成飞六代机飞/发、隐身/气动一体结构全解：双三角翼、激波增升、飞控、主动射流

2024年12月26日，中国以一场令人瞠目结舌的技能飞跃宣告了其下一代战机的诞生。美国人眼中代号为“J-XD”的成飞超重型“银杏叶”进行了首飞测试。而大概采用超机动和超隐身兼顾的可折叠垂尾、具备上舰潜力的沈飞六代机也进行了首飞。“银杏叶”到底是空优歼击机、还是注重多使命的隐形歼轰？这并不重要，下一代战性能达到的隐形、速度、升限、态势感知能力、火力投射能力都是跨代碾压式的，加之人工智能忠诚僚机的辅助，即便会一定水平捐躯超机动能力，也必然会大幅度拓展飞行包线和使命包线。如何定位和运用并没有先例可依，要靠我们自己去开拓和界说尺度。

“银杏叶”的机体比歼20明显大一号，采用了隐身气动一体化设计的、后缘大幅前掠的双三角翼的翼身融合体。完全取消了鸭翼、垂直尾翼和水平尾翼，团体浸润面积比通例结构飞机淘汰33%，展弦比大略估计为1.9左右，甚至超过SR-71黑鸟的展弦比1.94，是非常有利于隐身和宽速域飞行的极简构型。同时采用了与苏57类似的、被翼面完全覆盖的加莱特进气道，以及背负式DSI进气道。如许飞/发一体化设计的“银杏叶”没有任何突出于机翼的进气道边沿，自然无法像歼20那样利用DSI前掠的唇口向外吹除附面层气流，不得不采用加莱特进气道的附面层隔道和排气装置，而背部的DSI进气道则不受影响。这也是为了进一步精简全机线条以强化隐形的权衡方案。

“银杏叶”很大概与最大起飞重量达250吨、极速3马赫的鸭翼加三角翼构型的女武神轰炸机一样，采用了激波升力设计。

通过对机头下部直至后掠的加莱特进气口进行一体化设计，组成了一个突出于腹部的楔形前缘，在超音速飞行中产生的激波沿着三角翼下前缘分布，使激波滞后的高压区域大部门作用于机翼下表面，这部门压力就转化为所谓的压缩升力，最多甚至能占总升力的30%。

这也是“银杏叶”的腹下两侧进气道没有采用DSI进气道的重要原因之一。。不过，没有隐形约束的女武神则采用了可下偏65度的可动翼尖。一方面增加了等效垂尾面积，增强了高速下的航向稳固性，还淘汰了机翼的诱导阻力。另一方面可以更好的稳固激波升力。不过，没有隐形约束的女武神则采用了可下偏65度的可动翼尖。一方面增加了等效垂尾面积，增强了高速下的航向稳固性，还淘汰了机翼的诱导阻力。另一方面可以更好的稳固激波升力。

推测“银杏叶”大概采用史无前例的三台涡轮基组合循环发动机，具有宽阔的飞行包线以执行宽空域、宽速域的飞行使命。将来可过渡到自适应变循环发动机。详细大概的动力系统方案我们会在下期视频做详细解说。

为了提拔工作速域范围，推测大概采用了与苏57类似的可调加莱特进气道，通过调治压缩斜板同时实现了超声速波系组织以及喉道面积的控制，使进气道具有更好的性能。背负式DSI进气道也可以通过三维调治压缩鼓包或喉道段局部型面实现喉道面积的调治，提拔DSI进气道的工作速域范围。结合飞/发设计匹配点调整，还可进一步减小进气道迎风面积以及附加阻力。

“银杏叶”主起落架采用类似苏34的大直径纵列双轮，不仅节省机舱空间，对地面的接地压力也更小，因此具备强盛的承载能力。估测其最大起飞重量从歼20的37吨提高到50吨左右。机腹弹舱尺寸巨大，估算弹舱长度能超过7米，远大于歼20的4.5~4.7米，足以容纳弹长约5.78米，弹径约0.3米的霹雳17。

而空射版鹰击21高超声速反舰导弹因为省略了一级助推器，长度应该在7米以内。隐身超音速突防的“银杏叶”与高超音速突防的鹰击21互相共同，将构成无比强盛而且灵活的航母打击体系，将代替轰6成为最有用的空基反舰平台。

