|
|
本帖最后由 晨枫 于 2023-2-13 14:18 编辑
, G" Q: b/ I9 P& k
5 q1 P4 ?( n' |! 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。* e/ Y9 v! ?& ?% S2 {8 {
( i( o# V0 r* }7 u9 y0 d
6 M+ } l" \6 P7 X2 v《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？% g$ v- u. @8 l, P, ]0 c0 \8 F' P
5 U9 \) `7 |2 H& t0 W( u( N
4 @" ^9 n. p# L" B! v3 p T
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+ M2 y- o1 S8 _" i
6 T( S! M% V+ [ t7 g; d
6 u! O8 M; D3 @( }
还有人认真地画出三维图3 T6 m! h5 w3 F4 m% W( S4 f
# [) o9 w6 Z7 ~8 Y
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。
& N: D% p( o; U, F% P/ }1 _/ X e* o: ` _' |
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。/ x. _& B4 U9 C4 g# [' J
! B+ Q% X9 P( \6 M
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。
' R& S1 s. M' \+ P$ Z6 Y; J
% A8 E. C7 M1 v7 f# J- a4 t- r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。/ V6 |8 k/ q2 F8 Z2 o' q) l% |
3 Z2 m5 V8 S1 c
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。2 y, I$ d c& }
- X: F8 f! l0 S; s. {3 Z0 k. 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：
4 Y, r- G9 `0 |5 G+ }4 h8 G. r2 z& D/ w
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. B' d% D8 W2 j `- y
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- v. ?8 E$ q# W s; u. i Z) x
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
8 A3 i0 _; @7 R4 p4、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
; W- @. H8 t# D! G5、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
! f) e( _. u6 R6 N4 Z* @ [
4 V: b! l5 S/ _ yF-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。
, x8 Z- y( d$ x2 D- q
& L9 _6 a1 m7 I" P左右平衡则像“鹞”式一样，用一对喷气的平衡臂控制。3 ~, x8 d$ z* i, R2 o
I5 f% @$ C. y, `, C( ^4 p; ^
" v. k) P1 D! X2 _# L1 gF-35B作为最先进的垂直-短距起落战斗机，很自然地成为参照
3 _5 R# W( t; d; b& u; G% b6 V
2 {& ~1 G7 h" t/ ?0 o q% p$ ? s# H+ h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！4 m- Y# y+ z: N8 ^. R0 }
+ X+ f5 F. Q: m9 q4 h6 U! 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。5 H" m: Q8 o6 C/ H$ \; {
; _% \) V/ m/ k" z
$ T: ?# Z1 R6 U [) A& HF-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6 o5 l( O3 L. K3 o( W4 o
/ |, q) X3 ^2 B J: f
( @8 e3 Y, H1 I 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
0 Y* Z8 h# D4 c: j" q5 p5 u
r$ U* \7 U0 g) 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。
" q. u+ A: Q- w
8 X6 t9 } H' u3 i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 B4 E7 z j- M6 P3 _% Y9 r$ O( p1 D2 S# j. I- c* r8 x9 d* h
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。5 g2 N: H2 [" p, a, D1 e- Y4 _& ~. `
: d$ o& c) V- p8 Z1 G. r$ J! }
) Z! W5 I1 \& ^9 Y% M想象中的歼-20C将完全占用机内武器舱( k1 C" Z# c. L% y r1 w$ y: \2 V
. q6 T& x/ _- H, B3 }* k9 C
1 y% K0 p: y- n* R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8 X4 X- L n' N
& \8 I F' U& t* ]( r d6 W
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。
. ^% k7 W/ I& C/ d0 U: k# [$ Z5 f3 p' b+ d8 l
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。. p# [6 l) G1 y* |. s9 K9 `
- L) v& Q5 n1 G: n) m7 x2 u% ^
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。, c2 ^5 Y: g4 Y; S- I
3 ? H$ s- A7 a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
