|
|
本帖最后由 晨枫 于 2023-2-13 14:18 编辑 3 i+ ]$ s! x5 T( \
$ H, r3 _ Z) [6 J7 d4 N《流浪地球2》上映后，歼-20C成为热门话题。这当然是电影里的情节，但歼-20C是否……能够……成真？很遗憾，基本上不可能。" F( k* E8 Y5 T% T. F+ ?$ c4 [2 D, N# `
7 n4 p8 g* a$ ?; J7 ^
0 f0 R& ~* i$ M9 b
《流浪地球2》里出现歼-20C，谁都知道这是电影里虚构的，但谁都会遐想一番：没准这是真的呢？
, F; q7 T* \" i) m" \5 A" m7 j0 i7 e6 o' K
% V* R( f9 O4 ]在电影里，歼-20C是可垂直起落的歼-20改型，在思路上接近F-35B6 b/ x' W0 V* Q' J9 X- u
; |0 |: `9 k4 o8 i% n; z
, F! |/ g) o1 h, b; \: V
还有人认真地画出三维图 |8 H. T H& _. O
9 u7 m' m8 ]3 [+ d0 ^; G
垂直起落战斗机可算战斗机研发历史上的一株奇树，五花八门的设计可能超过其他“常规”战斗机的总和，有奇思妙想，也有胡思乱想，最终都脱离不开一个关键问题：如何产生足够而且可控的直接升力。/ C) e$ P9 \. H/ a9 u
& S0 W- g( H- x- Z* l$ M0 d
飞机如何产生升力的主流理论是贝努利理论，还有下洗气流理论和环流理论。现在的难题是难以用同一理论解释所有情况下的升力产生，所以只能在不同场合用不同的理论。这不重要，重要的是，所有这些理论都试图解释机翼如何产生升力，而机翼只有在前进运动具有足够速度的时候才能产生升力。要从静止到起飞，需要有足够长的跑道加速，才能达到这个速度。: I. h9 E: _: N9 [8 _
9 y* a1 ]/ Y9 _) {直升机利用相对运动的原理，飞机不动，但“机翼”可以动起来，产生升力；静止的飞机难以使得“机翼”产生直线运动，那就用圆周运动代替。不过旋翼型的直升机在理论上就不可能超过音速的一半，倾转旋翼、复合旋翼也各有各的问题，需要超音速的战斗机用旋翼是没有指望了。1 `0 C9 b7 D a6 s0 x0 |
% f3 v+ \6 ?' D# u' l A超音速垂直起落战斗机就是要避开跑道，直接起飞和着陆，只有用某种手段产出直接升力。! l# e3 ^6 q3 ^% S
$ U, f' y9 B6 k2 I* n8 e, C
历史上，无数人尝试过用单独的升力发动机、升力发动机与巡航发动机完全合一、部份合一等各种组合。“鹞”式战斗机是升力发动机与巡航发动机完全合一，没有单独的升力发动机。雅克-36采用单独的升力发动机，巡航发动机不参加垂直起飞、着陆。F-35B介于两者之间，升力风扇只产生升力，不产生推力，但主发动机可在升力和巡航状态之间转换。$ n- |! L' ~- d3 R: v* ]/ _, W
* T& `( C3 X$ V% I) U' \& a在理论上，完全合一的升力-巡航发动机的死重最小，“没有一磅用于纯升力发动机”。在实际上，升力-巡航发动机合一只有安装在重心位置，才能通过“四立柱”原理在垂直起飞、着陆时控制前后左右的平衡。“鹞”式因此从一开始就堵死了自己的进一步发展道路：
! `# R' M$ E1 V3 ?2 x5 m$ u n5 G- @4 }! F/ {
1、只能单发，否则多发之间的精确同步很难做到，但不能同步的多发就是直奔悬停中失衡失事去了
$ y- {" i9 y9 s; X) K4 s2、单发、四立柱喷气决定和发动机的基本格局只能是“趴着的乌龟”，喷气的动能损失很大，不利于高速飞行0 d: d) x* X0 b
3、很难增推，由于“前立柱”主要从压气机引出高压空气，而发动机的重心需要尽量与飞机的重心重合，发动机的设计很别扭，也难采用加力等常规的增推手段
) W- t0 |1 y( R% e4、后立柱的喷气也没有多靠后，废气容易被短短的进气道重新吸入。燃烧过的高温废气再次进入发动机的话，不仅进气温度过高，容易烧毁压气机，还缺氧，造成贫氧燃烧、推力不足、燃烧室过热的问题/ |+ o- V5 E7 n3 Z+ F) Y0 d
5、增加载重不光是发动机推力的挑战，也是飞机平衡的挑战，不是翼下重载就行的: Y$ u# r C" y, A
: a, Y! Y& X) T4 uF-35B采用升力风扇，动力从发动机引出，拉开前后升力轴线的距离，改善悬停中的俯仰控制能力，比“鹞”式有很大的进步。升力风扇也比自带燃烧室的升力发动机更轻。更大的好处是，升力风扇可以飞沙走石，但排气就是空气，不是高温燃气，这解决了“鹞”式的废气回吸的问题。为了避免吸入飞扬的沙石的问题，F-35B在升力风扇后还有辅助进气口，用于在垂直起飞、着陆时供发动机进气，完全避开接近地面的主进气口。5 L4 K1 G7 p( g6 A: G2 ~; q! E
