蘇-57二元噴管的安裝方式與其他俄制戰鬥機關節式噴管一致

直到最近，俄羅斯空天軍首個作戰部隊才裝備蘇-57生產型戰鬥機，整個PAK-FA五代機項目的延誤已經使蘇-57陷入了剛服役就落後的尷尬境地，該機在隱身、航電、發動機上的諸多缺陷要在研製中的蘇-57M上才能得到逐步解決，而後者到底最終採用傳統的原型推力矢量尾噴管，還是在去年年底露面的新型矩形矢量尾噴管？也成為蘇霍伊設計局留給航空迷的懸念之一。

天空之王紀錄片中的蘇-57新噴管

用慣了關節式矢量噴管的俄式戰鬥機突然改用矩形二元噴管這件事本身，就讓所有人都感到意外。就蘇-57而言，該機氣動外形早已定型並採用帶寬間距發動機吊艙的升力體機身設計，所以矩形噴管並無法像F-22那樣與後機身進行扁平融合設計，起到降低跨聲速干擾阻力的作用。那麼矩形二元噴管給蘇-57帶來的最大的好處就只能在隱身方面了，而隱身也正是該機長期來飽受詬病之處。

矩形二元矢量的優缺點

二元噴管的風洞模型

蘇-57的隱身設計側重於迎頭方向，對後向的隱身處理較為馬虎，目前量產中的第一階段生產型甚至沒為其AL-41F1發動機配備鋸齒尾噴管。矩形新噴管的側壁和調節板後緣都為斜切設計，角度與尾翼後緣平行，這種鋸齒化設計可降低後向低頻電磁波的邊緣行波繞射，提高該機的後向隱身能力。

與圓形噴管相比，扁平化的矩形噴管也有更有利於射流與外流的摻混，有利於降低射流的紅外輻射強度，研究表明最高可達20%。新噴管在調節板和側壁末端都開有密集的冷卻空氣通道，通過射流的引射作用將發動機艙冷空氣抽出，可降低噴管的表面溫度。

二元噴管的後緣都有密集的冷卻空氣通道

聯合發動機公司ppt，展示了二元噴管的結構

和之前的關節式噴管一樣，蘇-57LL的矩形噴管同樣採用向外側傾斜安裝的方式，水平軸線應該外側偏轉32度。這麼設計可通過寬間距噴管的同向和差動偏轉來提供俯仰、滾轉和偏航軸的推力矢量操縱力矩，再結合該機的前緣渦流控制器（LEVCON）、全動垂尾和其他控制面，通過綜合飛/發控制來實現高度的超機動性能，這正式俄制戰鬥機長期以來所強調的領域。相比之下，F-22的噴管只能在垂直平面偏轉，無疑限制了其機動性。

蘇霍伊總師米哈伊爾·斯特萊茨在紀錄片中對此總結道：“本質上，扁平噴管補充了現有的空氣動力學控制，允許在三個平面上產生操縱力矩，從而控制俯仰、滾轉和偏航軸。並且由於噴管安裝角度與之前保持一致，因此飛機的所有超機動能力也得以保留。”

有趣的是《天空之王》紀錄片的一段CG動畫展示該噴管甚至能做三元偏轉，噴管能整體繞一個環形軸承左右旋轉，將調節板上下偏轉轉換為左右偏轉，進而實現全向偏轉。但筆者感覺這恐怕是CG動畫師錯誤理解了新噴管的設計意圖，在蘇-57已經定型量產的今天，將噴管從二元改為三元無疑涉及飛控軟件的重大修改和海量重新試飛工作，這將進一步拖慢蘇-57M的研發進度，增加研發成本。此外蘇-57的碩大尾椎也沒為三元矢量噴管留出避讓空間，同樣涉及後機身結構的重大修改。

無論從哪個方面看，矩形二元矢量噴管都可能是蘇-57M改進項目的最佳選擇，在飛控和機身結構上可以做到無縫銜接。

蘇-57的矩形二元矢量噴管

矩形二元矢量噴管也並非毫無缺點，當高溫射流從加力燃燒室的圓形截面過渡到噴管的矩形截面時，會產生壓力損失，導致一些推力損失。該噴管的第二個缺點是對材料的剛性和強度有更高要求，因為矩形噴管會比圓形噴管承受更大壓力，這就導致噴管重量相應增加。

第二階段發動機

為什麼蘇-57在首飛14年後才裝上“高大上”的二元矢量噴管開始試飛呢？這是因為推力不足的AL-41F1發動機無法承受該噴管在推力損失和重量增加上的雙重代價。

現有推力不足的AL-41F1導致蘇-57正常起飛重量下的推重比為1.09，滿載起飛推重比0.97，無法實現其馬赫1.3的超聲速巡航設計指標。而對於第五代戰鬥機來說，在不開加力的情況下進行持續超聲速平飛具有重要戰術價值，2018年印度退出蘇-57聯合研發項目的理由之一就是質疑該機無法實現超巡。留里卡設計局首席執行官馬爾丘科夫在2023年6月關於俄羅斯戰鬥機渦扇發動機的講座中透露，安裝AL-41F1的蘇-57目前只能開加力進入超聲速飛行。

尾噴管的軸向傾斜安裝，可通過寬間距噴管的同向和差動偏轉來提供俯仰、滾轉和偏航軸的推力矢量操縱力矩

所以在蘇霍伊設計局的規劃中，蘇-57M的改進重點之一就是換裝推力更大的“第二階段發動機”。土星在競爭中戰勝了禮炮，負責為蘇-57M研製代號“產品30”的全新發動機，項目在2011年進入全面研製階段，2014年12月開始台架測試，2016年完成首批測試發動機，2017年年底裝在蘇-57LL上開始試飛，2023年該發動機被命名為AL-51，基本型號是AL-51F1。“產品30”原計劃在20年代初投入服役，目前看來該發動機的測試工作還遠未結束。

為蘇-57研究的另外兩種矩形噴管

AL-51F1在外形尺寸和接口上都與AL-41F1相同，可實現無縫換裝。AL-51F1是一種雙轉子小涵道比加力渦輪風扇發動機，具有由單級低壓渦輪驅動的三級低壓壓氣機（風扇）和由單級高壓渦輪驅動的五級高壓壓氣機。該發動機在設計上注重隱身，有吸波材料製造的進氣口導向葉片和帶鋸齒後緣的關節式矢量噴管。AL-51F1干推力增加到11噸，加力推力17噸，將使蘇-57的正常起飛重量推重比達到1.15-1.2，滿足馬赫1.3的超巡要求。充裕的推力也使蘇-57M換裝矩形二元矢量噴管成為可能，這將彌補該機在隱身上的短板。

新噴管大量採用3D打印技術製造

食之無味棄之可惜

矩形二元矢量看似高大上，但其實對蘇-57M的幫助有限。前文說過該尾噴管存在重量大推力損失大的缺點，由於噴管也未能融入蘇-57的後機身造型進行一體化減阻設計，因此與原型尾噴管相比，並不能給蘇-57M帶來提高推重比和機動性的助力，再加上壽命和成本方面的考量，該噴管可能更多是俄羅斯發動機工業在先進尾噴管設計上的一次摸索，而並不是為蘇-57M特別設計的。