“地堡克星”云箭1000型1吨级激光制导重型钻地弹长度为5~6米，采用共轭爆轰原理，能打击6米厚钢筋混凝土或者60米厚的硬质土层之下的地下工事。云箭1000也足以放入“银杏叶”的弹舱。

从机体、气动结构和动力进行大略估算，“银杏叶”最大飞行速度可达3马赫、巡航速度超过2马赫，能达到2.6~3万米的升限，实用作战半径超过3000千米，航程远超重型多用途战机，也超过俄罗斯超音速轰炸机图22M逆火的2500千米作战半径。

不依赖空中加油就能够打击以关岛为核心的第二岛链。空中加油一次，能够打击印度洋的“美军在外洋最神秘且最重要的资产”：迪戈加西亚军事基地。具备对空、对海、对地多维打击能力，完全就是斩断第二岛链的西太平洋手术刀。

我们知道，五代机固然可以依靠还不错的隐形能力、超音速巡航和超机动能力，在空战中“一击即杀“，然后迅速脱离。但五代机容积有限的内部弹舱无法容纳多样化的武器。即便号称多用途的F35，内部弹舱容量相对F16如许的轻型战斗机的挂载都少的可怜。所以，昂贵的五代机的使命弹性极为不足，要摆脱单纯制空战斗机的角色就必然需要在五代机的底子上具备更大的多样化武器挂载能力、更大的燃料携带能力和更长时间的超音速飞行能力。

同时，大国竞争背景下的高端战争，在交战两边海陆空天网多域大空间尺度强对抗、高动态战场环境下，如果要进行纵深打击，就不能只强调前半球的隐形能力，需要同时防备来自不同方向的、多种体制的反隐形雷达探测。因此全向的超隐形设计就非常重要。在更强的态势感知能力、超视距打击武器和人工智能忠诚僚机加持下，信息机动和认知机动将压倒传统的能量机动，成为将来空中优势的制胜要素。

细致分析起来，在隐身方面，“银杏叶”与YF-23一样是极少的4波系反射，仅次于B2和B21如许的飞翼结构的2波系。远少于F22的8波系、歼20和F35的10波系。同时，“银杏叶”发动机二元矢量喷口也采取了类似YF-23的设计，侧向隐身结果好于歼20采用锯齿的发动机喷口。下方还有可动控制面以遮挡向下的红外特征。

在气动方面，我们知道，大后掠三角翼天生就是为高速飞行而诞生的，歼10、歼20都采用了鸭翼加三角翼的构型。

前苏联是生产三角翼战机的大本营，苏式三角翼飞机的一大特征是采用有尾三角翼结构，水平尾翼能协助副翼控制，辅助战机滚转以获得更灵活的操作性，而且能让战机保有低速时的机动性能，同时平尾又具有矫正飞机起降仰角过大的作用。好比苏9、苏11、苏15和米格21全部采用有尾三角翼结构。

而在西方战机中更多的则是采用无尾三角翼结构，取消水平尾翼，以主翼后面的副翼代之成为升降舵面，控制飞机的纵向动作。

1953年服役的美国F-102三角箭截击机是世界上第一款采用无尾三角翼结构的喷气式战机，和其他美苏早期战斗机一样安装有两对翼刀。用物理的方法阻止附面层向外翼活动，以缓和睦流翼尖分离。虽然三角翼适合高速飞行，但早期的F-102甚至无法突破音障，直到进行跨音速面积率修形，也就是蜂腰设计之后才算是勉强飞到1.25马赫。这和它尖锐的三角箭外形绝对不相符，要知道短粗胖的歼-6还能够达到1.36马赫呢！所以60年代以后其就渐渐被其后继型F-106三角镖枪取代。别的，法国幻影战机、欧洲的台风、阵风、鹰狮身上，我们都能看到三角翼设计。

比及1963年洛克希德马丁着手研制的SR-71黑鸟服役，终于为三角翼的高速飞行能力全面正名。其采用了从机头延申到翼根的长弧形边条和三角翼，展弦比是极为有利于高速飞行的1.94。在普惠J-58世界上第一种实用化的串联涡喷/冲压变循环发动机加持下，最大飞行速度能达到3.35马赫，能够以3马赫速度巡航，升限达到26600米。美军没有上马的FB22隐身战斗轰炸机和A12重型舰载隐身攻击机都采用了更激进的、没有垂尾的、巨大的三角翼构型。

