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 0 r  f6 G; t  a( R* \9 L4 H

- d; G; N" {2 \! {6 K7 W$ Q/ X" X. R% q; O) G
  b5 N; E  ^: k2 ^: Z3 A3 _
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。1 Y2 t  f7 E( N# u  ?3 B

: c# I2 J) u/ o2 s: k' h+ M8 h7 Q# {7 D& J: \6 g8 v$ ?3 @
1 ^5 }5 T# R3 q9 D+ x$ E0 e
ARJ21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。
& a& w+ v. F9 {% a; I
9 F2 |' f2 }( O  o  |, KARJ21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。& g! O) m( Q$ p* `/ u" }
" t% ^3 J' T+ s
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。
1 w- J+ W( J) b7 N) l, `' w2 J  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。
7 U( c) h' q; ?+ |  k3 g# i& C9 e. J7 `7 F
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。
* n& x6 a; U7 C* C
. G  j7 e6 i& g. X/ O! H$ j
  W* F" B3 N7 e; z! A+ j/ \' H, O5 a( a  B# U# ~

; _# {. `- F  H. |2 I/ T2 O' c- a! m" Q巴西的ERJ-145（上）和加拿大的CRJ-700（下）都是发动机尾吊的' }- }; T/ H+ D+ Y, d, a

& @- C5 K2 G: \! [
+ _8 J! m3 Z1 h0 `+ G8 Y* t8 E2 T0 M$ Q: f' B
: Y/ Z0 [/ h+ 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
2 h9 w. ^, g2 F; F; y9 S$ R1 M) T1 j' O- J1 _3 K8 o
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。8 R  g) ]6 b( W0 l; g3 c7 M1 R, \

0 q5 v+ l2 l6 [1 f+ 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。2 E( D# L& b+ c8 h: j! K0 P
# K% o2 @$ Z' S0 c* S% a+ h: S. C5 B

6 x. M. D5 m# L) e巴西E-190已经转为翼吊发动机了，现在发展到第二代的E2# @2 p% V  S6 g- n8 q

5 Y& y/ d1 D6 M" m
3 o( g6 @7 u+ h9 s0 |不过还是用阻力小、结构重量轻但潜力受到限制的2+2- K$ i8 n. y' p0 f; ?

$ R, R. p; a& z% u" p; v0 J2 }
  K0 U0 u' }. F: ^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
) f' N! s, I8 D( m* k$ A, D: E6 k& \6 y3 N+ S; S& p
1 Q, b+ J% Y' u* d  t0 A
不过机舱改为3+2，使得老对手巴西航空压力山大; W' g5 m8 B9 C3 j% G9 ~+ Z
4 @9 H; H+ L' U# S4 P
ARJ21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。# e2 p7 A- M- ~
% p$ @6 w2 @) m* \8 g( T7 p4 Z
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？, O0 g$ |: L2 Q
+ w. `$ Z8 n3 }+ Q. e8 D2 V4 ?
又是，又不是，取决于这个“全新”意味着什么。% @+ T  g4 u9 m' r

; M' i* g: \! E  [; n2 y; I8 z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。& I0 j+ p5 \' _

* T6 U, H0 K$ Q2 H* _3 e& G7 VARJ21-2（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。
/ t7 }3 U! \$ b" q4 \4 |" g$ n/ `. r
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。% h* O7 t, P0 m7 p$ ~

1 E4 c1 L/ n5 X- v  K5 J: ^5 o- ~4 U) W3 ?; o. g
3 J6 H; A# `% z$ K0 g
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。
( O, \- E1 U, E, p& h7 u- q% r- N# e5 a4 D; c. y. e5 w& R- c
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。! p/ c4 `' a" R7 @

# O, ?+ Z; \* x8 J# y: r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。
! G" v" z" A% i( A1 i; E- Q9 z
7 T' Z: ^. J6 n
0 |( L2 H: D) _( p! T3 ~! r" C' f" w  V' n9 P7 o
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。
  n' o1 t' @6 m+ x
+ ^5 W. W* a9 i; i  y- k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。
6 {; u" O+ |! O+ A, x2 G( h# g; {8 O1 ^5 |! O
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。3 j9 r" \% @. O9 f

0 I7 I$ ?4 G( _" \7 G; d& ]' V6 j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。# H" Z. J4 V( ?
& K1 V! E  A/ P4 E
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。) P+ Z" _2 }  b9 v
  S( a: g: o& c( |; N- ]
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。- U6 c) }: U" n5 |

