今年是歼 - 20 首飞 14 周年,作为我国首款第四代战斗机,歼 - 20 已大批量装备部队。如今,社交媒体上众多歼 - 20 战斗机的高清近照,让我们有机会近距离领略其极具现代科技感的先进座舱盖。从原型机到现在,歼 - 20 的座舱盖历经多次发展与变化,背后是我国航空技术不断突破与创新的历程。
航空救生技术是在飞机遭遇无法挽回的状况时,拯救机上人员生命的关键,其发展对保障飞行员生命安全和维持部队战斗力意义重大。随着战机技术的不断革新,座舱盖结构也持续演进,从二代战机的蚌式座舱盖、三代战机的水泡式座舱盖,发展到四代战机为兼顾隐身性能而设计的整体式座舱盖。其典型特征为菱形座舱外形、风挡 / 舱盖一体化设计 ,像美国的先进战斗机 F-22、F-35 便是如此。

上世纪 80 - 90 年代,我国在三代机研制过程中实现了座舱盖透明件的国产化,当时三代机的座舱盖多采用单层航空有机玻璃。此后 20 年,我国开展了一系列座舱 RCS 缩减方面的研究,涵盖座舱透明件隐身膜、座舱部件 RCS 综合试验、全尺寸样机 RCS 综合试验等。不过,这些研究多基于三代机,隐身综合化程度较低,座舱 RCS 减缩量有限。在美国先进战机 F-22 研制的带动下,针对二十一世纪中期的航空战场环境,我国相关单位开展了先进战斗机的概念性设计。对于座舱盖系统,要求具备隐身性能以及与飞机性能相匹配的先进救生能力,故而采用了风挡 / 舱盖整体式设计,舱盖外形为低 RCS 菱形截面,正常系统采用运动锁布置、后翻开启座舱盖,运用前置火箭抛盖救生。这些成果都在我国首架第四代战斗机歼 - 20 上得以呈现。
歼 - 20 的座舱盖发展大致分为两个阶段。在歼 - 20 的 2001/2002 号原型机上,我们看到的是与 F-22 极为相似的一体化隐身座舱盖。它采用菱形外形,摒弃了弧框设计,前后沿都设计成大锯齿状,透明件表面还镀有隐身膜。这种设计放弃了第三代战斗机典型的水泡式外形,选用与前机身外形融合的 “菱形” 截面外形,不仅降低了座舱盖侧向 RCS,还降低了机头方向的 RCS;舱盖口框前后缘的大锯齿结构,再加上舱盖镀膜技术和吸波材料的运用,极大地降低了座舱部件的 RCS。

但这种整体式座舱盖也存在缺陷。为保证抗鸟撞性能和强度承载,透明件的前后区域采用了大厚度透明材料,若采用穿盖弹射,敷设的微爆索就需要较多装药量才能炸裂座舱盖,可实验表明,由此产生的冲击和噪声是飞行员难以承受的。所以只能采用抛盖方式实现弹射,抛盖动作由座舱盖前置的两个固体抛盖火箭推动,同时为防止火箭火焰灼烧飞行员,火箭呈八字布置,喷口向外倾斜。在进行弹射救生时,需先抛离座舱盖,这就存在延迟救生的风险,不利于飞行员在紧急情况下逃生。(量产型歼 - 20 也保留了抛盖火箭,主要用于地面应急抛盖)
直到歼 - 20 的 2011 号原型机出现,其座舱盖设计有了全新改变。2011 号机的座舱盖采用了内置弧框,座舱盖顶部增设了微爆索。这一设计改进解决了此前的诸多问题。座舱盖透明件前后区域对强度要求不同,前部为满足较高的撞鸟性能,需要较厚的透明件;后部主要承受气动载荷,所需透明件较薄。2011 号座舱盖透明件采用整体变厚度设计,既消除了传统风挡和舱盖间的分隔弧框,满足了隐身要求,又在保证座舱盖前部抗鸟撞性能的同时减轻了重量,还成功实现了穿盖弹射。这种设计能够兼顾隐身、鸟撞、救生三方面需求,还达到了减重效果,比 2001/2002 号机上的等厚度座舱盖更为先进。美国的 F-35 战斗机也采用了类似的设计思路 。

歼 - 20 座舱盖的进化,是我国战机研发从借鉴到自主创新的生动体现。早期借鉴 F-22 的设计思路,在实践过程中发现问题并持续优化,最终形成了更先进、更符合自身需求的方案。如今,歼 - 20 座舱盖的设计,结合国产透明件隐身镀膜技术,在提升光学性能和雷达隐身效果的同时,采用前置火箭抛盖结合穿盖弹射的方式,确保了飞行员在紧急情况下能够安全逃生。从 2001/2002 号原型机到 2011 号原型机,再到量产型,歼 - 20 的座舱盖经历了一次次技术突破,不仅隐身性能达到世界领先水平,在安全性、耐久性和救生能力等方面也实现了全面优化。这一过程充分展现了中国航空工业从模仿走向超越的成长历程,标志着我国在第四代战斗机设计领域的自主创新能力已步入世界一流行列 。