|
|
本帖最后由 晨枫 于 2023-2-13 14:18 编辑 ) J2 A, g$ |! w0 d- o8 T8 V2 E
% M0 Y8 J: l% D+ Y- 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。
& d/ q. H( t! W5 C5 E# L% _- M" N$ s4 S! B7 P/ {8 m
D0 k+ v. l# @# i《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？ H) m" F+ z6 e4 g3 `" B
( A9 L. F- [# A6 g/ x: ~8 [
c' t( O+ h$ l" Y9 V, q: t9 W
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
. ~! E7 C& u# o! d s0 ~$ D9 v7 F# X( c+ F
$ ~3 X, |) E. l( H/ U* K3 {6 L* t
还有人认真地画出三维图& \+ B$ V' v% o
6 L1 a% h6 m- a7 R7 c
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。" o, o J# W) C! A- x
' I' S t- u3 |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。2 v9 S# \* s$ t; p! r! a. A
! _) y) h+ y6 w6 T: g; ]6 J: S, r% K
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。; i/ R5 b! v) E. O' `& ~
$ s) _6 q! o; u6 h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。6 Z3 C8 [9 k, W2 e( p
3 q) i; X2 E5 u) n! v
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。
5 x9 p% c$ d; q+ V$ z) Q9 C. D) {' g6 J# T
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：
) r" C* ?( @; A4 S" h+ D8 b* l" c
$ o- J8 l0 X; N, A7 |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) |# \' ?. u9 r0 J& J# i1 H
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% s! Q& V3 y {
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* V8 C. P4 b% S) r* u" O
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
8 l/ p8 q3 A' w) T' c5、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 p3 H6 V a" |9 T, Q5 w: W) ~- `
4 N) o% c7 W3 C; t* p/ x" H; e5 |* a
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。
; ~8 Q6 n# c& C9 C
2 Y. u3 P0 c5 q7 L. _8 W$ ]$ c左右平衡则像“鹞”式一样，用一对喷气的平衡臂控制。( o# y8 M7 d- a6 i X, e
6 K! H/ D6 L% Y: m+ l9 O" M
) t3 D. G/ ]# p+ d& k
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
) G/ e3 S: y) a- {# |; x
% L! }# @! d c( l9 q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！+ X/ f) o) E$ q
' i8 k1 _) S/ o& g t8 E, }- n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 v D" }: c8 q# _! R* U6 I; G& i8 s) ?
2 i7 G4 r$ Y! {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 I. f* c! ] E, b0 ^; w, h
5 F6 ~8 G+ a: a5 b, \7 W6 V2 g
& K" n1 K% S3 ]$ D( o _! Z6 M
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' i, o2 d, I( s; s6 ^' v
9 l0 O1 d1 Z. t5 H" ^5 C: 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。# A# J- e+ ? n! n" w& d4 O
2 F2 k9 i4 g3 c7 N* P
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。# C) l" j! l$ b1 K$ p+ n H
. K/ _( o" y( @0 d1 v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。
* }; x- z T' A3 B, k. j$ v: \8 R! \8 q6 E S2 V7 O
- ?5 L( g; i; M/ C! F$ _( a) W
想象中的歼-20C将完全占用机内武器舱) `3 ]- G4 i# {7 R* U8 C0 h
m" H! m- K" y0 W% E( F2 t
; j b: q/ U5 [/ ]# K: `
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 z' X G: [0 N$ D; G% u! F
, j* M9 S$ f. y; N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。/ @8 ]% H# ~: K1 u# @7 ] \+ M
& f0 K- V7 F/ {0 x! r
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。4 ^5 U, Z5 y, `/ ?
% h/ W8 Q5 R" O) c) O$ ]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。& l- y" P% U; p% o
8 P% B- a# t# m& m+ I$ E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
