爱吱声

标题: ARJ21能改翼吊发动机吗 [打印本页]

作者: 晨枫    时间: 2023-3-14 00:07
标题: ARJ21能改翼吊发动机吗
本帖最后由 晨枫 于 2023-3-13 11:11 编辑
+ I- A( D% G5 y/ e2 v% F3 S1 k. y3 ^: {# Y# Y

  h4 d) Y+ U$ X
, a: Y$ B9 H# M在C919之前,ARJ21是中国商飞唯一量产的客机。不算早夭的运-10,这也是中国第一架量产的喷气客机,如果不把新舟那样涡桨客机算上的话。涡桨在技术上也可以牵强附会地算入喷气发动机,因为基本发动机是与涡扇和涡喷相同的涡轮发动机,只是最后靠转化为螺旋桨的机械能产生推进力,而不是涡扇、涡喷那样直接用喷气流产生推进力。涡桨自己也有少量的喷气,但不产生多少推进力。
! `* [/ b, d( C3 Q
) ^# E* k$ w/ K1 M4 J+ t2 i! Q, p3 _, Z7 H1 A* r2 Q) z

7 s! H$ S+ p5 z% k& k: R) |  EARJ21采用在支线客机里较为宽大的3+2座位形式,而不是以前更加流行的2+2。3+2每排乘坐的旅客更多,经济性更好。机舱宽大、高畅,不仅舒适感好,头顶行李箱也较大,没有2+2的行李箱空间局促、标准携带行李也常常放不下的尴尬。3+2较大的机体直径还有一个常被忽略的好处:机窗位置抬高,接近肩线,看外面不需要俯身探头。小直径机舱的座位相对于机体最宽处较高,有时连头顶行李箱都取消了,机窗尺寸较小才有利于气密,接近舱壁垂直位置看出去变形小,所以机窗位置通常较低,往外看很不舒服。旅客主观感受也是很重要的。& J( k* m6 O% X4 I( T/ E$ T

, C+ m7 j& s9 D% p( OARJ21采用下单翼,这是客机的典型布局,缩短起落架,理论上有可能用自带舷梯直接上下飞机。机体骑坐在中央翼盒上,受力良好,喷气客机用上单翼的非常少了。& c& u0 L9 P1 |7 @
5 a) ^8 Z! h" i  `0 w" b6 b" }, m
发动机尾吊后,机翼形状干净,气动效率高,但机尾发动机短舱与后机体的相互气动干扰形成阻力。这事情没办法,跑得了和尚跑不了庙,尾吊还是翼吊,发动机短舱阻力只是换一个地方。机舱前部噪声很小,但机尾座位的噪声很大,对旅客舒适度影响很大。另一个问题是:尾吊发动机不便于维修,在改进中换发也比较麻烦。5 l9 Y8 Q. l! p

. B% F7 G0 C% e发动机尾吊还使得平尾必须高置。T形尾翼的结构重量较大,在大迎角飞行中容易进入深度失速,F-104战斗机就是因为这个问题摔了好多。但客机极少有大迎角飞行的要求,这不算多大的问题。
1 X  i" _# {+ v9 {
4 g. m+ Z' x4 ^; F, ]- M) T利弊相较,支线客机采用发动机尾吊的很多,如巴西的ERJ系列和加拿大的CRJ系列。公务机里,尾吊发动机更是主流。& \: ^; r5 t* Z/ ^. N  @) |

. y  F7 s8 z' [7 h7 p8 s% E
5 d! B4 b- ~0 g  x: ~) l7 ^/ {
" V; V! E- E' J7 d$ N- M% ]
; v& r) b2 g5 f9 V. p; O6 e巴西的ERJ-145(上)和加拿大的CRJ-700(下)都是发动机尾吊的- J% {  B5 j. T. c/ w3 |# d9 B/ R
1 N2 a: C# G8 b; k/ \0 o- N$ l

