|
|
本帖最后由 晨枫 于 2023-2-13 14:18 编辑
# Q* u) T9 b2 D% s- u/ a* F* s
" G1 o- D* E* S8 x. U《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。6 } b5 `( r O6 l! y2 U
; R2 O7 o; U0 @3 o0 i0 N# W
$ t& u3 ]! v( L5 o h: q2 Z
《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？$ c& I$ ?, {5 _
4 Y3 A* }1 u4 k3 ^/ z0 r
. h ?6 P3 ]& ^. q9 {3 n e( b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
2 E! F' {- v& L
0 w, J3 o5 m; X! R% s# }$ X
; h, y+ K' k+ B# C还有人认真地画出三维图/ l& }" Z# B0 N# n# N+ q. A
4 v, z- p- K8 A1 G; O, e5 Z. m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。. O8 j7 Q5 m5 s# D r" Y" `
3 X$ Z j. H' Q0 S
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 @8 P3 H6 E# W/ D+ ]- A% N" o" s! X
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。- Z/ }+ _$ m1 x ?# A# x
0 ~( B; Z8 W: G* F
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。
% f+ c# w7 P2 i( d9 B1 z! v0 C" d9 V; ~2 j
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。$ \) w& P; z! w0 S0 \4 i" e
+ z+ Y& n$ f# R$ \
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：5 V0 N* E/ N, n+ X- Q0 f' {( }
8 _8 ?; w* a% W4 Y$ u2 Y6 b9 q+ v
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/ J: s$ X+ `: _0 l7 J; A' K& s9 X& P
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
. ^& U1 |9 p* H& ~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
% U' ^8 V' `, {6 k$ D4、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
! |2 p8 P t! Z5、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 O, N& o- W o5 q; V
& a% k! y) t+ U( b4 kF-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。
) w x" Y, K6 e- m ]4 ]0 p; X- C" ~( s1 m1 E
左右平衡则像“鹞”式一样，用一对喷气的平衡臂控制。
# I C7 \4 z$ B* u8 R/ h# c; h- I& }! L1 N
/ s O0 e, N0 D/ A( G2 d" AF-35B作为最先进的垂直-短距起落战斗机，很自然地成为参照& Q' \1 P0 @; z0 A
% b9 |; v9 a6 E8 A6 F
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！$ F, f5 T& V# |) n2 t Q1 V+ r
2 Z" `8 \9 h" J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。
f% v2 A6 N6 |
! h, d& Q" C- k" n2 R- o0 k l2 b
$ Z) x s' U) A" l* E Q2 wF-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
( j" w/ r# Q' W6 ]& i& [
7 S, ?9 Z4 G/ A- N7 P: ?
- R W- B- E% b& g8 w" l0 Q* Z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1 c5 V) m% _" I* r+ o
% t( [: z, j9 p6 R4 o5 F4 b5 k8 y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。; T" H( Q/ h( G
3 c. v) q( O( e: f. w8 j" \' O U
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。) m, Z* x9 Z7 p* x! D
0 u+ Q& t' {8 S9 N6 s3 F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" g9 o8 R6 f g! ?6 {6 d* ]
" N4 i2 J. [2 y4 M( q. W
% H" h2 {$ ^8 [1 F# v
想象中的歼-20C将完全占用机内武器舱
" |4 L _: P' q' R5 Z7 D0 ^* l" g; f
! B, r1 g w0 I2 W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
' H% o" _2 Z4 [' Q+ z! s2 V) Y7 ~7 }& H) Z% O. j6 N( b( B
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。
* [1 s" W( ]; g$ g ~+ y3 E$ p0 A3 P( b, a/ R* I3 b$ Y
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。, i- B: e. T. k4 j4 e4 ]/ A9 c
$ O' }/ z, K& b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。& I* \1 t5 P" l3 R) V
! D9 {8 d# F, C3 w% s1 L3 K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
