歼20采用的AL-31F系列发动机——特别是其加力燃烧室和尾喷管,本身是没有任何隐身设计考虑;虽然在后机身与喷管连接处存在锯齿化的设计,但实际效果非常有限。后向入射的雷达波依然会在加力燃烧室空腔内,不受干扰的传播反射,并产生严重的空腔谐振,形成严重的反射特征。
图:AL31F系列发动机从未考虑过隐身
图:F22的发动机加力燃烧室结构就比AL31F干净的多
图:F35的发动机加力燃烧室设计在F22基础上进一步做了强化,但喷管隐身能力远不如F22
同时另一方面,圆形喷管形成的喷流相当稳定,和外界的空气掺混的速度慢、程度低;这使得喷流的温度降低速度也慢,红外信号特征更强烈,更容易被红外光电瞄准装置所搜索、发现、跟踪、锁定。
在YF23和F22上,都采用了发动机与机身的一体化设计来提升飞机的后向隐身能力,其中F22的设计又比YF23要强得多。F22发动机喷管设计的思路不算特别复杂,但是和全机的联系特别紧密,代价很大,但是收益很高而且是多方面的。
图:F22两元喷口的设计充分考虑了隐身要求
F22采用两元喷口的弊端,是会导致一定程度(有资料称能达到8%)的加力推力损失(不加力推力的损失比例小很多),增重很大,而且设计和制造难度特别高。611所出版的F22相关资料中,称其推力损失比例仅有2-3%,但没有指明是何种状态下。
图:F22发动机喷口的流线隐藏在尾撑的轮廓内流畅收缩,直到只剩一个尖端,高速阻力非常低
图:注意F22机身侧向的两头尖轮廓,特别是发动机段的机身强烈收缩设计
但是它能在双发战机的应用上,极大的提高机身尾端的扁平比,使整个机身真正的成为一个两头都非常尖削的形状,极其接近理想状态下超声速机翼的翼型剖面。相较于推力和重量上的损失,两元喷口为F22带来的超声速增大升力、减小阻力的效果,是其高速超巡能力的核心来源之一。
图:F22喷口在全加力推力下损失比例最大,超巡时损失低得多
另一方面,高扁平比的方形喷口在损失喷气动力效率的同时,也大大加快了喷口与外界空气的掺混速度;特别是在不加力维持超巡的状态下,F22喷流的红外强度要比三代机维持亚声速巡航还要低得多——它在中波波段的红外辐射强度减低了80-90%。此外F22还设计有液氮喷放装置,能在极短时间内对燃气、燃烧室和喷口进行剧烈的降温——但液氮容量非常