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本帖最后由 晨枫 于 2023-2-13 14:18 编辑 / D5 U( v$ S% h4 Z# Q V
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《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。 e7 D& [) e' P; ]0 s8 v) L! }
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《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？# W* A# `) d( P w
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3 d8 B* B' f: S, @3 ?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" W1 Y! Y4 d; y5 Q( w7 H
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还有人认真地画出三维图3 d6 [, H, N3 f1 Z7 q0 Z
& s! c, g6 Q$ {- w7 t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。+ T# h2 m! O$ i$ E) H
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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。
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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( J9 U' t6 F, S5 U, g4 l* ^
& f) ] `; Y6 q" Z4 L( m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。& ?$ f- i/ H2 I) [
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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。) n5 J1 G4 H5 ^) Z" Z9 {
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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：
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; k1 ~' k ]1 L. D7 T5 q3 a% a( R1、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6 P! \9 H0 w% K# P8 w
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
( M3 b- v( {- k Y5 M! H3、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
, ~ n! ? r/ L4、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 |9 ~9 T. v) F2 r3 s5、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7 c/ {# F# T, g
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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。/ g1 q, `8 T9 V; u7 ~" H) A5 ?, F
* W. s" _3 S+ B' z2 J. m* x; Q! K/ V0 G左右平衡则像“鹞”式一样，用一对喷气的平衡臂控制。1 W! V- h4 G( z w+ X
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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7 w6 Z% w2 z9 J4 A
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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！" ]% g3 C1 E/ T* }1 y
9 m X+ `' N3 q( ~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。7 ?# M$ J, q1 y9 l( Z0 _6 b
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0 U7 Q. j9 T, aF-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3 B5 b# j9 c9 H0 ?. J, _! K, Z) k
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" d3 M8 ^# ~% l \; _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
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# }. a7 A" ^! I+ s( j' Z 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。3 G; Y% m/ \; I" `) n
. ?( W5 P# X0 {, u# }0 {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 O$ [) l# ^8 D
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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。. J: Z' V9 N7 L, j; F
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想象中的歼-20C将完全占用机内武器舱
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" u* R; u( V/ \# T5 u3 ^/ u, H/ 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0 q9 S# @- U7 l- |. y- U. P$ x$ b- w& N
% c& X5 f2 D! Q" {* V4 M# Z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。
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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。
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+ `2 j' q( {) y- v0 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。6 ^2 j( L2 `7 I, [( I t$ W' d
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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。 |
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