' X/ S' Q; n1 |2 N5 u5 p; B3 k$ T% u
/ F& p' L* N+ a" T8 w2 u& }8 ~' j3 h" F* o0 g9 J1 m- ~* b
发动机尾吊更是公务机的主流,这是环球快车6000(上)和利尔喷气60(下),都在加拿大的庞巴迪旗下
# f/ @/ ?1 I3 O: D7 z2 x& q6 f' y0 Q. t2 T8 @' C
在小型支线客机里,发动机推力较小,噪声较低,飞行时间也短,忍一忍就过去了。公务机的主要客舱在前舱,后舱用于卫生间、行李间、厨房等,是在需要,隔音加料就是了,反正成本和重量不是问题,所以问题也不大。但ARJ在支线客机里算大的,为了高原使用,也为未来加长预留空间,发动机特意加料,“推力过剩”,后舱噪声的问题就有点大。
: N1 O: t% S; E* J! s" A* u
) F% q/ s+ t! V2 @* yARJ21现在依然在早期成长阶段,要给时间,给机会。但从长远来说,可能需要转为翼吊发动机。巴西和加拿大也是这样做的。; L- t6 B8 x. \2 A, C, Y! T# I" ~" C
$ e, Z" h+ b! o1 `: k' J
$ L( K  U9 o8 c
巴西E-190已经转为翼吊发动机了,现在发展到第二代的E2: P$ r9 n2 C5 m9 ]( K. U
7 x& @& D9 V3 k7 v  ]% E
* P  ~8 n  K: @/ U0 e$ K
不过还是用阻力小、结构重量轻但潜力受到限制的2+2
% T7 x4 L5 p( h. T. g6 S3 M( T7 A& T9 C( C

- D% T6 e- d5 }! g0 U) I* i加拿大A220(原先称为CS100,现在名为空客,实际上还是在加拿大制造)也是一样7 f1 c: R9 l7 s) t2 d8 V

( ?9 K; G' ]) @" f0 X7 \0 Q& A6 a! ^' c' p5 r' E0 t) v2 K
不过机舱改为3+2,使得老对手巴西航空压力山大
# y# k5 I. D4 P$ v- J/ z) |
) ^$ T: F2 ?/ I, X% @5 U+ m! iARJ21的底子不错,有很大的发展潜力,改为翼吊发动机是必由之路。; B( O/ `6 _, ~
/ r1 s, J- o! F7 e+ O9 b% o
尾吊改翼吊,中国绝对有这个技术能力。不断听到的质疑是:这是不是等于全新设计了?1 R6 Q5 q; s1 B' v
# Z2 O0 r$ P; i9 i9 A( M
又是,又不是,取决于这个“全新”意味着什么。
, a3 |1 I' Y" ?/ o, O8 b8 ?
* Y  k0 Y: F! |( Y0 `3 O$ T尾吊改翼吊,气动上确实是大改,但气动并不是飞机设计最大的一头,尽管是最抓眼球的一头。反过来说,如果气动是主要问题,世界上能造飞机的国家就该多得多了,因为大的气动布局问题在理论上和实践上都有大量丰富经验,门槛实际上也没有那么高,尤其是不追求极限性能的话。民航客机追求极限性能,但不是在飞行性能上,而是省油、可靠、舒适这些方面,气动方面的要求并没有那么高。这当然不是说气动方面没要求,只是相对于结构和发动机而言。2 g  e, r+ G% i; l

