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 - m% i% |. P5 y4 L. `

( }; r" g: n# `& T1 \/ m. |! J' @" D3 q  W/ @

4 p+ ~. g+ d! s, \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。. Y- W" z( D) t

# f+ N) K9 {/ b/ B$ i6 M
! V; h3 E0 J( x( i* Y  D  p9 a# E! G* A8 ]
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。
9 w& e8 T* A2 t. g% I+ f/ u9 z+ I/ H. m3 ~$ R# N: O, u
ARJ21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。0 V2 Y# A5 a, U5 m: M/ U, F
' y5 A8 f4 S3 `: i$ G8 R$ f. }. C
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。
" q3 v8 Y9 A; O# R# ~( [0 s( h- |' F4 `7 I: S
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。
* C6 N- v8 D* d, M/ m; X' e( m  i$ |  T2 _- A0 q
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。5 U! b1 Y3 c4 s7 n/ [

- s. M/ h+ m/ U& ]/ u9 T  W3 |4 _  k1 s. g% j

4 s: k8 ^7 o. R- o4 {3 T* V& J& E5 A% \- n: V2 ]$ g% ~
巴西的ERJ-145（上）和加拿大的CRJ-700（下）都是发动机尾吊的
8 Y- F. d, A& H6 E8 R
+ V& g( Q9 `# ]+ O, u8 |8 T4 e2 ]: ]: t7 ]: }- m" L

6 V/ z+ W1 P! `8 H  P) g3 a" P+ X! v/ d- [: l$ }0 ^
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
' B9 k4 W, q- X. A' U  h- O$ `( X! j& i
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。
, C# o/ m4 S  [: [% z
! Z, s- Z9 A- p! ~# n' i9 N# }ARJ21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。
& ^& n0 X: h% [. F" q6 q( A. `/ f( T5 m
$ W- w& n  ^/ L4 o  K2 i
巴西E-190已经转为翼吊发动机了，现在发展到第二代的E2& J) B4 Y0 A% Z8 r

- ?6 Z2 k* V# Q- @8 q* N! I) c& A2 U4 m+ c1 y  @% J/ v, p/ U
不过还是用阻力小、结构重量轻但潜力受到限制的2+26 m) J  m! R4 c2 _. \
7 T: Y/ s( A1 d8 r6 B

5 P7 W9 c" ^7 X8 n, C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% t- ^# a; D! B9 q1 e. b
: u* d+ n' n8 q
/ Z, l7 W( S1 s  I# N% q
不过机舱改为3+2，使得老对手巴西航空压力山大, N0 k" [: m+ z- s/ e+ ^

5 Z4 S8 q2 Y) z/ o+ k+ QARJ21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。$ c% \6 |8 x" N2 a% s

: B& {% c+ C3 o/ Y# h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？8 J( q" s% W; ^4 z
! {; Q. R! M7 K
又是，又不是，取决于这个“全新”意味着什么。
6 [7 q. F; z) I& o5 q0 n
: p; p$ T# I! ~( u! 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。
' B* C+ y# A) U1 b4 @( c4 h5 z( I; G0 @, G0 v
ARJ21-2（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 A. P! A. K/ X
' U! |. ^, n( f! E5 |) I* 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。- q4 o- i$ ?6 s# B
/ z% x# E8 ^' {  t4 \! |

4 j9 j6 |6 }( T8 i! E* `  d: x& H' G
: `* a6 j2 E4 i" ]% ^2 v5 o; q) @) T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。+ k: `# e# t0 E, ^& c

; H" }5 @2 v( ]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。
, B3 {0 _* C' W1 i$ w* _/ r5 H
* g$ g1 [" C2 [! y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。
0 m2 G. Z% A3 ^8 K/ M/ r
" i, k) M& z/ {3 _
) z/ x5 }% {7 k3 k& a* b) W/ X) T( K+ J1 D4 c4 G4 z0 c4 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。# J# m( E* F: y! `
. R4 r; D) v, b" ~
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。# C0 \+ t! j& Y# [: m7 b

7 Q! G/ F: r2 O. z- {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。9 l7 d" r* T5 q/ s& B9 f; `* |

, U7 \7 d$ o9 h3 ?. e% y; Y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。) m5 x$ B3 W* r; q
7 ]- R) O: h, y5 m. ]
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。
# b0 x3 r- i' G7 |( \1 \+ N1 G$ n. @
) y: z2 |# s# K% I6 C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。. }/ q3 y1 h6 b' ~+ t' k4 O5 n3 l

