J20发动机的尾喷口 | J20 VS F22 专题

两台发动机的矢量喷口偏转方向并不一致

关于J20的发动机，还有一个谜团就是发动机的尾喷口。在网上，这个问题是一个比J20发动机本身更具争议性的话题。J20发动机的尾喷口和火焰稳定器看起来和AL31FN的一模一样，很多人据此认为，试飞阶段J20用的就是AL31FN的发动机。那么尾喷口和火焰稳定器在一台发动机里处于什么地位呢？实际上，对于发动机的主要部件来说，技术难度最大的部分是发动机的核心机，然后是风扇和低压涡轮，而尾喷口和加力燃烧室的技术难度最低。研制核心机要花一二十年的时间，换个风扇和低压涡轮，提高一下推力出个改型，可能要五六年。改一改尾喷口和加力燃烧室可能只要两三年。所以，仅靠尾喷口和火焰稳定器就能断定一台发动机，这事不怎么靠谱。

首先，从外观上看J20发动机的尾喷口和AL31FN确实一模一样，这一点基本上没问题。而火焰稳定器也看起来差不多，之所以说差不多是因为目前的照片都比较模糊看不太清楚，但是看起来确实很像。因为关于J20的发动机，官方公开消息很少，大家能获取的第一手资料基本上都是照片，在照片上看不到发动机的全貌，能直观看到的就只有发动机的尾喷口，最多也就是火焰稳定器了。但看外观，大家可能认为这就是AL31FN。结论得出后，就不会再仔细研究了。但如果你没有被这一惯性思维挡住眼睛，你会获得更多发现。让我们把视线从尾喷口往前移动一点点，看一看尾喷口和机身之间的连接部分。

仔细研究一下J20验证机和原型机的照片，你会发现，自2016号原型机开始，这个部分发生了一些变化，2016号原型机之前这部分机身锯齿和发动机之间是没有配合间隙的，而到了2016号原型机就开始出现配合间隙了。而这个狭窄的缝隙对一架隐形飞机来讲是很不利的，它非常接近于战斗机X波段火控雷达的工作波段长，会有很强烈的散射。那么，为什么会有这个配合间隙呢？是因为尾喷管扩张收敛的原因吗？我们再来看张照片。

无论喷口扩散还是收敛 喷口与机身尾部锯齿的配合间隙都没变

可以看到，不管喷口是扩张的还是收敛的，配合间隙依然存在，而且大小也没变化。再说了，之前的喷管就不会扩张收敛了吗？我们来看看AL31FN在其它飞机上的安装情况。

AL31FN在J10上安装时就没有那么大的配合间隙

这个配合间隙是完全不需要这么大的，因为喷管扩张收敛需要做动作的是内外调节片和密封片，与机身相邻的弹性元件部分是不需要运动的，显然喷管的扩张收敛与此间隙无关。对J20来说，如果想要消除这个间隙，很容易，只要把机身锯齿部分直径做小一点就可以填补这个缝隙，但问题是为什么没有这么做。

矢量喷口向下偏转时上方配合间隙会变大

那么我们再来看看其它的照片，我们会发现这个配合间隙是会变化的，当一侧间隙变小时，另一侧会变宽。而且，变窄的位置并不固定，可能出现在任意一侧，如封面图。如果尾喷口只是在沿发动机轴线方向上扩张收敛的话，显然不会出现这种情况。那么这件事就只会有一个答案，答案就是――这个尾喷口就是个矢量喷口，可以朝任意方向偏转，而那个配合间隙就是为矢量喷管偏转预留的空间。2018年珠海航展上，有记者提问，何时J20会用上J10矢量推力验证机的发动机。J20总设计师杨伟回答道：你怎么知道没用上呢？这一回答再次证实了J20发动机已经装备了矢量喷口。换句话说，进入部队服役的J20已经装备了矢量推力发动机。

那么，很多人会觉得奇怪了，你都矢量喷管了，干嘛还要把AL31的喷口套自己身上？搞个锯齿形的尾喷口不好吗？其实这也很正常，WS10B的研制周期很短，想要尽快完成任务，找个现成的尾喷口，拿来改一改最省事。既然风扇和低压涡轮都借了太行发动机的，再借个尾喷口和加力燃烧室也没什么问题。那么问题就来了，为什么不用太行的尾喷口来改装，非要用AL31的尾喷口来改装呢？因为太行发动机的尾喷口是引射喷口，实际上可以分成两层，这两层是可以独立扩散收敛的。这就是说，两层喷管之间可能是个狭窄的缝隙，而且这个缝隙可能时大时小的，这样对隐形是非常不利的。间隙大了，可能接近预警机常用工作波段S波段的波长，间隙小了，可能会接近战斗机X波段火控雷达的工作波段长。

WS10发动机尾喷口

而且当喷管之间有间隙的时候会露出里面的很多小零件，再加上喷管内侧壁上的那些活动叶片，对隐形来说这要多糟糕有多糟糕。再加上J20的喷口是矢量喷口，喷口外调节片和内调节片的空间运动路径是很复杂的，如果还要同时实现引射喷管的功能，那喷口的结构就太复杂了。而拿AL31的的尾喷口来改是没有这些问题的。当年，我们引进AL31ＦＮ大修线的时候是仔细研究过这台发动机，仿制过几乎所有部件，对这台发动机是非常了解的，拿来修改应该也是轻车熟路的。那么，既然对隐形有这么高要求，为什么不搞个锯齿形的尾喷口呢？改尾喷口也不用很久啊。因为锯齿形的尾喷口多少还是有些推力损失的，毕竟此时的WS10B中间状态推力只是90千牛左右，加力推力也只是144千牛，而F119发动机的中间状态推力是105千牛，加力推力155.7千牛，推力上的差距还是很明显的。这种情况下推力损失还是要尽量避免为好。

然后还有个问题，不是说太行的尾喷口不好吗，为什么2021号原型机的发动机又套个太行的尾喷口，外调节片还改成了锯齿形的。只能说，这个尾喷口临时试验的味道比较重，因为虽然外调节片的形状改了，但里面还是引射喷口，就隐身方面考虑，这是有点自相矛盾的。至于原因，前面已经讲了。那么以前不搞锯齿形喷口现在怎么又开始搞了呢，因为此时的发动机已经换成了WS15第二阶段的发动机，推力已经提升上来了，中间状态在108千牛左右，加力推力在156千牛左右。这些参数跟F119相比已经不落下风了。再加上J20气动设计上还有优势，锯齿形喷口带来的推力损失就不是个什么问题了。2017年9月出现的2021号原型机还只是个新发动机的试验平台，此时的尾喷口还不是最终的样子。而一年多后的第十二界珠海航展上，J10B矢量推力验证机向我们展示了隐形矢量尾喷管该有的样子，这个尾喷口可能才是WS15第二阶段发动机正牌的矢量喷口。