9 S" b2 Y3 u/ z0 B2 _- ]$ hARJ21-2(姑且用这个名字吧)在机体尺寸方面不用改,这意味着机体设计、制造和认证的过程可以大大简化、加速,降低改型成本。机体其实是最大的一头。尾翼改为常规的低置,这个比较简单,还简化垂尾的结构,减轻垂尾的重量。机翼需要重新设计,但这可能是本来就要做的:根据C919的设计经验,采用更加先进的超临界翼技术,设计更先进的复材机翼,在这过程中,一并考虑翼吊发动机的吊舱结构。机翼设计说简单不简单,说高难也未必。各国客机在改型时,最常做的事情就是重新设计机翼,这是“投入小收效高”的事情,因为机翼制造的改变比机体简单,只要与机体对接的部份重新设计,其他的与机体无关。先进机翼是减轻重量、降低阻力的最简单易行的途径。
/ @7 _; f& \6 f$ y* ?( @  k6 e. u- p- }5 F4 y  h* t/ F
起落架需要加高。前起好办,主起稍微费点事,可能一并把锚定点向外移动一点,增加着陆和地面滑行时的横向稳定性。1 ]4 z8 J$ u' x: x3 }

7 W! Y& H( O! {, Y1 G# r; L  F& v9 F' Y3 ?* |

  @! u0 c1 {( a发动机与其说是翼吊,不如说是紧贴机翼安装。这对翼下净空要求提高,但也没有那么离谱。尾吊可以使得起落架缩短,但是有限度的。主起长度还受到起飞时的离去角限制,主起太短的话,一拉起,机尾就触地了。机体、机翼下表面的净空要求还受到地效限制,过于接近地面的话,地效突然增加,增加着陆困难。尾吊改翼吊时,起落架长度要增加,但代价完全可控。
( l" ^2 o: [$ W; f0 H
5 Z& _+ T) a& l5 ~- G翼根整流罩可能需要加大,以适应较大的起落架轮胎。但翼根整流罩加大是现在的共同趋势,可能更多地由跨音速面积律决定,而不是起落架。好在翼根整流罩是在机体筒体之外的,非结构承力件,还真就是整流罩,修改形状和大小相对好办。
( h1 I( ^$ D2 x$ A0 @+ `
8 T. Y, X- R. j0 w* C: E至于简易机场跑道杂物进入,支线客机不是军用运输机,没有简易跑道起落要求。不能用舷梯直接上下也不是大问题,绝大部分运作ARJ21一级飞机的民用机场都有登机梯。自带舷梯其实用起来不方便,很窄,而且走上去晃晃悠悠的,不双手拉住站不稳。没办法,舷梯挂在本来就很轻的机体上,为了不损坏外表面,下端实际上不接地,加上起落架的弹性,刚度和稳定性不可能有多好。4 e; M" u4 f2 j( k4 q# b1 ~

# l! ~4 w9 W6 U! u+ I; g% Y8 p9 X1 e* @" K) k

4 o4 h& Y& E% y! E$ b- k2 z但发动机翼吊的好处就大了。发动机的重量对机翼减载,使得机翼翼根的强度要求降低。这有点反常识,但考虑到翼根主要受力是升力产生的向上弯折力矩,发动机重量正好平衡掉一部分,就不难理解了。这和飞翼的结构气动效率最高是一样的道理,只是没有飞翼那么极端。
  w: p! N7 X6 T5 ~4 j9 D8 C& K& j, J1 r/ ^( o3 L
发动机进气条件干净使得推进效率提高。尾吊发动机受到机体附面层堆积的影响,机体越长,堆积层越厚,需要尾发的短翼翼展越长,以避开附面层,实际上阻力不小。现在翼吊都“缩脖子”,吊架不仅短,而且基本上没有前向暴露面积,这方面的阻力反而小。  z3 J/ C( g8 Y: O