/ T1 q0 Z$ N" T左右平衡则像“鹞”式一样，用一对喷气的平衡臂控制。# u/ d l5 @1 f& H
5 J# a. l9 g7 D* v- l
& P O- T( z/ |8 c8 W" |F-35B作为最先进的垂直-短距起落战斗机，很自然地成为参照! P( H1 s2 {$ W, a4 d7 C/ [
6 x/ O/ |6 `1 \& z% ]+ j8 H到这里，歼-20C可以同样采用F-35B的方案：前升力风扇，可转动尾喷管。但歼-20是双发的，问题就出在这里！& |3 U+ a' i1 i2 x& G- V
3 V3 U) L4 ?/ q尾喷管可以向下偏转，但不能左右偏转，这是尾喷管必须偏转90度决定的。常规的推力转向由于机械限制，不可能偏转超过30度，一般也没有这个必要。但垂直起飞、着陆必须能偏转90度，实际上是100-110度，在最大偏转的时候，喷管略微冲前，可以低速倒飞。; Z- S, t5 Q. Z9 r& }6 b
3 F' _5 m. C4 g/ ^
$ g) M8 u% T1 w/ k# E
F-35B的尾喷管是很特别的扭转-偏转设计。这是洛克希德从雅科夫列夫那里“偷”来的
$ I, y& O! i) C* Y# u. ]
! v2 R* v' L+ c! ]/ V% _5 t/ q
. \$ z! n3 c2 `, `/ P
为了避免砂石回吸问题，在垂直起飞-着陆状态下用机背的辅助进气口进气
0 s' ]/ h$ Y" l. q& Z, \. B$ X3 L7 I' r8 m
但双发要左右保持绝对同步，这基本上不可能。一台发动机要是故障甚至停车，就更是死路一条。喷气式平衡臂的横滚控制力矩则没有那么大，小小的喷嘴是不可能怼得过发动机的推力的。这使得悬停状态下的横滚控制难上加难。
3 D' \; T, [2 T4 p: Y1 _& T8 J- ^7 }) m/ ^* ?
升力风扇也有问题。在电影里，歼-20C采用串列双风扇，似乎与双发相对应。但除非采用电传动，双升力风扇的机械传动基本上不可能，后风扇的转动轴好说，前风扇的传动轴还从后风扇穿过去？这基本上不可能。前后风扇不能绝对同步是个问题，但不是大问题，毕竟没有横滚稳定性的问题。俯仰稳定性受点影响，但还是能补偿的，反正都在风扇和发动机之间补偿。5 ^& C# J8 {* o' ]3 [& w0 e* p
% w9 j* j6 Y# _8 \" P$ N
从机械上来说，升力风扇采用单风扇更加合理，但两台发动机的引出功率就首先要通过齿轮箱合一，才驱动升力风扇。这个齿轮箱的复杂性不说，功率也是惊人。F135的单发、单齿轮箱已经够复杂了，歼-20C要双齿轮箱合一，最后还要单一大轴，功率要求不可思议。单风扇也需要增大直径，歼-20的前机身可能根本容不下。
8 O/ x9 T9 b% ?& Y0 _ A. y5 N' \" {
: J1 I3 [% C2 A6 N; [8 L想象中的歼-20C将完全占用机内武器舱
: Z& i5 I6 J; w9 L; X9 e: H) a& Z d
7 I1 e5 o+ {$ O9 S" W2 z
升力风扇向前移动也不现实，那要占用前起落架和座舱的位置; n4 h5 _( t4 u5 K1 Q
5 w- b6 ? X1 S/ A还有一个问题是：想象中的歼-20C的升力风扇将完全占用机内武器舱，使得重载状态歼-20的隐身作用荡然无存。升力风扇向前移动也不现实，那要占用前起落架和座舱的位置。* {( ?8 X- A2 n8 k
* [8 b* o# I1 v' F5 P7 }0 h
F-35计划深受F-35B的垂直起落要求的困扰，很多设计上的折中是从这里来的。比如说，不需要垂直-短距起落的话，F-35其实用双中推比单大推更加合理，比如增推的F414，技术挑战小得多。升力风扇的位置也空出来，前机身可以瘦削一点，更加符合面积律的要求，降低跨音速阻力，也大大增加了机内武器舱的尺度。
. d3 ~" G( t+ L) o
( j6 `8 w" ?4 p& _0 x1 u但F-35是从一开始就考虑到这些问题而设计的，歼-20在一开始并不考虑这些问题，后面再要削足适履就困难了。1 h2 t b9 f0 R0 K% k
' L4 Z( Q3 r. S9 t- y
中国是否需要垂直-短距起落战斗机？什么时候能够实现？这些都是可以讨论的问题，但歼-20C只是电影里的想象，基本上没有实现的可能。 |
评分
-
查看全部评分
|
雷达卡
楼主
收藏
分享
淘帖
支持
反对
提升卡
置顶卡
沉默卡
喧嚣卡
变色卡
抢沙发
千斤顶
显身卡
发表于 2023-2-14 04:36:51
