国发版歼20喷口落后仍不隐身：材料比不上美国三十年前

图：新样机露面，发动机调节机构证明是太行发动机

在F22的设计中，利用发动机和机身的一体化设计实现高效率的隐身、低阻力、以及额外的高效飞行控制手段，是一个极为核心的环节。

这个环节的实现，依靠的是带有两元矢量喷口的F119发动机。目前国内的歼20，和F22差距最大的环节，就在于发动机——不仅包括发动机本身的推力等性能指标，同时发动机与机身的一体化设计才是更关键的地方。

图：YF23方形喷口由于受热不均，部分陶瓷后的承力金属必须采用镍基高温合金，极为昂贵和沉重.。YF23输掉竞争的最大原因不是过于超前，而是其设计成熟完善程度远不及YF22

图：俄罗斯时代对于两元的追求只能停留在模型方案上，能力不足无法实用

苏联时代曾经试图紧密跟踪美国在矢量推力上的研究和发展步伐，但是遭遇到了非常大的困难——两元矢量喷口和圆形矢量喷管相比，设计制造难度上的难度非常高；苏联当时的工业能力，必须要用远高于美国的重量和部件体积作为代价，才能获得近似的基本功能，装在飞机上性能不增反降。

两元喷口最大、最核心的问题，在于方形、特别是压得很扁的方形喷口；在高温、高压、高速的燃气冲蚀下，受热和受力是极度不均匀的——特别是在上下折流板和侧壁之间的角落区域和缝隙处。

图：F15M/STD先后换装两元和轴对称矢量喷管对比试飞。早期的两元喷口主要靠镍基高温合金，很笨重；而且当时对下代战机的设计要求是代反推力装置，降低着陆距离，这又进一步复杂化了结构。

而由于发动机处于飞机远离重心的末端，为了保持重心的均衡，后头重了前头也得跟着重；因此发动机的增重，一定会被加倍放大到全机上。按照一般设计规律来讲，一直有发动机增重一公斤，飞机空重至少要增重三公斤以上。

因此两元喷口的核心问题，就在于是否能够以非常轻巧紧凑的结构，实现耐受高温燃气的能力——在绝对重量上，两元喷口面对圆形喷管是完全处于下风的，这毫无疑问。由于本身体积小得多，轴对称喷管使用传统的耐高温合金材料带来的增重依然是能接受的，但在两元上完全不行。

图：美国的两元喷口

图：苏联的两元喷口，画虎类犬不过如此

所以两元喷口这个设计，不仅需要特别高的设计水平，也需要特别高的材料和工艺水平做为支撑，才能发挥出性能上的优势——这不是看得见别人的好处，想抄就能抄来的。

飞机的制造上，钛合金并不是真正的耐高温材料——它只是相对铝合金和增强塑料（各类复材）来说耐高温。实际上钛在高温下化学性质非常活跃，爱起火而且起火异常猛烈，发动机的传统钛合金压气机叶片一旦起火，4-20秒就会燃烧结束。

80年代F404等发动机上，耐高温钛合金被应用于温度较低的机匣部件上仍然屡屡起火，甚至有个专门的名词叫“钛火”。

但是比钛更耐高温的，就只有韧性好、耐冲击，但是异常沉重的钢材和镍基合金；以及更耐热、但是韧性差、不耐冲击的陶瓷材料。

图：F119问世二三十年，俄中依旧望尘莫及

图：这才是真正五代机技术水平的动力！

两元喷口要减重，要轻薄；就必须有轻质、高强度、高韧性的材料。而唯一可行的总体方案，就是以尽量轻的高耐热金属材料做主要的承力结构，用陶瓷隔绝燃气冲蚀，将金属承力结构保护在后面，并且完成吸波等隐身功能要求。

F22为了控制尾喷管的重量，研制了很多全新的材料——比如50%钛、35%钒、15%铬成分的Tidyne 3515/Alloy C钛合金。这种钛合金被称为“阻燃钛合金”，在激光点燃测试中，起火的燃点比三代机用在发动机区域里的传统耐高温钛合金，高出整整500度。

实际上不只是钛合金，为了应对两元喷口的苛刻要求，F119的折流板所用陶瓷等其它材料，也同样是相较于传统产品性能有代差性提升的全新产品。

图：国内Ti40摩擦点火测试

国内在八五期间跟踪美国进展，也开发了自己的阻燃钛合金；目前较为成熟、而且正在尝试工程化应用的是Ti40，根据2013-2015年间公开论文的披露，该钛合金计划首先用于新型发动机的机匣上——自然也就是涡扇15上。而且目前Ti40的长期稳定工作温度设计在500度，仍然比Tidyne 3515要低10%以上。

所以歼20与t50不采用两元喷口，最大的理由不复杂，就是能力不足。就现在国内的情况，歼20设计师没有在发动机喷管形式上的选择余地，只能有什么用什么，仅此而已。