' q% W& a7 p9 j) L8 |; I. C( p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。( i. N' l( K. B! b

  a0 {: C1 D% h& k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？5 ~, |. N( ?% t$ o0 ~
9 @8 |+ M2 o" L' _7 \' m
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。
: O- V$ d- s) ?# R: S" \/ v) A
5 D* j4 \: a% [: w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。0 E! i) N( Z8 G# ^2 {1 e7 E# V9 c. ?9 ~

- a( U. O. ^$ E6 A6 b5 z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。
8 F. B  O+ O+ ~4 R
3 \5 A# M9 ?0 o2 I& K* ~! G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。: u5 b6 o9 x. ~5 m# P7 `
: h" W! X7 ^0 Q5 [3 `
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。
! f! u/ W! Q- V9 P
; c+ }0 i& R: j7 i+ G& K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。* I) x' u, M7 G- {2 s& |9 `" `. \

: q# N  f( D- P" ^6 r' X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。
! k) P- d5 P0 t
2 }+ Y$ m0 `' F& |( e$ ^
# j1 _1 e0 B8 q! \1 x" m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”8 l, [6 Q5 m1 Q

1 M" D: |' e7 G) A0 ~4 T. r% m! l$ Z2 j% P9 |

" ?0 B. M: I" s' ^' k5 `9 y. {$ S! V" F1 l' ^2 \* z  h1 m
以“湾流”公务机为基础的“特种任务飞机”更是早就投入使用8 F3 N0 _4 G: V/ q" x" c% T' D6 w

  o5 p8 v8 K3 ]/ O' B! Y- D
/ `7 R" d# J( }8 H巴西ERJ也用于海上巡逻机
. s( G% }3 e& L3 |, X
6 b3 q: |. B7 {1 ?& {0 P至于电子侦察、干扰、训练、VIP运输等用处，那就更多了。& Z/ |7 t- Z% {$ ]: _
9 v  ]1 {- v0 Q( s* ~8 C- A; G
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。
4 j9 B5 t' q8 K4 r4 P8 ]! Y0 E) i8 l) f6 B0 L# [9 l( @
5 s2 C; L# q$ W- ]% {

+ n7 t7 f* L5 n7 c+ w9 z% l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。+ N# N5 @0 r# ?# {: O& ?" L2 x

6 c' t- |3 S/ g4 j+ C  T) {% {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- M6 k: L) _6 v/ d
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。

2 ^% o* N" {& y9 s  K
. g* t, q4 |" T+ O1 L' I+ c; a" B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。& c2 e! Z4 s7 d& B  X7 Y

, ]5 o8 h% I& w1 I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。
4 T8 P( ^/ t$ F5 Y5 M; ^& h7 s  R+ V* ^" y' h/ P
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
! ]1 i: k/ I0 M3 RSSJ-100也是翼吊发动机。
( y/ L& R8 o% G( u, y. i2 h' h
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, a- a' c( h. [, w
没看出来非改不可的理由。而且你这句

, p( ]; u' _  t, K$ I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。6 n1 u7 X0 S: i- j

! v# Q3 V# n% T4 E7 ~% `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。9 D' C* y. P  B( z

7 [0 p7 z6 D% J- T' l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。
2 ^+ D2 |8 ~$ s/ u% ~# u5 X) e$ c4 T+ I! G- M
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。8 ]9 E9 C. z8 c! y# k
3 y1 z3 G: L, e7 U9 C
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。"
4 q0 k% o* P# e: R+ M; ?) m& Q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- ^9 q7 k" z! p8 [# \' R' a0 K
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{ ...

  k5 a3 ]3 G: i! P1 h8 n* f& o- M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 13:09, t, |& l  n- S" B& N% h( N, X
"飞控需要修改，但飞控律不用修改，参数修改就可以。": E( b/ C3 L6 `3 p* R/ d
下单翼翼吊时，发动机出力会对整机产生一个上仰力矩 ...
/ b8 \7 K7 t% c" f) \
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 12:363 y% @% g. c3 y/ R3 Z$ r# `) j
翼吊布局是真龙天子。
; e5 P" ^" h8 Q( G/ i+ X( q
1 \/ {1 \$ x1 G" z5 V+ m" XARJ21用尾吊纯粹是为了利用以前造麦道的现成资源。 ...

) V5 t. g' i& @: ?9 k3 Z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