其中洛克希德马丁公司提出FB22隐身战斗轰炸机的构想以大幅度提拔F22的对地攻击能力。FB22采用更大的65度后掠角的三角形机翼，尾部为槽型扰流器，主要通过矢量发动机进行飞控。其携带的燃料将比F22多80%，航程将是F22的两倍，超过3200公里。虽然美国空军对FB22表现出了一定的兴趣，但是美国空军并没有充足预算来支持如许一款昂贵的隐身战轰的研发，同时又有F35这一相对自制的隐身多功能战机。

而1988年由通用动力和麦道团结设计的A12复仇者采用了可折叠的三角形机翼，不过最终其比设计超重30%，空重就超过30吨，要登上航母已经变得十分渺茫。同时成本严重超支，据估计A12如果服役，将会耗尽将来三年内70%的海军飞机预算。副总统切尼不得不亲身干预取消了A12的研制计划。

三角翼机翼前缘后掠，后缘平直或前掠。机翼重量轻、刚度好，有利于收置起落架，安放燃油和其他设备。大后掠角三角翼超声速阻力小，从亚声速过渡到超声速时机翼压力中央向后移动量小，这对于舵面平衡能力比较差的飞机尤为重要。超音速飞行时，后掠的三角翼可以“躲”在机头的激波锥的后面，机翼不会产生额外的激波，就可以有用避开激波阻力和机翼弹性发散题目。但由于超声速飞机的三角翼展弦比较小，小展弦比的三角翼只有在大迎角下有充足升力系数。其亚声速飞行时的升阻比低，故亚声速飞行特性并欠好，因此往往需要边条或者鸭翼进行增升。

双三角翼这个构型也应运而生。双三角翼的翼型内侧比较收敛，外侧比较伸开，有表里侧两个后掠角，如许均衡了高速和低速时的要求，而且主要的阻力在尾部，使飞机飞行比较稳固。

1958年首飞的瑞典萨博J35“龙”率先大胆创新采用双三角中单翼构型，展弦比1.77。后掠角达到80度的内段机翼采用大厚度翼身融合设计，为容纳燃油和主起落架提供了宽敞的空间；外翼段为薄翼型的大型三角翼，前缘后掠角57度。外翼段如许的设计有利于改善低速性能和收缩起降距离，同时保留高速飞行时的低阻特性。其机翼后掠角和垂直尾翼的后掠角都大得惊人，使得这架飞机的外形十分前卫。

前苏联在上世纪60、70年代研制的苏15截击机先是采用三角翼，后期改进型号苏-15TM将机翼改为了双三角翼。其外翼段的后掠角减小，翼展加长，改善了飞机的回旋和起落性能，航程也有所增加。

美国于1959年下马的3马赫高速截击机F-108轻剑也采用了双三角翼无尾结构，外段机翼还有明显下反，成为近似海鸥的机翼外形。

而我国的歼7于1984年由西工大老师沙伯楠提出了双三角翼及加装前缘襟翼的改型方案，有用改善了歼7E及之后各型歼7的中低空机动性，亚音速机动能力提拔20%。提高稳固回旋角速度，兼顾了水平加速度、爬升率，重点提拔了在跨亚音速时的机动格斗性能，续航能力还提拔20%。

此外，歼20的鸭翼和主翼之间的直边条和三角形主翼也构成双三角形，可见我国对于双三角机翼构型的积累还是颇为深厚的。

大型飞机中，1969年3月2日首飞的协和飞机采用平滑曲线过渡的S型前缘双三角形的机翼，展弦比约为1.68。这架最大起飞重量高达186吨的庞然大物的最大巡航速度可达2.04马赫。至于已经被搁置的、尚在空中楼阁的美国空军高度秘密的NGAD，其也有很大大概采用双三角翼构型。

