五星红旗高高飘扬——评运20首飞

TopGun · 发表于 2013-1-27 13:47:07

一、五星红旗高高飘扬

有两个字对中华民族航空工业的腾飞至关重要：川陕。

在不久前的川中蜀地，八一军徽曾在J-20威龙的垂尾上耀眼夺目：

而现在，在大秦上郡之地的陕西西安阎良，五星红旗又随着运20的首飞而在空中飘扬。下图就是运20首飞的照片，垂尾上的五星红旗清晰可见：

运20是中国战略空运的基石，也是中国战略空运时代的开始。中国可以凭借运20将力量迅速投射到遥远的、甚至连地面车辆都难以到达的地方。所以这面国旗既代表了祖国对运20的希望，也代表了中国航空人报效祖国的雄心壮志。

下面，我从气动和结构上对运20的机体设计提一些个人看法。

二、机翼与机身的结合

1、两种不同的翼身结合

运20的机翼高高地安置在机身上部。机翼的中央翼基本上是从外面安装在桶形机身的上方，如下图所示：

从上图可以看出，运20机身背部有高高鼓起的整流罩。这个整流罩正好包住机翼的中央翼和中央翼与桶形机身的安装点。
与运20不同的是，美国C-17的机翼却是中央翼从桶形机身内部一穿而过，从而避免了运20那种高高的整流罩。下图是C-17正面照：

下图是C-17的中央翼从机身内部一穿而过的示意图：

运20这种中央翼基本外置的设计，虽然设计难度小，但是相对巨大的中央翼整流罩产生的阻力比较大、整流罩本身因为尺寸大所以重量也比较大。

C-17中央翼基本从机身内穿过的设计，机身结构设计的难度大一些，却换取了两个主要好处：

A、机翼和机身的整流要求小。不但阻力小，而且为整流付出的重量代价也小；

B、上述小的整流阻力可以使机身的直径更大从而扩展货舱容积。因为机身加粗会增加阻力，而C-17凭借中央翼基本穿过机身所节省的阻力，正可以用来加粗机身直径使C-17拥有更大的货舱空间。这也是为什么从外观比例上看，C-17比运20要“肥”一些。

当然，中央翼基本从机身内穿过的设计导致C-17在货舱中部靠前的顶棚上有一个突出来的中央翼，如下图所示：

但是正如前面2中所说，这个从天花板中突出的中央翼换取了更宽的货舱。所以是值得的。作为对比，下图是伊尔-76。伊尔-76与运20一样，是中央翼基本外置设计，所以其货舱顶棚因中央翼而突出的部分非常小，与C-17不可同日而语：

2、技术的复杂性使类似运20的翼身结合方式仍在广泛应用

虽然C-17使用的中央翼基本穿过机身有阻力低、可以增大机身直径的优点，但运20的中央翼基本外安装也有设计简单、结构简单的优点。所以现代的很多运输机仍然使用类似运20的翼身结合方式。比如欧洲的A400M、乌克兰的An-70，均是如此。下图是空中客车的A400M正面图，可以看到类似运20的翼身结合方式：

下图是A400M翼身结合处机身部分的开口和整流罩的基本结构。这个开口比C-17那种中央翼基本穿过机身的开口要小、要简单：

所以，作为中国的第一种大型运输机，运20采用这种相对简单的翼身结合方式，是非常合理的。

三、起落架

运输机的起落架非常重要，因为这直接关系到运输机的场地适应能力，从而直接关系到战斗力。

为了在未经铺设的跑道和低等级跑道起降，运输机起落架的轮胎压力要低一些、轮胎要大一些、轮胎数量要多一些。

为了在诸如大雪覆盖的跑道上起降，运输机起落架轮胎的车辙印记最好不要重叠，以免后面的轮胎陷入前面轮胎碾压过的车辙中。

在这方面，伊尔-76做得非常好。伊尔-76的主起落架每侧有八个轮胎，而且这八个轮胎形成多达四个车辙印记。这使得伊尔-76可以在条件恶劣的场地起降。下图是伊尔-76放下起落架的照片：