7 l* ~( ]: o# ^6 j$ X# o5 d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。  t) u3 F7 c  O! |# ^4 |

1 B( p3 o1 ?( c9 e1 |6 e0 @" @/ e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？3 o! ]9 e% R7 h# A+ N) p3 i* Y
$ N$ k' s/ ?9 p0 n: k
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。
- C/ k4 p$ Z) i/ B* ~; `8 k, e9 a% c+ o/ K5 x8 B! L
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。
- Y$ Y: I* Z9 U; a$ M, S
4 S: a# ?3 n6 G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。) V9 D  r) _. _5 d# h) \. K* Y
* d4 j3 `! V+ i
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。
( e$ i: Y  ]( m# u% B. k9 ], v7 z
$ |1 O* g9 x9 w( v& c/ f' U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。' u( \) n2 x6 t7 I$ L

; h3 ^1 q. ?3 b( y$ h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。7 |5 M  ~4 M9 E+ p

3 y/ f# {1 M. P" |$ K2 t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。
: q  L. V% z, @! R+ Y0 P5 @: a# r: h$ P& g

% w# q# X* l7 {6 M# w% f& ?  x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”
4 r/ N, F- r# I4 Y' C0 m2 _+ J( P+ g+ V

0 i6 G5 }' j* ?0 H" A" ]2 e, L) x; a4 t6 z
2 x, t( j! r# D
以“湾流”公务机为基础的“特种任务飞机”更是早就投入使用
: [: j, F; R. l( J1 ?5 @+ U1 W: j  ~' o
1 N6 S. g; P; \& b; o- R
巴西ERJ也用于海上巡逻机
% Z$ k, D3 ^' ?5 _% o$ J& U4 A$ W1 t
至于电子侦察、干扰、训练、VIP运输等用处，那就更多了。
( y: X1 I1 d2 B6 w
3 @/ d* g3 t; l0 u* ?  _' L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。
- p" ^1 l: {) \, v2 y* M/ B: ?( g/ P' h) {
7 r7 j- ^' \( [. y! E! W0 p9 f# W

5 v0 Y" `' j2 l* A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。
% n9 W7 ~9 F5 p9 m; e2 v2 E5 N5 U) {' i3 f5 L: W5 ~+ x
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
4 u$ j4 `# {1 ?5 g0 s+ m4 E1 ]
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。
, E* S$ f; P9 G0 Y" B0 T: `4 g! I5 t8 R

: U4 }+ k# a% e% `6 {0 X, ]6 H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。2 n( {' A) v. s$ `* G& x

0 n2 ~! R; S& H- j1 l$ Q8 N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。- X/ u- m$ r' z, f
$ P7 {; T! }5 e9 q! 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
' {# M" y8 k2 I) b1 ZSSJ-100也是翼吊发动机。

$ f' r0 @( s2 C) K( l( ^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
7 Z6 |$ u2 T4 H4 o* p没看出来非改不可的理由。而且你这句

# t3 P. Z1 V4 g5 ]# n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。, K0 p2 C& `9 v: m; G% `

- E7 @& {; _# j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。2 i1 t8 W( \0 l* q/ h, `4 _3 {) c0 b

- ]. y4 O8 p9 M' ], A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。
8 _1 ?& f8 C, p5 T: ~, Q3 @7 Q6 P
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。
# k: m; I5 r9 M. I  Q: r* b' D& m. r( h7 o- j/ M+ L( Z, @
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。"
- j/ s  F0 }' ]. B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
+ @8 p4 @5 G9 V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{ ...

1 @4 Q& ]; ]* g; a/ C) L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 13:093 T* g. K, M* s
"飞控需要修改，但飞控律不用修改，参数修改就可以。"
" I, ]1 ?% n: r下单翼翼吊时，发动机出力会对整机产生一个上仰力矩 ...

" e7 [- ~; W' N- M( p  _' V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 12:361 ^! K' e. j: B
翼吊布局是真龙天子。: a( @- K& H8 C% }: Q* M" Z8 f
) a  q8 V! C' e5 T
ARJ21用尾吊纯粹是为了利用以前造麦道的现成资源。 ...

. w' h% ]0 S8 s9 v% ^4 Y9 l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