双三角机翼显然进一步强化了增升减阻能力。双三角翼在大迎角下，从前缘和后缘分别产生两对同旋转的脱体涡流。涡流显而易见提高了升力，还可以对外翼的附面层展向气流进行整理，无需采用翼刀就能明显改善翼尖失速，淘汰了诱导阻力。别的，与普通三角翼相比，同一机翼面积和展弦比下，双三角翼根部的弦长大，相对厚度小，内翼后掠角大，能够有用地减小超音速激波阻力。此外，因内翼很细长，亚音速下内翼的升力贡献较小。而在超音速时，其升力作用增大，故音速前后的空气动力中央移动量较小，从而减小飞机的超音速配平阻力。总之，双三角机翼满足了低速飞行时高升力，高速飞行时的高升阻比要求。

别的，超过3马赫的飞行就必须全面考虑热防护的题目。其中机翼前缘的热环境恶劣，且温度梯度也大。若翼前缘半径较小，则气动阻力小，但是热应力集中，使得机翼结构热防护存在破坏的风险；若翼前缘半径较大，虽然热环境会降低，但是阻力又会增大。因此，翼前缘降热与减阻的需求是矛盾的。考虑结构热防护设计要求，翼前缘半径通常可选取弦长的0.05%～0.2%。双三角机翼方便对内段机翼和外段机翼不同的热环境采用不同的前缘半径，平衡翼前缘降热与减阻需求。

“银杏叶”为了进一步强化隐形和减阻还取消了垂尾和鸭翼。五代机的倾斜双垂尾虽然制止了电磁波角反射效应，但垂尾依然会对全机雷达散射截面产生贡献。

通过多层快速多极子算法仿真显示，即便采用隐形结果优秀的YF-23的倾斜双垂尾，在VV极化上的方位角0～180度范围内，垂尾边沿以及垂尾和和机体交接的边沿仍然存在7个明显RCS波峰。虽然可以通过边沿外形优化、应用吸波质料实现RCS缩减，但直接取消双垂尾显然是实现全向隐身能力的捷径。类似的道理，在发动机数量和能量给力的条件下，加上双三角翼的涡流增升机制，用内段三角形边条取代鸭翼多余的翼面也在情理之中。

风洞实验还表明，在低速小迎角状态下，垂尾能使阻力系数增加30%左右，而超音速飞行时垂尾对激波阻力的影响更大，所以取消垂尾还能进一步明显减阻。同时，在大迎角状态下，无论双垂尾外倾角是多少，脱体涡的吸力效应和侧洗效应都存在，因而垂尾内侧高压区也存在。脱体涡在垂尾外侧表面产生吸力，并在垂尾下部流场空间诱导出向外的速度分量，从而产生负升力，最大升力系数降落可达6.3%。因此取消全动双垂尾既能提高大迎角状态下的升力系数，还可以大幅度淘汰约3-5%的结构重量。

但是取消垂尾后，必然碰面临严重的航向稳固性和横航向控制题目。传统飞机在转弯时首先是利用垂尾方向舵的偏转产生一个侧向力和偏航力矩，同时利用副翼产生一个有利滚转力矩的耦合来实现快速的方向控制。而“银杏叶”由于没有垂尾宁静尾，需要依赖多个操纵面和推力矢量等共同产生飞控所需各种力和力矩，造成飞控系统操纵律设计困难。别的，双三角翼的脱体涡会不断产生和破碎，其引起的俯仰力矩随迎角变化不规则，力矩变化呈非线性，没有F22那样高大垂尾或者歼20如许的全动垂尾，大迎角下的方向控制将极为困难。那么，“银杏叶”的飞控该如何克服这种地狱级的难度呢？

首先，“银杏叶”的机翼后缘明显前掠，前掠幅度远大于包括歼20在内的任何一款五代机的主翼后缘。这使得机翼内侧面积大幅度增加，内侧气流的阻力也相应增加。这种阻力类似于飞镖后面的尾绳，可以一定水平起到类似垂尾的航向稳固作用。同时增大的翼面积又有利于进一步减小翼载，对全机的机动控制也是有利的。

虽然目前“银杏叶”曝光的视频看不出来是否配置了前缘襟翼，但推测其应该配置了适配双三角翼的前缘内涡襟翼及外涡襟翼。通过大后掠尖前缘机翼的前缘翼面偏转可实现涡流控制。在下偏的前缘涡襟翼上产生前倾的涡升力矢量，它使前缘吸力恢复、阻力减小。可以弥补超声速巡航飞机大后掠机翼的亚声速性能的不足。前缘涡襟翼通常需要与后缘气动控制面进行共同才能得到更好的升阻特性。

