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。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。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。

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，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。

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，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。

最近公开照片的J20发动机和2021号原型机的发动机是同一型号的 有可能只是批次不同

上一篇文章我们谈了WS10B的各方面性能。本来是讨论WS15的，为何要先说一堆WS10B的事情。这是因为说不清楚WS10B的情况就没法说清WS15的事情。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。可见WS10B性能指标相当的强悍，但是看WS10B这个型号名称又像是太行系列的改型，但是太行核心机有这么大的改进潜力吗？我们知道太行发动机或者AL31FN的推重比都在7.5左右，军用推力都在7.5吨左右，加力推力都在12.5吨左右，虽然后来太行提高到了14吨左右，但那也是在J20首飞之后的事了，至于AL31FM1也好不到哪里去。WS10B发动机中间状态推力在97千牛左右，比太行高出32% ，性能高出这么多。以太行的核心机是无论如何实现不了的，因为能提高25%就已经是跨代的性能提升了。很显然WS10B用的不是太行的核心机。

实际上对于第四代战斗机来说，发动机必须是跨带的高推重比发动机。对于这一点大家必须有清醒的认知，那种认为J20可以先用太行发动机或者AL31FN飞起来，然后再换WS15的想法是根本走不通的。关于这一点我们来看看国内某涡扇型号总师的观点。这里有这位总师最近公开发表的论文，大家一起看一下。

到现在仍然有很多人不辞辛劳的为J20装上AL31FN、AL31FM1、WS10、WS10B、WS15，不停的换来换去。也不管每次换完都要花三四年试飞飞行包线，修改优化飞行控制率，甚至修改进气道，修改气动外形。也不考虑这样换来换去，前面的做的工作还是否有意义，技术上是否能实现，花费十几年换发动机时间上是否可行，等等。从这位总师的观点中我们应该清楚的知道，WS10B是不可能在太行发动机核心机的基础上改进而来的。那么WS10B要想实现高推重比就只有一条路可走了，那就是用高推核心机。那么从以上情况来看，这个WS10B很可能就是将我国预研的高推核心机和太行发动机的风扇和低压涡轮串装起来，再加上国内大修AL31发动机取得的一些技术成果，集成的一款过渡状态动力装置。

WS15发动机验证机总设计师江和甫

那么剩下的问题是用高推核心机来研制过渡动力时间上来的及吗？首先我们知道高推核心机在研制时，江和甫总师是很有远见的，在核心机阶段就已经为核心机配套了外涵道而且也上高空台进行了测试，等于把后边验证机的工作都干了。这样就为WS15和WS10B研制争取了时间。实际上高推核心机测试外涵道用的就是太行的风扇和低压涡轮。高推核心机研制在2005年年底实际上已经完成了阶段性的任务，否则也不会在2006年年初启动WS15的研制工作。而采用太行发动机成熟的风扇和低压涡轮，也可以大大缩短WS10B的研制周期。那么花五年时间，赶在J20首飞前，研制出来一个过渡动力为WS15争取时间还是来得及的。这个就是WS10B作为过渡状态动力装置存在的意义。现在我们再来看WS10B这个型号的名称，就很有意思。看型号像是太行系列的改型，但又用了高推的核心机。所以称其为WS15低配版也不算错。你说它是WS15吧，它的风扇和低压涡轮又是太行发动机的，所以叫太行发动机的改进型号也不算错。

WS15验证机于2011年交付

那么WS15的具体性能是怎样的呢，我们前面有一篇文章是专门推测WS15性能指标的，要看的话点后面链接，这里就不重复了。关于W15的性能指标，我们再来看张照片。这是一个公开展览的展板，在上面我们可以清楚的看到，WS10B的最大推力为155千牛。

多年前一个公开展览的展板

多年前兵工科技杂志也曾提到这台155千牛的发动机。当时提到某太行改进型发动机推力为155千牛，推重比为9.5。

多年前兵工科技杂志提到的太行改进型发动机

这样看来这个WS10B就是多年前提到的那台9.5个推重比的发动机。奇怪的是这些参数和深圳卫视提到的144千牛的加力推力并不吻合。为什么会出现这样的情况呢？从媒体公开155千牛这个参数的时间来看，是在WS15研制开始之后不久，这个参数应该是原计划要达到的参数。但是在研制阶段遇到了技术困难，当时亦有传闻WS15研制推倒重来。毕竟太行的风扇和低压涡轮和高推核心机本来就不完全匹配，虽然高推核心机在WS15开始研制前已经经过了地面试车达到了最大工作状态，但是当年并未实现高空台测试达标，高空台测试达标直到2009年年底才实现。如果高空台测试没有完全达标，那么指标之外的部分参数WS10B是不能用的。直到高空台测试完全达标，WS10B才能达到原设计指标。这中间差不多有三年多时间，而发动机的研制工作却不能停止。