但是伊尔-76付出的代价是沉重的起落架重量和巨大的起落架舱。伊尔-76的起落架舱是如此之大，以至于需要四个巨大的整流罩。相比之下，绝大多是运输机仅仅需要两个。巨大的整流罩也增加了飞行阻力。下图中伊尔-76机腹下面和侧面，可以见到两对共四个大鼓包，就是起落架舱的整流罩：

C-17很好地平衡了这个矛盾。一方面，C-17每侧的主起落架有六个轮胎产生三个车辙印记；另一方面，C-17只需要一对共两个并不很大的起落架舱整流罩。请见下图：

运20的起落架在场地适应能力上，明显不如伊尔-76，应该也不如C-17。因为运20主起落架的轮胎数量不如伊尔-76，轮胎的车辙印记数量也少于伊尔-76和C-17。虽然这仅仅是简单的清点数量，还没有比较轮胎的压力、尺寸，但也能说明一定问题。下图可见运20的起落架布置：

不过运20的起落架舱的整流罩明显比伊尔-76小，从而减小了阻力。运20的起落架也应该比伊尔-76的轻。这些都为运20虽然使用与伊尔-76同样的发动机，但采用更大直径的机身提供了条件，可谓失之东隅，收之桑榆。

四、尾舱门

现代运输机的尾舱门主要有两大类：以C-17为代表的两片式，苏俄的伊尔、安东诺夫广泛使用的多片式。
C-17的尾舱门只有两片：上面一片向上开启、下面一片向下开启。下图中C-17正打开尾舱门进行空投：

这种简单的尾舱门不但结构简单、可靠性高，而且重量轻。但是这种舱门很容易形成一个宽而瘪的后机身，从而使阻力加大。C-17通过精心的气动修行和安装扰流片克服了阻力大的难点。下图是C-17肥扁的尾部和尾部的扰流片：

运20与伊尔和安东诺夫一样，使用了多片的尾舱门。这种尾舱门在关闭时可以很容易地形成低阻力的气动外形，但是因为需要开关多个舱门，所以结构复杂，重量较大。下图是伊尔-76尾舱门打开时的样子：

图中，伊尔-76的上面一片舱门向上开启；两侧的两个舱门向侧面开启；下面还有一个舱门向下开启成为跳板。运20应该也是这种尾舱门。

本文小结：

1、运20是中国构建战略性的力量投射手段的开始。运20的开发单位前途无量；

2、运20气动设计和结构设计主要采用了比较成熟的技术，与C-17相比仍有差距。

燕庐敕 · 发表于 2013-1-29 22:35:57

维京老海盗发表于 2013-1-29 11:45 / [; r V3 L* q, [1 |
是啊，屁股决定脑袋，我活这么大了，还是没能免这个俗～～～
& e0 d1 V& F y O0 X& E, Q燕兄教育得是 ...

教育谈不上，只是不喜欢那么绝对的观点。

维京老海盗 · 发表于 2013-1-29 11:45:17

燕庐敕发表于 2013-1-29 11:01 2 g P% x/ |( U, e+ c) ^
屁股决定脑袋。
2 J- K9 |1 R/ y* e* B
要按此说，我家和我老婆家祖孙三代为国扎根边疆加起来超过300年（父母各超过50年，子女 ...

是啊，屁股决定脑袋，我活这么大了，还是没能免这个俗～～～

燕兄教育得是

燕庐敕 · 发表于 2013-1-29 11:01:09

维京老海盗发表于 2013-1-29 10:52 ) e9 N1 l) y$ D7 `8 R8 ~
胖兄的话说得偏激了些，但对于我们西电，我得说，胖兄说的话还是深得我心的。我们前任校长在学校大会上公 ...

