|
本帖最后由 晨枫 于 2023-2-13 14:18 编辑 , A3 T. V; V4 F8 v% j! |
7 F" w# {7 j1 e6 r% z1 ~, g7 x$ 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。
2 I. I6 I1 ~8 H3 h; _
, T T6 E# D( H
9 ]6 ?4 t: ~3 f7 K& o
《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?
$ i6 w: Y) Z& k2 a- h+ z
$ N0 L3 b+ i% q3 _+ U; u6 E- S
, M# n( [4 z) O. d* |" Z: j: x
在电影里,歼-20C是可垂直起落的歼-20改型,在思路上接近F-35B8 v# \+ b% k; [% r5 w
' r' h. ^. T. S; i
$ O( K2 W K# h! {
还有人认真地画出三维图
X3 K/ K% i1 T4 K7 h. Y$ T
9 H3 |7 {( K3 H# z( Y3 K8 ?, n- S; e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。
' W# w7 p- |) i3 q" l* |1 w2 G3 V3 Q' 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。
: ^& u- N8 }* @3 Z; z+ S* h+ ]7 q4 Z% S
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。) x: {; }: m% b) F
3 z/ k3 H. d+ \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。. ]+ i9 m, e, }1 B
7 f6 `" b9 D5 U+ q% k7 s! U2 ?
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。 v: M6 M1 d1 s0 L0 U- n$ G
% ]3 Y/ i6 Q8 A) f6 o2 ?% q9 R. s& C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:
( e% q/ G& B$ c; p B3 m- G0 W- ]1 |% l$ M. c. t5 X/ d. r
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' A1 ?. L# x. h. o1 V- X
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
$ H$ j& V! J) H! R3 C# v3、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: F# X, |' l. t- H' E3 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
% L. S" d5 w0 G0 r8 H6 x5、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
! c' U1 Z2 S: E& u
/ r8 {+ d" v8 BF-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。% i# C1 a! |1 n3 x
0 F- n" P D; n( T4 r1 f! h左右平衡则像“鹞”式一样,用一对喷气的平衡臂控制。
# W3 g7 h9 W. `; `) G% P6 D* X2 O1 \ R0 _3 y+ B: g# N% g
3 o8 l6 `' B& V
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1 p' |7 [8 m r: t+ \
2 a8 R$ F& m. r) n
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!- X0 r( F; r2 ?$ A& D# a; g, l
4 [$ z9 z! T8 d: q, D7 [8 e+ C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。
2 c, H- r. F7 Z2 E) d' e2 p) {% o
- V. N/ }0 ~8 B. ~' s9 M `
: d3 j, |$ e, }: M4 Y U0 x* @
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1 C- ?* e- D8 \. W5 O2 }& }, |
3 `" k) f, m. h0 Q4 O1 p- i
5 g8 U' H; M6 u" C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! f( s- W) B* }- U9 ~( n! h
( i C3 q" w3 }( ~0 I+ B/ ~& {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。
, H9 A. d& m* Z% y: B/ W% R
- b7 m r6 f! {% o! k% S/ z9 Y% t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。! _) `# E$ F6 z) e; ^% w
0 x4 B" h9 @# E @% H1 e8 U9 t/ ^# T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。8 T' P! W/ f% Y' r
- ^; d! J- A* q! z9 j" Q
2 a2 l4 H" n. b' Y- a想象中的歼-20C将完全占用机内武器舱
5 x) F7 ]3 m) M& U$ i, W# ?, p
; X( h: c8 B3 o: k7 U n& j( i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 k1 e2 W4 b2 T; C% B$ V9 j
, I. e+ u7 E1 p- V! a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。
/ f- I/ w# T7 T7 T, @, V) a- Z
! |6 }$ k0 U9 z1 {8 e( }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。$ q9 }/ @, @- Y7 T! t5 I5 r/ V
9 S. Y( c& f; w: @! B6 ?7 m5 q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。
/ |' m2 \" {' l8 L4 y" I% i/ L2 {1 j
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
|