|
本帖最后由 晨枫 于 2023-2-13 14:18 编辑
7 b( h4 a0 w* l+ w0 U( ]; i6 ?
$ m- G2 h& [2 w9 I, ^《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 }4 f6 W6 M5 m1 ^' t. I* F3 j
9 u, ~4 J C5 V4 M5 F
( r: w. C' u8 a3 `' 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?
; q* z$ Q" f1 k& N1 p( Z# v7 u" r# j7 I% s
K4 P9 P' J( {, [ k* I0 L6 \/ N& w
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
' q4 h6 i# T/ V0 \ [5 z$ A, x9 I4 Z2 ~1 I( u; s
7 i- K* u8 Q; X h: Y" s) J i
还有人认真地画出三维图
, J' l8 ?3 c8 E' W+ [( v% g# x" J2 X7 Y* Y9 s; Q. [4 \
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。6 l3 n8 V; ^ C& F/ J$ D
# C8 n$ X4 A! f$ V5 N7 A
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。
1 s) S" `" B6 p3 ?5 h4 }0 [/ w% o$ r/ N! v# i
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。
/ g/ _) X0 P- s/ Q) |7 F) W# W* y4 S V9 D0 g0 k$ Z1 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。
. E9 r# P- O& t* e) W
3 Q$ M0 M7 u4 c. e1 g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。. Q, W# H: ]2 b& t+ L5 N% @/ N
! [9 Z% X1 z5 x4 e$ O2 [- [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:
3 D$ J/ H4 ~( G: c* n( j! T: K" H( ^- R1 H# E
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: d0 y4 Y. C$ ~& q4 Q
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
- A! z( w5 r, Y3、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$ |$ m7 ~3 r' c( s9 h
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
% }3 O+ i% k8 A) u2 w% j- o6 o5、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
0 U7 B1 P( @/ T r7 E4 G/ p
, |$ D9 K* d" f3 ]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。
8 u5 n' Z8 d4 p. D; o3 f& z' _1 m* a' n# u$ \
左右平衡则像“鹞”式一样,用一对喷气的平衡臂控制。
& |6 W! Z1 ]) i+ D" ~2 ^: h- ` e
2 b- G) J, X" ZF-35B作为最先进的垂直-短距起落战斗机,很自然地成为参照
' I3 a4 A: z; T, C6 Q1 l }* F' V. R* A3 w" ]
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!
+ Z! i! j2 q8 [9 R# N* P# p$ X
E3 |& }- g2 f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。% v' x4 `: Q4 ?3 z* B: x
3 \! z* j$ \: C, w. W; F+ |
7 g+ M0 X. _) a' E) k- a' q
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 N: r2 P- g& [4 l
& |/ P; h. `& E. X, J5 r
# \, H P: Z5 j9 O9 L& R
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
+ b+ U9 G ^. @& ]0 l" e) o. @8 r: P- 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。6 d; B8 u" s$ B+ t$ b
! G: G' b7 h. j/ e8 T/ O8 o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。0 e9 W5 {" u, E- h' `1 b/ O
. O/ w. D2 r; J
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。% }& e) M! {% @" U5 C
- w. Q+ y5 q, g8 m) g! L/ Y( q( i
+ S% Z1 S r! t7 S" e: r) f想象中的歼-20C将完全占用机内武器舱: _1 O, z P% d" Z- T
' \% I4 c0 [% M- p( ?
/ I$ F9 m R% 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; d" G# l: J: s+ o
; L5 L% c9 i8 Y" P( ]! K$ E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 c& D: d- o( [: J# M" D( g7 c8 B$ q
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。
7 _5 `# `# P3 v# b- I
9 L" x# B' R2 O# J, z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。
$ q" i9 i5 ]( N0 k( ]7 k, H3 \
+ D l2 {: g0 Z0 C, M. J, L9 L0 ]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
|