屁股决定脑袋。

要按此说，我家和我老婆家祖孙三代为国扎根边疆加起来超过300年（父母各超过50年，子女孙子女都有超过50年的），那所有在我面前发牢骚唱高调的人都应该主动一辈子去边疆，献了青春献终身，献了终身献子孙，不然这些人有什么资格评价？配吗？！！！！

多样性才是社会发展的源泉，容许多样新的存在才是一个社会应有的常态。

维京老海盗 · 发表于 2013-1-29 10:52:34

燕庐敕发表于 2013-1-28 22:40
% N1 j7 _/ i) H5 `8 R' Z哈，俺们技校按学生比例，是在美国人数比例最高的；
8 \/ P1 a0 F% a% \; h" ?6 N: I) L* s. l; ?
同样按比例，是中国两院院士最多的。

胖兄的话说得偏激了些，但对于我们西电，我得说，胖兄说的话还是深得我心的。我们前任校长在学校大会上公开讲，西电交给地方快30年了，总共拿到的国家拨款不如西交大一年的多，平均下来一年还盖不了一栋教学楼，这也太惨了点吧。要知道现在中国所有自产的雷达身上都有西电人的心血啊！而且交给地方前我们叫“西军电”，那是全国排名起码前20的学校，现在已经落到40名以后去了，这个除了自身的问题之外，国家支持太少也是原因之一。我们不奢求要跟那些排名前10的学校看齐，但至少现在政府这么有钱了，多给些支持还是应该的，毕竟我们学校毕业生基本上都留在国内建设四化呢。

维京老海盗 · 发表于 2013-1-29 10:23:13

胖得妙不可发表于 2013-1-27 17:29
& N7 r8 ~5 u8 X9 \: _" u天朝应该把那些几乎变成留美预备班的的名校的预算统统砍了，给北航等军工院校 ...

胖兄这句话深得我心啊！
我们西电，交给地方20几年了，总共拿到的拨款才几千万，盖个新校区还得到处借钱，我们给国家输送了多少雷达和IT的人才，给国家完成了多少重点项目！

xlan1976 · 发表于 2013-1-29 00:47:42

晨枫发表于 2013-1-28 22:09
8 g" b! n! o8 `+ D3 {% w$ p6 g% F翼梢小翼可以在后面加装，如果在设计的时候就考虑加装，那就更加简便。B787的不同型号就有的有小翼，有的 ...

从升阻比考虑，加装小翼带来的提升比增加的重量要高，不然这东西就不会存在了。。。

787目前的型号都是有小翼的，只不过它那个小翼已经跟机翼融合的很好了。737NG特别是800倒是有的有小翼，有的没小翼，特别是早期型号没有小翼，可能是升阻比已经符合要求了，觉得没必要多次一举，后来越搞越大，不弄小翼的话，增加翼展更麻烦。感觉波音开始时对小翼不是很感冒

，虽然现在西雅图波音博物馆门口就有一个小翼的雕塑，但777就没有小翼而同期的330/340都有小翼。
我还是对运20没装小翼有疑惑，我觉得它应该是要装，只是首飞的时候还没装而已。因为这个东西有好处，而且实现起来不困难。但毕竟大运第一次搞，来日方长嘛，有那一天它突然有了小翼我也不惊奇。

xlan1976 · 发表于 2013-1-29 00:35:17

TopGun 发表于 2013-1-28 09:01 4 P2 W1 I+ ~# W. N: s& G* W
翼梢小翼可以提高升阻比，其他的一些翼梢方式也可以，所以并不是一定要用翼梢小翼。' e( _: X, w' S

: L* P5 M/ V* eC-17用翼梢小翼，一 ...

嘻嘻，我当然知道翼尖小翼是干啥的啦

，这个玩意儿可以减小诱导阻力，在翼展一定的情况下可以提高升阻比，在保证一定的升阻比的情况下，可以缩短翼展。至于其他的方式嘛，除了改变根梢比的方法，我见过的也都是从翼尖小翼来的。
不过这个就是问题所在啦，为啥运20没用呢？

按说这个东西肯定是有好处的，实现起来也不难，还是第一次首飞，想搞的简单点，以后再说？

xlan1976 · 发表于 2013-1-29 00:29:34

本帖最后由 xlan1976 于 2013-1-29 01:06 编辑

gordon 发表于 2013-1-28 08:45 1 p( A, R- K4 \9 M: y; t
找一本《航空器适航性概论》看，不论民机还是军机都得满足适航性要求。/ ?2 h3 H5 U% t. k. G/ C

0 r, j" z" A0 A: K$ E适航性不仅是民用航空器的固有属 ...