那么如何解决问题呢？也很简单，先降低指标，比如降低发动机最大转速和涡轮前进气温度，等达标之后再改回去。这样做可以大大降低发动机研制的技术难度，而且也能保证在非常短的时间内完成WS10B的研制。如果是这样的话，WS15的发展就可能出现三个阶段，整个过程分三步走。第一步，高推核心机加太行发动机风扇和低压涡轮，降低转速和涡轮前进气温度，中间状态推力超过90千牛，加力推力144千牛，推重比8.8左右，型号为WS10B。装备于J20技术验证机和原型机。这个就是J20的首飞发动机，也是给J20保底的动力，其主要任务是保证J20完成试飞装备部队，同时也要完成矢量喷口的装机试飞工作。另外这台发动机还是J10C的动力。第二步，改进风扇和低压涡轮，转速和涡轮前进气温度回到原设计指标，此时，中间状态推力超过100千牛，加力推力155千牛，推重比9.5。这个阶段指标定的比较早，现在指标可能已经有所提高，中间状态推力应该在108KN左右，加力推力在156KN左右。这个就是目前正在J20上试飞的型号，型号名称为WS15。

WS15已经重新研制了风扇和低压涡轮 重新匹配了内外涵道

最后是第三步，重新研制风扇和低压涡轮，重新匹配内外涵道，将高推核心机的性能完全发挥出来。中间状态推力进一步提高，加力推力达到180千牛左右，推重比有可能达到11左右。这台发动机就是WS15的完全版。

虽说太行的风扇对高推核心机来说是小了点，影响高推核心机性能的发挥。但是也有好处，就是这台过渡动力将来可以换到原来使用太行或者AL31FN发动机的飞机上去。性能又可以有很大幅度的提高，修改的工作量很小，因为风扇大小都差不多，空气流量也差不多。最重要的是将来J20换发动机的时候，直接用WS15替换WS10B，不但稳妥而且修改的工作量非常小。因为WS10B用的是高推核心机和WS15是一样的。不但推力比较接近，而且更重要的是响应曲线也非常接近，只用扩展飞行包线即可。这样气动外形、飞机结构都不用修改。风扇直径也一样，进气道也不用改。等到WS15技术上成熟了，出了完全版就可以用到J20的改进型号上去。那时候再修改气动就没啥问题了。

最近公开的J20照片跟2021号原型机相比气动外形没有什么变化

目前J20 2021号原型机的照片出现在网络上已经有很长时间了。从外形上看最近公开的J20照片跟2021号原型机相比，气动外形没有什么变化，这就意味着目前装备于2021号原型机和最新的J20上用的发动机，就是加力推力156千牛的第二阶段发动机。因为全新批次的原型机肯定是有重大改进的，最大的可能就是发动机的改进。如果换了18吨左右推力的发动机，那么气动就要做出很大修改。如果没有看到明显的修改，那么可能就是换了个推力相差不是很大的发动机，从144千牛到156千牛。如果是这样，就意味着我们可能还有机会看到2031号原型机。而2031号原型机上装的可能就是加力推力180千牛左右的WS15完全版。到时候，2031号原型机的气动为了匹配动力的大幅增加，将会作出比较大的调整。

最新公开的J20尾喷口和机身锯齿间没了间隙 因此尾喷口无法偏转

最后一个问题是WS15的现状。从2017年九月开始，WS15发动机在J20 2021号原型机上开始试飞，目前已经生产了三个批次。最近公开照片的J20装备的发动机可能就是WS15最新的批次，发动机配备了锯齿形隐身喷口，但尾喷口和机身锯齿间没了间隙。因此尾喷口无法偏转，也就是说目前的WS15是基本型号没有矢量推力。等到基本型号定型之后才有可能再上矢量尾喷口。

按照2018年刘大响院士透露的消息 WS15将在2至3年后定型

在经过小批量生产试用没问题后，WS15两三年之后也会完成设计定型进入大批量生产。此阶段WS15中间状态推力108千牛，加力推力156千牛，推重比9.5。换装WS15后，J20的性能可以进一步提升，相对于F22的技术优势会更加明显。至于WS15的完全版也就是加力推力18吨以上的版本目前还没出现。

综上所述，J20服役时装备的是使用高推核心机的WS10B发动机，现在试飞的j20用的是WS15的基本型号，没有矢量喷管，最终J20会装备使用矢量喷口的WS15。

歼-20战斗机是中国航空工业研制的第一款隐身战斗机，这也是一款第五代代战斗机，这款战斗机具备隐身能力，超音速巡航能力，超视距打击能力和超强的机动能力。目前歼-20战斗机使用的是AL31F大推力涡扇发动机， 这款发动机是从俄罗斯引进的。

使用AL31F发动机是现阶段歼-20战斗机的一个不得已而为之的方法，航空发动机是我国航空工业发展的一个瓶颈。之前歼-10系列战斗机使用的也是俄罗斯的AL31F发动机。

如今我国航空发动机的发展上已经有了部分的突破，其中具有代表性的就是涡扇10发动机。这款发动机已经在歼-11BS和歼-16战斗机上普遍使用，另外具有矢量功能的型号也在歼-10B上进行了相关的测试。

就目前的状况看歼-20战斗机可能长期会使用涡扇10发动机， 通过使用涡扇10发动机可以解决发动机短缺的问题，这样可以让部队大批装备歼-20战斗机。但是歼-20战斗机的最终发动机目标是涡扇15大推力矢量发动机。