天空之王纪录片中的苏-57新喷管

用惯了关节式矢量喷管的俄式战斗机突然改用矩形二元喷管这件事本身，就让所有人都感到意外。就苏-57而言，该机气动外形早已定型并采用带宽间距发动机吊舱的升力体机身设计，所以矩形喷管并无法像F-22那样与后机身进行扁平融合设计，起到降低跨声速干扰阻力的作用。那么矩形二元喷管给苏-57带来的最大的好处就只能在隐身方面了，而隐身也正是该机长期来饱受诟病之处。

矩形二元矢量的优缺点

二元喷管的风洞模型

苏-57的隐身设计侧重于迎头方向，对后向的隐身处理较为马虎，目前量产中的第一阶段生产型甚至没为其AL-41F1发动机配备锯齿尾喷管。矩形新喷管的侧壁和调节板后缘都为斜切设计，角度与尾翼后缘平行，这种锯齿化设计可降低后向低频电磁波的边缘行波绕射，提高该机的后向隐身能力。

苏-57二元喷管的安装方式与其他俄制战斗机关节式喷管一致

与圆形喷管相比，扁平化的矩形喷管也有更有利于射流与外流的掺混，有利于降低射流的红外辐射强度，研究表明最高可达20%。新喷管在调节板和侧壁末端都开有密集的冷却空气通道，通过射流的引射作用将发动机舱冷空气抽出，可降低喷管的表面温度。

二元喷管的后缘都有密集的冷却空气通道

联合发动机公司ppt，展示了二元喷管的结构

和之前的关节式喷管一样，苏-57LL的矩形喷管同样采用向外侧倾斜安装的方式，水平轴线应该外侧偏转32度。这么设计可通过宽间距喷管的同向和差动偏转来提供俯仰、滚转和偏航轴的推力矢量操纵力矩，再结合该机的前缘涡流控制器（LEVCON）、全动垂尾和其他控制面，通过综合飞/发控制来实现高度的超机动性能，这正式俄制战斗机长期以来所强调的领域。相比之下，F-22的喷管只能在垂直平面偏转，无疑限制了其机动性。

苏霍伊总师米哈伊尔·斯特莱茨在纪录片中对此总结道：“本质上，扁平喷管补充了现有的空气动力学控制，允许在三个平面上产生操纵力矩，从而控制俯仰、滚转和偏航轴。并且由于喷管安装角度与之前保持一致，因此飞机的所有超机动能力也得以保留。”

有趣的是《天空之王》纪录片的一段CG动画展示该喷管甚至能做三元偏转，喷管能整体绕一个环形轴承左右旋转，将调节板上下偏转转换为左右偏转，进而实现全向偏转。但笔者感觉这恐怕是CG动画师错误理解了新喷管的设计意图，在苏-57已经定型量产的今天，将喷管从二元改为三元无疑涉及飞控软件的重大修改和海量重新试飞工作，这将进一步拖慢苏-57M的研发进度，增加研发成本。此外苏-57的硕大尾椎也没为三元矢量喷管留出避让空间，同样涉及后机身结构的重大修改。

无论从哪个方面看，矩形二元矢量喷管都可能是苏-57M改进项目的最佳选择，在飞控和机身结构上可以做到无缝衔接。

苏-57的矩形二元矢量喷管

矩形二元矢量喷管也并非毫无缺点，当高温射流从加力燃烧室的圆形截面过渡到喷管的矩形截面时，会产生压力损失，导致一些推力损失。该喷管的第二个缺点是对材料的刚性和强度有更高要求，因为矩形喷管会比圆形喷管承受更大压力，这就导致喷管重量相应增加。

第二阶段发动机

为什么苏-57在首飞14年后才装上“高大上”的二元矢量喷管开始试飞呢？这是因为推力不足的AL-41F1发动机无法承受该喷管在推力损失和重量增加上的双重代价。

现有推力不足的AL-41F1导致苏-57正常起飞重量下的推重比为1.09，满载起飞推重比0.97，无法实现其马赫1.3的超声速巡航设计指标。而对于第五代战斗机来说，在不开加力的情况下进行持续超声速平飞具有重要战术价值，2018年印度退出苏-57联合研发项目的理由之一就是质疑该机无法实现超巡。留里卡设计局首席执行官马尔丘科夫在2023年6月关于俄罗斯战斗机涡扇发动机的讲座中透露，安装AL-41F1的苏-57目前只能开加力进入超声速飞行。

尾喷管的轴向倾斜安装，可通过宽间距喷管的同向和差动偏转来提供俯仰、滚转和偏航轴的推力矢量操纵力矩

所以在苏霍伊设计局的规划中，苏-57M的改进重点之一就是换装推力更大的“第二阶段发动机”。土星在竞争中战胜了礼炮，负责为苏-57M研制代号“产品30”的全新发动机，项目在2011年进入全面研制阶段，2014年12月开始台架测试，2016年完成首批测试发动机，2017年年底装在苏-57LL上开始试飞，2023年该发动机被命名为AL-51，基本型号是AL-51F1。“产品30”原计划在20年代初投入服役，目前看来该发动机的测试工作还远未结束。

为苏-57研究的另外两种矩形喷管

AL-51F1在外形尺寸和接口上都与AL-41F1相同，可实现无缝换装。AL-51F1是一种双转子小涵道比加力涡轮风扇发动机，具有由单级低压涡轮驱动的三级低压压气机（风扇）和由单级高压涡轮驱动的五级高压压气机。该发动机在设计上注重隐身，有吸波材料制造的进气口导向叶片和带锯齿后缘的关节式矢量喷管。AL-51F1干推力增加到11吨，加力推力17吨，将使苏-57的正常起飞重量推重比达到1.15-1.2，满足马赫1.3的超巡要求。充裕的推力也使苏-57M换装矩形二元矢量喷管成为可能，这将弥补该机在隐身上的短板。

新喷管大量采用3D打印技术制造

食之无味弃之可惜

矩形二元矢量看似高大上，但其实对苏-57M的帮助有限。前文说过该尾喷管存在重量大推力损失大的缺点，由于喷管也未能融入苏-57的后机身造型进行一体化减阻设计，因此与原型尾喷管相比，并不能给苏-57M带来提高推重比和机动性的助力，再加上寿命和成本方面的考量，该喷管可能更多是俄罗斯发动机工业在先进尾喷管设计上的一次摸索，而并不是为苏-57M特别设计的。