俄五代机计划换装扁平式尾喷管

　　2021年7月26日，在第15届莫斯科国际航空航天展览会上，苏-57战机起飞进行表演。新华社发

　　近日，据俄罗斯媒体报道，未来配装苏-57战机的新一代发动机将采用扁平式尾喷管设计。目前，这一技术已经在S-70重型隐身无人攻击机上开展了相关测试工作。

　　扁平式尾喷管并非全新设计，美军F-117战机就采用了宽高比较高的扁平式尾喷管，意在提高战机的隐身能力。

　　那么，扁平式尾喷管有哪些方面性能优势呢?

　　一是降低雷达信号特征。传统尾喷管的内部特征为圆柱形空腔结构，很难与机身实现高度一体化设计，不可避免地会出现各种具有强反射特征的曲面。而扁平式尾喷管可以与机体形成一体化构型，将发动机完全遮掩在机体内部，控制雷达波进入，从而更好地实现战机隐身。

　　二是降低红外信号特征。与传统尾喷管相比，扁平式尾喷管的发动机喷流在离开机体后，与冷空气混合速度更快、范围更大，温度也随之下降得更快。因此，战机的红外特征降低，被探测跟踪锁定的概率更小。

　　三是提升气动布局性能。自20世纪60年代以来，战机气动布局设计中最重要的一个突破是通过优化机身的气动效率来实现升力增加、阻力降低，也就是后来业内熟知的“翼身融合”“升力体”式设计。这一设计思路的核心，是把机身做成类似于机翼的剖面，相当于一段额外的中央翼。但无论是亚音速还是超音速，要想提高翼型效率，机尾必须实现流畅的“收尖”——在传统圆柱形尾喷管的机型上，这一点很难做到。扁平式尾喷管则很容易实现。

　　既然扁平式尾喷管优势明显，为何全球大多数战机依然选择传统圆柱形尾喷管呢?

　　这是因为扁平式尾喷管对战机设计门槛要求极高，如果无法满足一定前提条件，在应用过程中反而弊大于利。

　　对高性能战术飞机而言，加力燃烧室不可或缺。在加力燃烧状态下，温度陡升的发动机喷流是航空设计师无法回避的难题。在发动机尾喷管设计中，圆形是一种效率非常高的截面——截面周长最小，受热和受力分布均匀。反观扁平式尾喷管，如果没有足够先进的耐热材料来取代传统高密度耐高温合金，扁平式尾喷管必须通过扩大体积、增加重量的方式，来应对温度极高的发动机喷流问题，这会严重影响战机飞行性能。

　　如果在五代机上实现扁平式尾喷管，至少需要采用两种先进材料：一种是特别耐高温的钛合金材料，起到主要承力作用;另一种是具备高力学性能的材料，抗冲击韧性优异的陶瓷能起到隔热和吸收电磁波的作用。

　　在战机设计领域，大多数传统钛合金材料难以满足核心高温区域要求，并不适用于扁平式尾喷管。以F-22的扁平式尾喷管为例，所采用的大幅提升耐高温性能的阻燃钛合金材料，点燃温度比传统钛合金要高500℃。即使是这种钛合金材料，也无法承受发动机加力燃烧时的喷流高温，还需采取第二道措施，用更耐热的陶瓷材料作为屏障，将钛合金结构隔离保护起来，才能实现扁平式尾喷管设计。

　　我们知道，陶瓷材料具备优异的耐高温特性。但要实现高强度、高韧性，必须通过加入高性能碳化硅纤维进行增韧处理。

　　早在苏联时期，设计师们已经认识到扁平式尾喷管对提升战机总体性能的重要性，并开展了诸多项目的科研攻关。但囿于材料方面问题，过去始终未能拿出真正具备实用价值的产品。

　　此次，俄罗斯高调宣布S-70和苏-57将采用扁平式尾喷管。有专家预测，俄罗斯军工企业可能在材料和设计方面已经取得关键性技术突破。