|
|
本帖最后由 晨枫 于 2023-2-13 14:18 编辑 + F A4 y# z& `3 V
2 D9 _1 F# a, q K4 L9 e6 K( r
《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。0 x6 l# W9 I8 I8 f2 W$ h1 \
1 l, C2 r$ X7 X, J7 m* P8 u
/ S, r: C$ Y" {
《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？$ Z5 Y: V- k& |
' H% a+ v- t; S9 A; T0 j8 a' r, X
% j T8 R& F) [+ n7 b7 L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
* t7 m9 w* J; s A( H- E3 M! `5 `" j$ G: \/ b4 ^4 I$ O) P
5 u. T9 `6 {: y; F- u# V- X0 |) A还有人认真地画出三维图
^4 L, }, B* n. t' B, ]! o8 m0 F- ^( x5 \
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。
4 w; x+ n( U" F7 ?
$ y% U- b+ e; R! T" h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。
7 |* L; t% Y7 m2 E8 N( _5 \2 Q7 L* P7 B: a0 d4 u8 ~: Z4 W
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。7 G5 |) o4 v. O: f$ |2 C3 K
, U2 F" S E1 T
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。
& `+ H( f! v$ ?/ |% j4 p; @
: B, W. c7 p% r1 J8 F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。9 \1 h% ?' Z% Q% _+ d
% {) Z2 e6 U8 Y+ v1 J
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：( l+ q5 S/ V9 R! }
, h% z' g& c$ X, ~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
' u) h2 J1 M' v6 _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
0 N! m9 G* E' b" i* K# A$ q" f. C3、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$ ]6 Y7 Y/ [5 P; k( L) j
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. \4 d7 u, x7 O
5、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/ ^2 ~8 V5 ~; w6 F( g+ T
) q; W- n4 T* H ?
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。0 r0 R( `, [" j
% Q' P0 U9 j+ {: _1 @% q
左右平衡则像“鹞”式一样，用一对喷气的平衡臂控制。
! d9 W9 n- C! \
/ h8 }) H9 C, s% U$ q. [
9 Y- q# K' D5 LF-35B作为最先进的垂直-短距起落战斗机，很自然地成为参照+ t" B7 G' {( W/ M
4 ?! a$ T. t' h$ d8 C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！
/ {1 I* D* s6 U" {6 \! A" Y
! I2 U" I: \/ s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。
& h3 v7 O$ g# p# @/ f
7 L3 [# E2 q' l2 K4 j: K! ~- q" B
1 O5 e k5 h5 O4 z
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 R/ e2 t& d8 v% U7 J
4 r: F' D0 O9 Z0 l9 y
: \( Z) F7 c( P: i4 T% 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
V! ~( K" R2 U6 J/ T+ H9 F( M( N5 D
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。: I4 o) k8 n; `! Y# F' B( ^+ \/ y& z
7 f/ G0 ?% @- ?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。( k+ c$ V9 a0 }0 l7 y' v
) a! [ ~2 }8 ~- o. ^/ y. [
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。2 [1 Z1 i& E1 i @& S
. x: K8 X2 G' a# C1 }0 \
" T5 n' v, J+ X) F- s& Y6 @8 o- X
想象中的歼-20C将完全占用机内武器舱' K/ A- n1 }8 T( \; b" ?: V
% _" q/ z( U- Z1 l0 Q0 b0 f" ?- H
/ i* G3 q# x% ^( |8 ~
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
% F9 p* O# s( Y! u4 R
5 j9 T& K$ [ q3 j7 G+ @5 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。, d$ }1 ~ Z% A, o6 V9 W
$ c l) |* ?! k" }' N9 Z
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。
* ^, ]8 L( s3 ?) b4 r* [7 K9 O5 I2 b+ L y' `: m
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。 n8 V7 e+ j0 M' i7 g- o" w
' H3 y7 E* ]0 L3 j9 U) d
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