“银杏叶”的后缘气动控制面多达13个，令人叹为观止。最外面是两对开裂式阻力方向舵，和B-2的形式相同。诺斯洛普早在1942年设计XB-35飞翼轰炸机时就发明了这一装置。不过“银杏叶”的开裂式阻力方向舵的数量更多，具备更多的组合状态，而且比B-2更靠近翼尖位置，所以能改变机翼的诱导阻力来产生额外偏航力矩，同时其作用力臂要比其他操纵面的力臂长，操纵服从更高。

不过开裂式阻力方向舵打开后，其偏航力矩增量随舵偏角的变化呈非线性特性，且与升力、俯仰力矩和滚转力矩的耦合较大，变化规律复杂，在较大迎角时还会产生操纵反效现象，容易诱发航向振荡，因此需要在飞控软件上精致设计。“银杏叶”内侧各有3组襟、副翼和升降舵，能够更精致地控制飞行姿态。“银杏叶”的作动筒十分粗壮，意味着襟副翼气动面所承受的气动压力非常巨大，偏转的角度也大概很大，相对应的高速性能、超音速机动性能非常可观。别的“银杏叶”的升限很高，空气稀薄显然需要更大面积的气动面。

襟副翼气动面与机体的连接处推测应用了柔性智能蒙皮，以改善活动和隐身性能。更重要的是能感知表面风压、气流脉动、壁面剪应力和温度等外部流场环境。不同类型多传感器的数据融合大幅度提高了气流监测、气动载荷判断与失速、颤振等飞行状态预测的准确性和鲁棒性，从而为“银杏叶”宽空域、宽速域的复杂精确飞控提供了坚实的底子。

别的还有三组发动机二元喷管的矢量控制面可以进行更高效的俯仰控制。二元喷管更适合与飞机后体进行融合设计，能够消除喷管与后边条之间的耦合效应，对飞机前侧向RCS产生有利影响。通过三台发动机的推力矢量偏转或分布式推力差，直接对飞机产生力和力矩，从而与气动舵面共同参与飞行控制。

不过，考虑到“银杏叶”的全向超隐形的设计定位，这么多的后缘控制面偏转时均会影响隐身，偏转角度越大破坏隐身越严重。特别是开裂式阻力方向舵对RCS影响最为明显。仅雷达波水平极化而言，工作的开裂式阻力舵最多可使全机RCS增加1.09平方米左右，使前向RCS增加0.29平方米，侧向RCS增加0.26平方米，后向RCS因为开裂产生的角反射效应甚至增加3.2平方米，毫无隐身可言。因此在潜伏突防过程中，“银杏叶”和B2轰炸机一样，不得不切换到潜伏突防模式，完全收起开裂式阻力舵，机动能力必然大为减弱。

不过机翼前缘阵列式主动活动控制技能，可以在无舵面偏转或者少量偏转的情况下，仅在流场局部敏感点处施加控制，便可与双三角翼的流场相互作用，从而改变全局流场形态，重构飞行器表面压力分布，产生姿态控制力及力矩，可有用提高大攻角升力、减小阻力，增大升阻比，共同后缘气动面可提拔大攻角滚转姿态操控能力。同时在3马赫来流条件下，射流喷出后先等熵膨胀加速，温度会降低，被射流覆盖的区域气动加热环境还能得到明显改善，能兼顾翼前缘降热与减阻的需求。

考虑到“银杏叶”装备了三台发动机，足以从发动机外涵道引气提供充足的射流源，我们可以大胆推测“银杏叶”采用了前缘主动活动控制、前缘涡襟翼、后缘气动控制、发动机矢量控制等复杂精妙的飞控方案，在保持全机全向隐形的条件下，能提供宽空域、宽速域下优秀的飞行品质。

当然“银杏叶”制胜的机理绝非近距格斗所需的能量机动，而是信息机动和认知机动。高速超隐身、超态势感知能力排在压倒性的首位，以有人/无人协同为核心特征的复杂空战系统间的对抗将是将来空战的主要模式。成飞下一代战机必然是将来分布式空中作战体系中，具有远程、穿透、强感知、强火力和快速决策能力的强盛的骨干节点平台。