WS15发动机正在试飞 两三年后定型（上）

近期公开的J20试飞照片

近日网络上公开了几张J20战斗机试飞的照片，照片上显示这架J20的发动机采用了隐形尾喷口，和2017年9月开始试飞的2021号原型机一样，喷口外调节片为黑色，并且末端为锯齿形。据此有媒体称国产太行发动机终于成熟了。然而实际上，照片上的发动机既不是太行发动机也不是太行发动机的改进型号，这台发动机就是正在试飞中的WS15发动机。关于J20使用的发动机一直都是高度争议的话题。很多人仅从外观判断，认定J20试飞和服役阶段用的是AL31发动机甚至是AL31FM1发动机。然而实际上J20从试飞开始用的就是国产发动机，和AL31系列发动机没有任何关系。那么我们今天就来研究一下，第一个问题J20试飞和服役阶段用的是什么发动机。这个问题其实很早就有官方标准答案。

J20装备的发动机型号为WS10B

早在2011年年底，央视国防军事频道播出过一期叫做“世界武器装备大盘点”的节目。节目中非常明确的讲J20装备的发动机型号为WS10B，并称2011年全年J20完成了65次试飞。本号做过一期视频节目，里面有这段新闻，需要眼见为实的点后面链接。（J20的过渡动力）然而还是有很多人不以为然，坚持认为央视消息不可靠，说央视经常说错。本民工觉得央视节目的军事素养真的不怎么样，确实经常说错话。但是就此彻底否定央视并不可取，因为这期节目不是比较随意的访谈类节目，而是新闻类节目。这个新闻一定是有出处的，而且能够说清楚一年试飞了多少架次的新闻来源，不是军方就是厂方或者设计所，消息肯定是非常可靠的。那么第一个问题的答案已经有了，J20试飞时用的发动机型号就是WS10B。

WS10B发动机尾喷口和机身锯齿间留有间隙 方便矢量尾喷口偏转

第二个问题是J20发动机是否有矢量推力。很多人坚持J20试飞时用的是AL31FN发动机，唯一的一个理由就是发动机的尾喷口。因为从照片上看，J20发动机的尾喷口和AL31FN的一模一样。但是这些人却无法解释J20发动机的尾喷口为何可以朝任意方向偏转。不管AL31或者AL31FM1都做不到。

从照片上可以看到，J20发动机的尾喷口是可以朝任意方向偏转的，而且两个喷口偏转方向也可以不一致，朝那个方向偏转，哪一侧与机身锯齿的间隙就缩小，相反方向的间隙就会扩大。如果不偏转，则各方向间隙保持一致。实际上在试飞阶段，J20在2016号原型机以后WS10B就换装了矢量喷口直到试飞结束，进入部队服役的J20就已经装备矢量喷口了（J20发动机的尾喷口）。

WS10B的中间状态推力超过90千牛，加力推力为144千牛

第三个问题，WS10B的性能如何?关于这个问题也有官方标准答案。2018年4月份，深圳卫视在介绍J10C服役的新闻中曾公开过WS10B的性能，称中间状态推力超过90千牛，加力推力为144千牛。中国空军的官微空军发布还关注了这一消息。这里所说的中间状态推力超过90千牛是很有艺术的，超过多少都算超过！那么到底是超了多少呢？深圳卫视为何说得这么模糊，是因为这个其实涉及到一个非常核心的问题，那就是WS10B用的是什么核心机，这个问题我们后面再专门讨论。根据涡扇发动机的中间状态推力和加力推力的关系计算，中间状态推力应该在97千牛左右，也就是9.9吨左右的推力。需要看深圳卫视新闻的点后面链接（涡扇十五三步曲）。

