2021年7月26日，在第15屆莫斯科國際航空航天展覽會上，蘇-57戰機起飛進行表演。新華社發

近日，據俄羅斯媒體報道，未來配裝蘇-57戰機的新一代發動機將采用扁平式尾噴管設計。目前，這一技術已經在S-70重型隱身無人攻擊機上開展了相關測試工作。

扁平式尾噴管并非全新設計，美軍F-117戰機就采用了寬高比較高的扁平式尾噴管，意在提高戰機的隱身能力。

那么，扁平式尾噴管有哪些方面性能優勢呢？

一是降低雷達信號特征。傳統尾噴管的內部特征為圓柱形空腔結構，很難與機身實現高度一體化設計，不可避免地會出現各種具有強反射特征的曲面。而扁平式尾噴管可以與機體形成一體化構型，將發動機完全遮掩在機體內部，控制雷達波進入，從而更好地實現戰機隱身。

二是降低紅外信號特征。與傳統尾噴管相比，扁平式尾噴管的發動機噴流在離開機體后，與冷空氣混合速度更快、范圍更大，溫度也隨之下降得更快。因此，戰機的紅外特征降低，被探測跟蹤鎖定的概率更小。

三是提升氣動布局性能。自20世紀60年代以來，戰機氣動布局設計中最重要的一個突破是通過優化機身的氣動效率來實現升力增加、阻力降低，也就是后來業內熟知的“翼身融合”“升力體”式設計。這一設計思路的核心，是把機身做成類似于機翼的剖面，相當于一段額外的中央翼。但無論是亞音速還是超音速，要想提高翼型效率，機尾必須實現流暢的“收尖”——在傳統圓柱形尾噴管的機型上，這一點很難做到。扁平式尾噴管則很容易實現。

既然扁平式尾噴管優勢明顯，為何全球大多數戰機依然選擇傳統圓柱形尾噴管呢？

這是因為扁平式尾噴管對戰機設計門檻要求極高，如果無法滿足一定前提條件，在應用過程中反而弊大于利。

對高性能戰術飛機而言，加力燃燒室不可或缺。在加力燃燒狀態下，溫度陡升的發動機噴流是航空設計師無法回避的難題。在發動機尾噴管設計中，圓形是一種效率非常高的截面——截面周長最小，受熱和受力分布均勻。反觀扁平式尾噴管，如果沒有足夠先進的耐熱材料來取代傳統高密度耐高溫合金，扁平式尾噴管必須通過擴大體積、增加重量的方式，來應對溫度極高的發動機噴流問題，這會嚴重影響戰機飛行性能。

如果在五代機上實現扁平式尾噴管，至少需要采用兩種先進材料：一種是特別耐高溫的鈦合金材料，起到主要承力作用；另一種是具備高力學性能的材料，抗沖擊韌性優異的陶瓷能起到隔熱和吸收電磁波的作用。

在戰機設計領域，大多數傳統鈦合金材料難以滿足核心高溫區域要求，并不適用于扁平式尾噴管。以F-22的扁平式尾噴管為例，所采用的大幅提升耐高溫性能的阻燃鈦合金材料，點燃溫度比傳統鈦合金要高500℃。即使是這種鈦合金材料，也無法承受發動機加力燃燒時的噴流高溫，還需采取第二道措施，用更耐熱的陶瓷材料作為屏障，將鈦合金結構隔離保護起來，才能實現扁平式尾噴管設計。

我們知道，陶瓷材料具備優異的耐高溫特性。但要實現高強度、高韌性，必須通過加入高性能碳化硅纖維進行增韌處理。

早在蘇聯時期，設計師們已經認識到扁平式尾噴管對提升戰機總體性能的重要性，并開展了諸多項目的科研攻關。但囿于材料方面問題，過去始終未能拿出真正具備實用價值的產品。

此次，俄羅斯高調宣布S-70和蘇-57將采用扁平式尾噴管。有專家預測，俄羅斯軍工企業可能在材料和設計方面已經取得關鍵性技術突破。（李澤暉、陳信安）