|
|
本帖最后由 晨枫 于 2023-2-13 14:18 编辑
2 b' l3 v+ z( m8 x8 h* k4 k# S
《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。. O; t+ j$ r" e
# ^+ q$ |9 V, g# X
; u0 h; R, e/ ]1 A C* `《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？
/ X$ @ g4 }. k8 e0 M" K& a
, Z6 |6 L0 a B, g" m0 L
6 w$ p- |% @+ F% i
在电影里，歼-20C是可垂直起落的歼-20改型，在思路上接近F-35B5 ?/ {/ a8 }. w7 M6 }( H9 i
' e' k; u& g+ e/ R
' a$ }* t5 ~0 N5 C
还有人认真地画出三维图
: G$ S" o2 `/ j
; t1 {7 S$ Y0 O9 s; Y Z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。
1 n" _! O( q W+ V: r
1 [3 I+ \0 j9 x! X7 Z6 E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。
& y1 W) H, T( w: j
$ v! t/ A- {8 [/ Y9 @% @* O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。
. I9 G. L9 o1 d. D m- v
K5 a5 A9 h2 |% R2 H8 H- n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。7 g, r7 a6 @" L) n$ S, e, l( A
1 X2 O) ]( w8 ^$ a0 y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。
t. f; [: J6 ]8 h' v2 N. n
1 I' B( G" _+ A! I; D: `+ c" G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：' V; D d1 t3 u1 l d a# R
; J" r2 P+ X3 U
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" E: J" N. n2 C# u( [
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5 e6 I1 ~5 H; ]. O
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/ T3 B& B# o) p, a$ r' |* c B5 ~' T
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
8 v& E( p# w6 U" p1 w5、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
% K6 h+ Z; x( j, K4 F2 o5 u1 q+ u4 ]5 R! `7 h. a$ l
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。" O2 v8 ^1 S6 D( {" Y: K
. x* H2 u( J3 N8 {
左右平衡则像“鹞”式一样，用一对喷气的平衡臂控制。: m2 i, \( D. h4 m3 J a
; Z! G8 e1 q' A& L, f0 m
8 C; Q6 }- D% {2 l& P% p/ _& jF-35B作为最先进的垂直-短距起落战斗机，很自然地成为参照
]- ]' F! i0 {4 ~ ]
9 v- ^. L3 ^+ ~ y9 Z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！
. R& z3 a/ Q6 r# F6 R* r" R7 @' Y3 s; I2 p
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。, S. u% h0 y: [0 `7 t# z' y
: P+ a5 B$ y. @; ?. G' h' M' ?
# V8 O) l# ]9 {
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) W$ Z/ C0 O/ p5 v6 D. T
6 L$ @7 E2 y* U; z2 T: ~
. J) V' M/ T7 S
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! ^! m- C! y+ ~
P% E7 z8 H+ _0 l; X: y( z* ?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。
( I% x2 V; Q7 o* h9 |1 y7 m( Q, Y! @0 d G4 y+ S" s+ L7 g7 {
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。
4 r& e3 u, d- U* B7 X
$ |# r( r: U d7 F' H8 e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。
3 ]) e' E+ h: F5 |% J" s" ^
- l N( g4 z! Q8 @# ]
6 i( K" S* S1 k想象中的歼-20C将完全占用机内武器舱: j+ O' U( ~9 G1 j/ Z% l
7 C9 i' a! h, [, e3 l- t# Y
v" {' N( L) i; m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
: F0 o: ]/ Q! h# ^' ]. d8 {( p3 O; W9 e! n& m7 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。
3 M( n. |, g4 b- S/ A) s# o
: T' Y9 Q7 `+ {( J6 D: a* o: D( D$ [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。- \% m3 y) _- o
3 _- I/ q0 b3 Y. h
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。
8 U' s' B5 i' r! E+ @ A/ S H1 A9 V$ x9 R
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