F22为了获得更好的视野加高了座舱下方机身 但这会增加阻力

第四个问题，目前的J20是否有超音速巡航能力。战斗机能不能超巡，一方面看发动机，另一方面还要看气动设计，主要是阻力系数。那么J20的阻力系数如何呢？我们来和F22对比一下。先看机身，J20和F22两架飞机的机身截面形状相似，尺寸也差不多，但F22为了获得更好的视野加高了座舱下方机身，这会增加阻力。而J20没有加高座舱下的机身，只是将座舱向前移动了一点。J20机身长度在20.5米左右，F22是18.9米。J20因为采用三维轴对称矢量喷口，所以机身尾部阻力要大于F22，总体上J20整机长宽比更大，有利于减少超音速飞行阻力。再看机翼，J20的翼展在12.88米左右，F22在13.56米，J20翼展更小，而且J20机翼后掠角度更大，这样波阻更小。J20机翼面积约为68平米，F22机翼面积为78平米，J20鸭翼面积也比F22平尾面积小，所以就水平翼面摩擦阻力来说J20占很大优势。然后是垂尾，J20采用全动式垂尾，面积只有F22一半左右，虽然多出了腹鳍，但即使两者相加面积仍然要远小于F22的垂尾，而且，J20垂尾和腹鳍后掠角度都很大，所以无论波阻、摩擦阻力都要比F22的垂尾小的多。

J20借助鸭翼和机身边条实现了非常高的升力系数和非常低的阻力系数

另外站在气动布局的角度，鸭式气动布局也是有技术优势的。首先，常规气动布局是有配平阻力的，而鸭式气动布局没有配平阻力。因为在常规气动布局中重心在前，机翼产生的升力在中间，平尾产生的升力在后。整架飞机要想保持平衡，平尾产生的升力一定是负的，为了产生负升力必然就会产生配平阻力。而对鸭式气动布局来说完全没有这个问题，鸭翼产生的升力是正的，重心在中间，机翼产生的升力也是正的，三者达成平衡，不存在配平阻力问题。所以站在配平阻力的角度来说鸭式气动布局是有优势的。

对J20来说，鸭式气动布局还可以起到减小机翼载荷的作用，能够进一步减小机翼面积，以进一步减小阻力。J20借助鸭翼和机身边条实现了非常高的升力系数，比F22高30%左右。因为J20有两个涡流发生器，一个是鸭翼，另一个是鸭翼和机翼之间的机身边条，这两者结合能够产生更强大的涡流，因为鸭翼的展向尺寸比F22的进气道侧边嵴尺寸要大得多，导致鸭翼涡尺寸更大，连机身边条产生的涡流都比F22进气道侧边嵴产生的涡流强大。而且鸭翼下方的气流压力大，在鸭翼涡流经机翼和机身上方时能不断向涡流补充能量，使涡流的强度远远超过F22。J20的小展弦比机翼翼根部分更长，可以更充分的利用涡流的力量。最重要的是机身也能够获得比F22更大的升力，相对而言J20的单位面积机翼载荷就会更小。这也是鸭式气动布局的升力系数要高于常规气动布局的另一个重要原因。有了更高的升力系数就可以适当减少机翼面积以减少阻力，以平衡发动机性能的不足。实际上F22的机翼面积为78平方米，J20为68平方米，这个靠的就是更高的升力系数。J20的机翼面积更小一些，所以在气动阻力上，采用鸭式气动布局的J20是有很大优势的。在阻力系数上J20可能占据百分之十几的优势。（J20发动机不如F22 但机动性为何仍能与之对抗）

J20目前装备的矢量版WS10B推重比只有8.8左右，中间状态推力在97千牛左右，也就是9.9吨左右的推力。这和F22发动机的105千牛中间状态推力也就是10.7吨推力相差不大，也就相差0.8吨左右的推力。这样的中间状态推力再加上J20优秀的气动设计以及更小的阻力系数，J20完全可以实现超音速巡航，而且一点都不比F22差，高空有可能达到1.8马赫以上。

那么这个WS10B看起来像是太行发动动机的改进型号，但性能为何又如此强悍呢?因为97千牛左右的中间状态推力已经远远超出了太行核心机的改进潜力了。我们下一篇文章接着聊这个话题。

WS15发动机正在试飞 两三年后定型（下）