|
|
本帖最后由 晨枫 于 2023-2-13 14:18 编辑
1 _# W; n4 L7 m/ ~) _/ d
/ J( e( f t- _' [% H3 m《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。4 w- J& }. I- V- B
9 Y' ~# C! p6 E2 Z6 V0 `$ _3 }
, J D2 H5 {% _, S0 U/ 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？
9 D& h6 l0 [" V3 C0 h9 E% b
( b2 @5 ]8 H& x- V3 J+ X- u- C
' }1 F) \% {$ [3 F/ ]9 p3 M: P8 G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 J2 t \) Y& S% Y* n
& E9 X# x0 ?# L H( A
6 D: ~# U, m0 |+ m
还有人认真地画出三维图+ U# D2 E: G- D5 r2 j3 D
0 u) Y- L; I) v) J# q- ^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。/ E v( r! D. F; j
. Z. `& j' ^5 B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。
' T- b G* _1 Y# h5 ^
+ w; `4 b, ]3 J" Y# P3 p( ?$ k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。& P2 ~ ~# G; W6 G+ Y
/ u! F; W k% U& Q- ]# l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。; P' F1 s0 A/ A2 t% J( |# N3 H: ~
5 P; A" k& h, L! G- y9 A$ r# E6 M5 o
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。6 t2 N. n5 Y- }. `- H f
0 S6 L" a# @4 ~( K2 i' }) i! h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：# b, P7 ^$ E" ?
@& ?0 C( K Y' p+ R# H
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+ [* x: Y$ X2 I' D" l
2、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
+ x* } w8 G8 A0 z* W* g3、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1 G3 t% t! ?+ q- e. g- Z
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& v$ o+ T' J) [6 N! D( z4 N9 g5 M
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
5 D' v& X. {, W+ A; G- K$ Q! c0 S, q# }4 [0 Y" t
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。. t; g- A, n4 k* i
4 `% h' z, |% w3 i: k
左右平衡则像“鹞”式一样，用一对喷气的平衡臂控制。$ A9 |& N0 }! i7 j
8 e5 s) n0 W: k! R
3 Q6 u) {- w( y) _3 n
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
% l( O# ^% B1 O! R. E4 E2 O) c9 p' W* f, a; o+ G d
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！$ U: `" S8 q0 Q! T0 m
& @6 _8 A0 j6 A g( t
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。
& x2 ~! n% z4 L) r2 A1 {9 J% E9 d0 k+ Q
9 _1 |) a8 g" p/ B4 p- B9 n9 M1 X* Y# S
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5 d% T; m# }9 n* @
( q F/ R( Z0 a1 U" O
6 s, T' P+ Y( {( z* k4 }; g2 T |5 W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; k& w$ G+ n) n9 }& _7 f$ m5 k
7 \% D# t- \. p4 Z( |' b8 y# {9 r
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。
! ^, {2 n, t; I. }6 n" |2 E$ V; A3 Q; s: E) z# a% B: ]
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。
3 n9 f6 b5 f8 n# m+ o" i: c# U) }* Y- o: q; b. h* ?' R. g& M
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。
* x. x- a4 M. \6 k) ~+ b5 N0 d5 r; ?6 Z" X) R9 h- B/ R1 U5 f
7 y! l: u. l) T7 p' `
想象中的歼-20C将完全占用机内武器舱
, [+ D8 a$ ?; g; ?: d) ~& ^( H6 v0 F) I3 D6 h
4 O( \) T8 h) m1 j( n+ K
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' l5 Q3 ~4 L7 e9 B* {4 f5 C( R8 T
6 s2 G% ?) {$ _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。
7 e+ E5 B/ ^/ f9 T7 I# U2 q1 H$ Q9 @
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。
5 }* ^" u& e3 h+ c0 z- Y: G* P/ T
! Y3 [( g# b) n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。
% S1 Z* q2 c7 L- ^
9 o% ^* k- h8 d# Y' T" u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