6 G* [) L# t/ B6 P重心是个问题,翼吊后重心前移。这就是筒形机体的好处了,一段一段分段制造,前后调整一下长度,不难做到。客机加长、缩短就是这样做的。
1 y: H2 U) a4 v! Q3 ^9 Y1 r) N1 W$ P: k: n- f
飞控需要修改,但飞控律不用修改,参数修改就可以。这是调试问题,不是太大的问题。没干过自控的人谈虎色变,以为这是天大个事;干过了就心里有底了。
- f- i* N- C+ r2 r6 z" z; t5 C2 B  J
/ e  b$ W1 w( _# s% |) f1 ]油路要改变,但实际上简单了。油箱还是在机翼,尾发需要很长的油路,翼下反而就近了。
) G& m" P0 J5 X1 D3 i
5 h+ p3 K- N1 \, i7 I( q维修和换发容易多了。波音737可以长寿60年,最大原因就是早早采用了翼吊布局,同时代的道格拉斯DC-9(后来改型为麦道-80/90系列)、法国“快帆”都先后淡出了。空客推出对标的A320时,直奔翼吊了。
/ v8 C# ?) A. X" z5 A% P+ d5 L( L6 M. @, K; [
这肯定是新机型,但是在老机型基础上实际上有限的修改就可以获得的新机型,并非想象中的重起炉灶。在设计和制造上,改动介于CRJ到A220和波音经典型到NG/MAX之间。不急,但要考虑起来。7 s2 h3 b1 h2 p5 a7 `2 X) l
; V) O  w4 N2 e, W) F& a
这牵涉到一个问题:中国还需要对ARJ21这样的支线客机多下功夫吗?) D5 u4 O4 ?: V* G* [( E
& c+ X4 I" f2 @8 u* b( v) v
高铁深刻地改变了中国人的出行习惯,高铁网络还在继续延伸、密集,中国高铁碾压世界的现状在可预见的将来不会改变。但高铁与民航是互补的。在整个东部,人口密集,地形平坦,高铁具有极大优势,尤其是5小时旅行圈内。但中国还有中西部,人口没有那么密集,高铁不可能像东部那样密集和便利,这就是支线航空的空间了。
! a/ U" F$ C1 h, m/ P* T( [( o# p/ P! Q7 x  q* E0 M2 @
即使在东部地区,昼夜航线的流量也不均匀。日间出行方便,流量大,大飞机合适;深夜流量就小,可能小飞机才合适。国内点到点的深夜出行需求可能不大,但考虑到接驳航班出发较早,“飞夜班”还是有需求的。早出晚归也是一些人的刚需,这些人数量不大,小飞机正好。
% A' v9 J# M* i; L: M% T  ]  j+ C; \) E* ?5 a: @4 a) B
另一个就是接驳航线(feeder routes)。远程出行还是需要民航,但除了少数在设计和建造时已经有所考虑的枢纽,高铁转飞机还是个麻烦事。如果高铁不是直达,中间还要转车,麻烦就更大了。在这种情况下,支线航线向枢纽汇集,“喂饱”干线航线,是很现实的需求。现在这个需求或许还没有那么大,但到了鹤壁人要去美国、枝城人要去阿根廷、蚌埠人要去日本的时候,这个问题就突出了,在同一个机场转机毕竟方便多了。% z6 X% N% _1 s; t4 E

% w* c4 Z! y$ E% r/ d: [中国更有广袤的大西北,人烟稀少,交通距离远。用C919开辟航线有流量不足的问题,高铁更有流量不足的问题,公路和普铁则时间太长,需要支线客机承担大量运输任务。
/ G' G" S* }: G0 ^/ z
% q+ Y! R! {/ X2 N支线客机在中国还是有很大需求的。在一带一路国家里,支线客机也有很大需求,但那是第二步的考虑了。那里使用、保养条件可能较差,需要飞机更加皮实,售后支援更加及时、到位,等水到渠成吧。5 N$ t# @3 S$ `: T

, x- }; r! b5 R+ z$ r0 V很多人对ARJ21不看好,不光是有了C919后的喜新厌旧,还有ARJ21的军用潜力较低的缘故。必须说,不管是ARJ21还是C919,军用潜力都不是首要考虑,那只是条件合适就顺手的事,不会为了军用要求而削足适履。& e; X  w% _' T' C
- p) i& \) d, i2 ?: D* U* D
但即使在现状态,ARJ21是有可观的军用潜力的。客机军用有加油机、预警机、巡逻机等。作为加油机,ARJ21确实小了些,但预警机的大趋势是小型化。这不仅是雷达和机载数据处理设备小型化的结果,也是战场节点分散化的需要,尤其是以对地面和低空目标为主的战场监视飞机。美国曾有计划用湾流550公务机或者环球快车6000为基础,研发E-8C“联合星”的下一代,计划因为各种原因而搁置了,但证明了用支线客机/公务机为平台是可行的。8 Q4 z/ D1 B; |( w  s
3 b- [, p' }; o' Q! E& t