适航性是指航空器维持型号设计构型要求和确保安全飞行的能力（现在度假中，手头没书，凭印象，可能跟书上写的不太一样，基本意思差不多），这个可以算是航空器的固有属性。但有这个属性和是否在设计使用中考虑这个属性，并按照这个来管理是两回事。光知道有这个属性，没有相应的标准要求，没有相应的管理体系，就没有任何意义。我就是干这个的，从来没听说过中国空军的东西有考虑适航性的，适航条例里也没有军机的要求，现在中国的适航条例全部是CAAC颁发的，其它国家也差不多，没有啥适航条例可以管到军机的。当然军机你也可以按照这个做，但那是两回事。就算你按照这个做了，想民用，也得再当着民航局的面再作一遍，因为民航局是民用航空的适航管理部门，这就是适航管理的基本要求，必须要有审查和认证，否则就不算数。美国空军倒是可以，因为很多适航的东西是美国人先搞出来的，美军军标甚至走在适航要求的前面，FAA承i认美国空军的东西。其它国家只要是双边协议认可FAA，就相当于认可美国空军的东西。这么说有点难以理解，但篇幅有限，将就着看吧，要是有兴趣，我可以单开一贴讲这个。中国空军确实最近想往这方面靠，但有很长的路要走，现在连起步阶段都算不上呢。
当然现在军队和研究院所也知道适航的好处了，不像30年前，拿这个当CAAC的有意刁难，所以有那本书上为了强调这个把所有航空器都写上是有可能的，但这种抬笔一写的东西看看而已就得啦，没有任何实际意义。歼10有在研制和使用中考虑过适航性要求吗？那不是胡闹吗？对战斗机的适航要求是什么？是那一条适航规章，说来听听？
适航性是为了实现适航管理而提出的，没有适航管理，所谓的适航性就没有意义，适航管理归根到底是一种可靠性管理，作为一种已经被证明为行之有效的管理体系，被借鉴使用到任何其它领域都没啥问题，但这就是两回事了。
民用航空领域一直以来都是严格按照适航管理的要求实施的，进入民用航空市场就要符合民航适航要求，军用飞机的确现在空军想引进这一套方法，但还处在很初级的阶段，至少运20肯定不是按照适航要求设计的，更何况目前根本没有对军机的适航要求。

燕庐敕 · 发表于 2013-1-28 22:40:27

胖得妙不可发表于 2013-1-27 17:29
) ]4 f% h9 l6 ?5 q天朝应该把那些几乎变成留美预备班的的名校的预算统统砍了，给北航等军工院校 ...

哈，俺们技校按学生比例，是在美国人数比例最高的；

同样按比例，是中国两院院士最多的。

怎么砍？

晨枫 · 发表于 2013-1-28 22:09:29

TopGun 发表于 2013-1-27 19:01 4 u! U6 t) M' z) r0 A6 O3 ~
翼梢小翼可以提高升阻比，其他的一些翼梢方式也可以，所以并不是一定要用翼梢小翼。
) ?, B' V: S) ^' L$ s E9 [) s* A3 p2 @$ i; y: z! w* A/ R6 b* Q$ |
C-17用翼梢小翼，一 ...

翼梢小翼可以在后面加装，如果在设计的时候就考虑加装，那就更加简便。B787的不同型号就有的有小翼，有的没有。个人认为现在没有小翼是为了减重减阻，以后增大发动机推力后，可以增加小翼，增加起飞总重。

seek · 发表于 2013-1-28 19:41:54

胖得妙不可发表于 2013-1-27 17:29 $ [) A S. [* W7 c
天朝应该把那些几乎变成留美预备班的的名校的预算统统砍了，给北航等军工院校 ...

