有15度。

  从公开文献看,中国四代机将要采用的,是基于燃气密封的轴对称矢量喷管(AVEN),技术难度自然更大,但可靠性和效率也更高。网载国防科技大学2007年5月提供的陶瓷基收敛密封片经配装某矢量喷管进行台架试车,矢量喷管矢量循环数为1906次,陶瓷基收敛密封片无故障缺陷。涡扇型轴对称矢量喷管试车成功,说明该台热态试验件解决XX项关键技术的措施是成功的,使推力矢量喷管研究又跨上了一个新的台阶。但是,从歼-20的公开试飞看,尚未发现二元矢量喷管的实机安装。仅仅从这一点来看,称折流板是XF5-1的第二大亮点,并不为过。

X-2首飞时尾部折流板清晰可见

  当然,XF5-1也有一些问题。

1 推力太小

  总共只有5000多公斤的加力推力,两台也赶不上一台J11的三姨夫,更不要说14吨的WS-10B。当然,作为全长14米,翼展9米,起飞重量8吨的X-2试验机,这样的推力也许够了,但如果真是型号动力,要负载所有油料、弹药和电子设备和2个飞行员,这样的推力实在太小了。同样因动力被诟病的J31,两台RD-93还有8000公斤X-2的推力。

2 推重比稍低

  8.3,作为三代机的标准自然不差,但作为超音速巡航和超机动的四代动力,仍嫌稍低,能不能赶上目前太行改的水平存疑。不过歼-20是有WS15做足够想象空间的。而XF5-1的替身在哪里,可是一个很大的问号。

看点三、光传操纵系统

  日方宣称,X-2采用了光传操纵系统FBL(Fly-By-Light)替代了电传操作系统FBW(Fly by wire),并在光传系统的帮助下实现了飞-推-矢一体化控制。

光传操纵系统示意图

  FBL比较FBW,具有以下优势:

1 抗电磁干扰

  对电磁干扰、电磁脉冲辐射和雷电具有很强的防护能力。光纤本身不辐射能量,这又提高了可靠性和安全性。

2 重量轻、数量少

  与FBW分立线路不同,利用波分复用技术的光纤可以同时传输多路信号,减少电缆数量80-90%。比如F/A-18大黄蜂的每一个作动筒平均有15路FBW分立的信号线,改用FBL只需1根光纤即可实现15路电导线所完成的信号传输功能。而且光纤的故障隔离性好,当一个通道发生故障时不会影响其他通道。

3 速率高

  FBL电缆传输可以满足1Mbps的导线式应答总线传输速率,而FBL光传输系统的传输速率可达100Mbps。

4 损耗低

  FBL光纤传输的信号损耗可降至0.2dB/km以下,比电缆小1~2个数量级。

  从公开文献看,中国开始研究FBL是2000年,很多国内报道都认为歼-20采用了FBL,但都是基于推测的。当然,无论是X-2还是歼-20,我们都无法从外观得出是否装备了FBL的结论。不过日方既然已经宣布,我们自然还是将此列为X-2的一大亮点。

看点四、智能蒙皮

  日方2011年宣称,完成了“智能蒙皮机体构造的研制”,将用于心神战机的研制。

  智能蒙皮,Smart Skins,就是在航空器复合材料蒙皮中,嵌入或在其表面上附着安装各种航空电子器件,使之具有信号检测、处理及传输功能的航空器蒙皮。智能蒙皮的实现,对机体复合材料和先进电子器件都提出了非常高的的要求。

  在目前的实际应用中,智能蒙皮主要涉及三个方向:

1 智能天线蒙皮

  主要是把天线和机身表面做成一体,或者说,把天线嵌入飞机的蒙皮内。这要求把收发组件变得更薄,以与航天器表面共形。这对氮化镓、碳化硅和铝镓氦这类高新元器件的水平要求很高。

智能天线蒙皮

2 智能隐身蒙皮

  2015年11月10日,美国物理联会主办的《应用物理》杂志118期上发表了一篇作者来自中国华中科技大学的英文论文。该论文阐述了将“有源频率选择吸收表面”技术用于吸收特高频(UHF)波段雷达波的技术。这被认为是一种可以用于制造隐身战斗机智能蒙皮的技术,它可以根据敌方雷达的探测频率调节自身对雷达波的吸收率,从而大大降低雷达反射面积,可能让现有只能吸收固定波段电波的隐身涂层技术彻底过时。

3 智能预警蒙皮