5 M4 I1 {* o; Q1 e美国曾经计划用环球快车6000为基础的战场监视平台替换E-8C“联合星”  r. u/ F/ S- W/ V" e" H
$ G( m5 j5 w: q8 t7 Q' m

' L" r7 F5 H+ o; i, X6 O$ R/ G3 f+ D$ \' ]" V
; T: H$ [+ @2 p. B% m% g
以“湾流”公务机为基础的“特种任务飞机”更是早就投入使用
9 z  v4 L* z! l! x- F
: T- [' O4 t6 ^/ }9 q! f( X7 q& f/ C, l1 B* f) p' Q0 o
巴西ERJ也用于海上巡逻机. G9 W3 |; r2 ~, g, ?9 |2 }! h7 o
$ x# h, X& y9 ~. h* I4 p+ K' Z$ T
至于电子侦察、干扰、训练、VIP运输等用处,那就更多了。
- Q. C' d& e: s# u$ s7 V- f' a2 c2 k" O, `0 [
作为军用,ARJ21需要增加航程和留空时间。老规矩:改军用后,地板下行李舱空间利用起来,大大增加油箱容量,“推力过剩”现在一点不过剩了,正好用于增加起飞重量。
! _: g& Q. g! i5 B" o  {  p
" z& ^$ ]# X) S1 t0 K5 W6 l2 S" J1 R
5 q* }2 ]9 L, M, ]6 x- t# x- ]9 ~5 }) T, k
当然,ARJ21改军用的话,需要解决进口系统不便军用的问题。C919也有这问题。这问题在得到解决,并不完全是因为军用问题,更多的是为美欧禁运未雨绸缪,但这里就不扯远了。' D+ {  Y8 G; J# T4 R

1 G6 x1 E4 C5 E7 d0 @6 O* U+ \/ r, `ARJ21又名“翔凤”,凤凰一旦展翅,就要一飞冲天。ARJ21不仅能改翼吊发动机,还有很大的发展前程。
作者: 孟词宗    时间: 2023-3-14 00:29
没看出来非改不可的理由。而且你这句
& F( b( k7 y) {8 q1 e0 i8 U# B( V* C
但翼吊的好处就大了。对机翼减载使得机翼的强度要求降低,发动机进气条件干净使得推进效率提高。

0 W1 A- ^: u' r: S! c
: K- S6 [' E2 j% ^6 J翼吊是把发动机挂机翼上,怎么会“对机翼减载使得机翼的强度要求降低”?相反才对吧? 另外,尾发的进气条件更干净吧?翼吊发动机更贴近地面,容易吸入地面杂物。- X4 _+ o: O3 ]* p9 k* b! Z  @0 V5 G
2 `7 M3 N1 q9 `! r9 g
另外,尾发改翼吊并不是把发动机挪个位置就行了。飞机的重心完全不一样了,油路也不一样了,操控也不同了,这当然是个大改,并不能“机体设计、制造和认证的过程可以大大简化、加速”。与其改这个,还不如搞个新机型。5 K6 n% r+ S) |1 \, E: Q
8 J  B9 @8 T' _  a' t5 k; h

作者: 故乡在喀什    时间: 2023-3-14 00:31
SSJ-100也是翼吊发动机。
作者: 晨枫    时间: 2023-3-14 00:33
故乡在喀什 发表于 2023-3-13 10:31
# R" o+ R5 w2 \3 a  V$ sSSJ-100也是翼吊发动机。