这个不能全赖俺们，当年我们毕业，国企不要俺们，搞得俺班基本都转行搞IT自谋生路了，只剩一个有关系的特招生进了国企混。

wuneng2001 · 发表于 2013-1-28 15:41:54

可喜可贺，有了真正的第一架平台，后面改进提升就有基础了。
未来大型飞行器，很可能只有中美两家来回大折腾了。

大地窝铺 · 发表于 2013-1-28 11:22:07

本帖最后由大地窝铺于 2013-1-28 00:10 编辑

加几张其他角度的照片，点击可看大图：

誉行 · 发表于 2013-1-28 10:39:46

翼尖小翼可以根据实际情况做改装的，现在中国要做的第一步是有的问题，在这个基础上逐渐吃透、改进直到达到先进水平，所以我觉得至少5年以后再来判断大运的好坏和实用性比较好。

现在我们需要的是如何让大运能有效的工作起来。

TopGun · 发表于 2013-1-28 09:01:57

xlan1976 发表于 2013-1-27 13:05 0 J( a0 X& }% V8 ^9 r; W6 c
还是老兄你的分析更有专业性，这个运输机和客机还是蛮有区别的，起落架这么多学问是我没想到的。。 ...

翼梢小翼可以提高升阻比，其他的一些翼梢方式也可以，所以并不是一定要用翼梢小翼。

C-17用翼梢小翼，一个关键的原因是美军认为野战机场有时候会非常拥挤，所以要求C-17的翼展不能太大。C-17于是采用了翼梢小翼。

美军曾经在上个世纪七十年代时，在营救中东人质时发生过野战机场飞机相撞事故。大概这是美军要求C-17翼展不能过大的原因之一。

至于解放军是否有类似翼展尺寸的要求？我不得而知，但是我觉得如果解放军有要求而且要求的尺寸较小，运20就应该有翼梢小翼。

gordon · 发表于 2013-1-28 08:45:33

本帖最后由 gordon 于 2013-1-28 08:48 编辑

xlan1976 发表于 2013-1-28 02:11
8 L0 j/ X* Q8 H' Z% f% W民用飞机跟这个玩意儿是完全不同的，民用飞机首先是要满足适航的要求，运20根本就不是根据适航要求做的东 ...

找一本《航空器适航性概论》看，不论民机还是军机都得满足适航性要求。

适航性不仅是民用航空器的固有属性,同样也是国家航空器(包括军用、警用、海监、应急救援等航空器)的固有属性。

也无风雨 · 发表于 2013-1-28 07:16:04

xlan1976 发表于 2013-1-28 02:05
7 v, B( H ]: m还是老兄你的分析更有专业性，这个运输机和客机还是蛮有区别的，起落架这么多学问是我没想到的。。 ...

关于翼尖小翼，晨大有过分析。

xlan1976 · 发表于 2013-1-28 02:11:28

gordon 发表于 2013-1-27 17:47 & s( T% ~" B4 \" V. t; d
技术储备不够，看看民用市场怎么样，能不能收回点钱。
U7 K( ?* ^# ^# S1 }; ]; m
2 y4 I5 a+ p% {5 O6 ^5 u3 q歼十也是这问题，还是从歼九的技术储备里淘点东西。 ...

民用飞机跟这个玩意儿是完全不同的，民用飞机首先是要满足适航的要求，运20根本就不是根据适航要求做的东西，进入不了民用市场。另外，这个是刚刚首飞，离投入使用还有相当的距离，等生产型出来也许跟这个就有区别了。

xlan1976 · 发表于 2013-1-28 02:05:26

还是老兄你的分析更有专业性

，这个运输机和客机还是蛮有区别的，起落架这么多学问是我没想到的。。。。。。相对于客机相对简单的起落架结构，运输机的起落架是不是重量普遍会大一些？
嘻嘻，老美是不是对货舱门锁定装置有心理阴影啊，所以坚决使用简单的结构

另外，运20并没有加装翼尖小翼，是因为相对于它的性能要求来说现有机翼已经足够了吗？

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五星红旗高高飘扬——评运20首飞

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