|
|
本帖最后由 晨枫 于 2023-2-13 14:18 编辑
0 M% x2 M- m1 ^1 _. T/ C2 h5 o9 z$ S# Z! s' C
《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。
" \/ n! k" S! N' X- {7 b. c6 @
+ H) M9 S/ o- l3 ^3 b
5 A: |; i' K" E/ f: t7 A4 L; _; B& X
《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？8 X/ X1 k2 q# M7 R$ m# c1 f
0 P- j( Y1 G7 j+ m
7 h8 e1 I+ t+ `5 e! ~/ |
在电影里，歼-20C是可垂直起落的歼-20改型，在思路上接近F-35B
% y; H9 A3 p; ]- v/ f6 ^" \9 v5 H# A
; w( @8 c) b7 g: h+ ~: C4 H: ]
* O9 c5 i i# k) _, z# v4 E& G# ]* I0 [
还有人认真地画出三维图
7 @: D2 U8 U- q* w F+ y& n5 M8 O
. c" Q6 P7 q, x* Y* J, q$ n2 x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。
* _) r/ T s3 J" {* M3 G
. e7 {0 H, t" }" {# W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。
7 l4 E& q8 Y0 Z+ ^1 I
; M5 ^! J% a. R$ Z% z/ V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。/ X! F8 o) W \; N
; }) l2 p K8 c! D; ?7 ]" R* q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。( D: v b9 j/ d
4 m& f8 H5 P3 \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。
8 G4 L: h7 Y8 W; A7 P2 o, {1 s; [. }8 W+ a( P; u- r3 k9 t' ~
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：
% r9 |" x, x, M" ~6 [ [
8 P" q7 g# @! A: q1、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/ ~! A- @: q) O4 U5 A+ K, E2、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
8 V1 L. m; C; }6 P) ^+ R+ e3、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9 s( ?2 B. s9 v& N/ o* p9 ?
4、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* k4 F% v, |3 |! R6 k+ g
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
% u$ M3 L/ S7 B/ U, I! K9 [1 F( n' l4 W) m( b3 x1 d6 D5 H
F-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。
* E% n+ g0 J: J: f0 h, b# h) Z; R" Z7 E
左右平衡则像“鹞”式一样，用一对喷气的平衡臂控制。* U! U% J V$ r+ @6 v: [
' G( Z1 }! R" e0 w9 q: a
& q$ u7 k$ E; X( r- ]) H% ?1 d$ P7 I% ^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
9 W; ^, U, l: d* U/ F& O# h+ M2 c8 ?, k) L' ~
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！
! p0 X. J v" v
# M0 @& V2 V' B( g) s: W" u' U2 c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。% o- t6 v8 h4 P4 I, x: j
. a- b3 I8 `' a ~# m( T
5 \2 i; m/ o( [& q0 g: d0 r
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
+ E' e, _* H [ O9 h9 `! v' F2 U6 b! m
3 ^0 x6 x! H @. J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
s! U0 a m5 t+ Y. J/ K! R9 b$ J$ s% ]0 H; H( N
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。) W$ j2 X* B8 Q3 M2 n* E3 O
: j2 }) i# c8 q1 Z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。
. J% g1 l t$ S
3 g! ~: b: P/ x4 T8 C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。
. i2 |3 A( U) }9 ^% p7 _6 ]& ]* W4 u/ }3 a
3 G. M+ j3 u& Y/ N. Q
想象中的歼-20C将完全占用机内武器舱) S3 H4 e! U8 {
+ |4 z0 {9 J% ]% J9 M
2 r3 f. ?6 {; N' p
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& X: a- W$ `' a6 b6 F
# I' p4 @7 L ?; [# r+ ^' C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。" z; M5 m$ C7 i+ e* N5 S
4 F7 m0 r2 S; H% `3 yF-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。9 v9 U) ^) K- q7 \8 E
2 D/ p; i6 G# j& t- ^
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。
. P" M1 u- T# q- R4 N' k% p! E( a( |9 ]- r0 f& |( b* v
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