; R3 S; G+ U0 i( g是的,不过SSJ-100不算成功。
作者: 晨枫    时间: 2023-3-14 00:46
孟词宗 发表于 2023-3-13 10:29
' {+ w( W- \& L没看出来非改不可的理由。而且你这句

$ F% }0 R% {! f; ~翼根受力最大的时候是在产生升力的时候,受力状态是向上弯折的。发动机的重量平衡掉一部分,所以减载。这和飞翼对减载最为有利是同一个道理。
& o  Q8 c0 p$ I0 D5 o" L8 w1 V7 G0 x
尾发的进气条件其实不好。机体筒体有附面层堆积的问题,越往后问题越大,所以尾发需要横向的短翼把发动机“支开”,在现代翼吊的情况下,翼下吊架实际上已经没有前向裸露部份了,所以阻力更小。. x/ a3 ]5 a! Y! J

1 t+ z6 w# Y6 I& o4 e发动机吸入异物问题,文中已经谈到了,不是问题。重心确实不一样了,但这就是筒体结构的好处了,把原先的筒体段前后调整一下,问题不难解决。油路这些都是小问题。飞控律不需要变,只是参数需要重新调试,也不是问题。
7 f, n' k. n9 e$ B$ P  v7 K" `0 c) i9 R$ Q. [
这本来就是新机型,但是与老机型有密切关系的新机型。在设计改动上,介于CRJ到A220和B737 classic到NG之间。
作者: 豪哥豪哥    时间: 2023-3-14 02:36
翼吊布局是真龙天子。( @* Q4 C' \/ d, i% \( e
( v, I  o, ?3 G* Q1 L
ARJ21用尾吊纯粹是为了利用以前造麦道的现成资源。
作者: pcb    时间: 2023-3-14 03:09
"飞控需要修改,但飞控律不用修改,参数修改就可以。"/ `/ I) V* _6 c) [- |! x
下单翼翼吊时,发动机出力会对整机产生一个上仰力矩,这个在飞控可以比较容易的处理么?
作者: togo    时间: 2023-3-14 03:26
问个低级问题:机舱布局3+2,两侧重量不平衡是怎么解决的。机身下面有配重,还是翅膀,发动机功率上作调节
作者: 晨枫    时间: 2023-3-14 04:33
togo 发表于 2023-3-13 13:26
1 I, i/ u8 B! Z5 t  M) b4 j& J问个低级问题:机舱布局3+2,两侧重量不平衡是怎么解决的。机身下面有配重,还是翅膀,发动机功率上作调节{ ...

6 d" T4 l5 q% `2 p0 S这个问题我也没有想明白。可能影响不大吧?支线还有1+2的,偏心更加厉害,好像也没听说有什么特殊措施。
作者: 晨枫    时间: 2023-3-14 04:34
pcb 发表于 2023-3-13 13:095 M$ v* E* A4 w+ S# `- A( ?
"飞控需要修改,但飞控律不用修改,参数修改就可以。"# a# n2 o+ g& e9 {
下单翼翼吊时,发动机出力会对整机产生一个上仰力矩 ...
) g9 i6 T' p+ p# U" v5 G- c
在设计时考虑到,就没有这个问题。Max是因为在原设计上修修补补才出这个问题的。
作者: 晨枫    时间: 2023-3-14 04:34
豪哥豪哥 发表于 2023-3-13 12:36
: Q) |0 L/ q  S+ B& O翼吊布局是真龙天子。- |& F; }" |: E
0 O  ?- z6 |: N  S& i
ARJ21用尾吊纯粹是为了利用以前造麦道的现成资源。 ...
& q' L8 ~1 l5 ?% d. e; w. R
和麦道没有什么关系,思维惯性而已。在ARJ筹划的时候,尾吊还是主流。




欢迎光临 爱吱声 (http://aswetalk.net/bbs/) Powered by Discuz! X3.2