设为首页收藏本站

爱吱声

 找回密码
 注册
搜索
查看: 4128|回复: 16
打印 上一主题 下一主题

[武器展望] 歼-20C的传说

[复制链接]

该用户从未签到

跳转到指定楼层
楼主
 楼主| 发表于 2023-2-14 04:14:21 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
本帖最后由 晨枫 于 2023-2-13 14:18 编辑 7 r& h! K9 _; a# y' E) L4 x# g
6 h( T' q& @6 X0 P3 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。
# v, ~! A% r' B+ K- b
9 p  v9 s4 y* S5 E4 w
+ z6 i) v3 {2 X6 q《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?
& o3 ?$ h/ A1 t0 q9 _# E9 v9 m' b! n
/ c) Z/ J& U1 u: P- E0 l
  X+ y; j2 P1 U2 z* Q6 n% G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 n! h6 N& J. b

  f( k1 d; ^/ P: N# ? & p* ?* T2 O* G! z5 y7 X
还有人认真地画出三维图3 j1 \2 v$ e  Y: f5 l* D9 S
, u. ]" L8 N- `/ |& z
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。$ [$ B7 R: X: r1 O% X6 r

/ Z  C" V8 p9 J" V$ S7 s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。
( V, Z1 K' C6 y' L7 v: Z4 F0 ]9 h! p' j
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。
/ M" M( X/ c. U8 N  \5 v, s) T$ }: A: B& Z( a0 U) 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。
% K/ f2 n/ i1 X* F# Z6 R" g) y
4 ]; q0 |% d% s6 Q3 z( P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。
+ J3 e! {: o+ r/ @; o* Y6 k% p. r, G0 _5 k9 G# i
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:
3 T3 g3 n/ f7 L" E. J7 x, M9 L$ b  ?( i/ \. O' r7 Y
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
1 s3 {5 k% u% b+ E  f; r) l2、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
; P2 S* H% D' S3、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4 |/ e8 Z+ q8 U- m
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
. H! G0 C4 Y0 o- V5、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) I( v( R# E: {' n2 g( \" e# z
; O8 J4 M6 u7 M& q
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。9 f" F" s* `9 t9 ~8 w
3 s+ _- r6 J  M3 O# p& i" g
左右平衡则像“鹞”式一样,用一对喷气的平衡臂控制。
! R5 Z' U& g# q: ], G. B, O9 B, J& t! y; C/ Z# T2 c

. i) O0 V; i+ iF-35B作为最先进的垂直-短距起落战斗机,很自然地成为参照! W! q. v3 R+ d( A. K; l. P

/ j: X1 @" R% V: B+ |+ e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!5 h) P* |8 q! ?5 {
9 ~6 ]8 Z2 g9 C) I  C8 }3 E4 e
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。
' {1 M+ R% y) [1 d+ j, }% P& r. w3 p7 a  X% Y; m7 E

; ]6 ~; [$ V4 ~7 nF-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 b& V( y3 J* L- H

. V7 z/ p1 Y4 ?2 c- y
- b/ W& o. P' `& G& _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
8 |9 s2 P9 j2 P. D% r# ?& G& n  E& `/ }7 k
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; Q8 Y) K. O4 B& A( I

/ T/ n/ C& I, y# G' {9 C( Y8 v+ |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。
1 F) N4 u0 Z) u9 a  D/ ^, F; R$ d) S) C# {1 g  S  T! c" e
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。6 Z- l% |0 w  o: A

6 v, I7 k. E9 e
( {5 Q. v5 F! i/ A& D9 z' F想象中的歼-20C将完全占用机内武器舱% L: O4 E+ z# a6 T5 n+ B
' `/ t* Y& p" s$ \$ @% ^

3 V8 m0 n3 o% e7 o) e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 |7 c/ Z) J- V! y

! k  m- `5 ~# N, n4 c) {  J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。! P) z$ Z8 ^# G

5 c. j8 h( S3 P1 tF-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。
6 d7 z: ~( r1 E+ y& D4 _1 N5 u" E/ O- y% l* I3 c
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。
. a" `  }4 w& ?6 v& Q# m+ {4 I. F2 m! f! _9 I, ~
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

参与人数 8爱元 +72 学识 +2 收起 理由
testjhy + 10
johnsonjian + 10
老票 + 18 + 2 给力
可梦之 + 10
pcb + 4 谢谢!有你,爱坛更精彩

查看全部评分

本帖被以下淘专辑推荐:

  • TA的每日心情
    奋斗
    2020-2-8 10:08
  • 签到天数: 2 天

    [LV.1]炼气

    沙发
    发表于 2023-2-14 04:36:51 | 只看该作者
    我倒是觉得发动机的同步不是那么的重要。这种肯定得是电脑控制的了,就跟大疆那种,由飞控电脑实时地调整每个发动机/风扇的推力。
    - p+ u- u$ L# z( y0 n当然这比较理想化了。也许喷气式发动机没法调整得那么快?但是马斯克的火箭发动机都能调整那么快让火箭垂直降落啊
    7 ?4 Q" y6 g2 l' j7 r& c
    " H5 [9 s7 L2 t* E7 b8 n9 h我从去年秋天就有一个航模的想法,后来雨季到了就没开工,也许过两个月来实现:就是一个普通飞翼一样的飞机,但是有四个电机/螺旋桨。平飞的时候可以靠四个电机差动转向/仰府,这样就可以一个活动翼面都不需要。而垂直起降的时候就当四轴无人机那样,只是机头朝上。中间可以用一个switch告诉飞控转换模式

    评分

    参与人数 1爱元 +8 学识 +2 收起 理由
    老票 + 8 + 2 谢谢!有你,爱坛更精彩

    查看全部评分

    回复 支持 反对

    使用道具 举报

    该用户从未签到

    板凳
     楼主| 发表于 2023-2-14 05:28:31 | 只看该作者
    机器猫 发表于 2023-2-13 14:36
    ' V1 n; L2 O+ n! X* h我倒是觉得发动机的同步不是那么的重要。这种肯定得是电脑控制的了,就跟大疆那种,由飞控电脑实时地调整每 ...
      u& k: L! J0 ]+ H8 d7 g, c
    喷气发动机的调整没有那么快,大推力的惯性更大。& R2 t1 u6 P- v" @& y
    ! ~! J. Y9 ~% T
    马斯克那个做法被业界很多人骂,原因就在于这里。他现在是成功了,但是否能长期保持成功的记录,还拭目以待。9 v: m" d  f( Y, d% {

    4 @! s7 r3 ^. l/ C0 C1 N( L你做出来把,可以两个拉动,两个推动,这样布局均匀一点。不过类似方案已经有不少人在做了。电动机有独特的优点,可以电磁同步。
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    奋斗
    2020-2-8 10:08
  • 签到天数: 2 天

    [LV.1]炼气

    地板
    发表于 2023-2-14 05:46:25 | 只看该作者
    晨枫 发表于 2023-2-14 05:28+ ]% Z% g) ]. z: w; ]2 a; v3 F, r
    喷气发动机的调整没有那么快,大推力的惯性更大。
    + v' @$ |& u% x7 n* I9 g
    3 Y  G% `' M9 d( w  O* I; n- f马斯克那个做法被业界很多人骂,原因就在于这里。他现 ...

    4 z0 r, k. W$ B还好吧。现在还怀疑猎鹰-9可靠性的应该不多了。
    0 s5 e% S# J. \$ g% z
    % P  N7 E+ |+ h) K1 P2 @; U两个拉两个推垂直起降的时候不好处理啊。我想的是机头朝上的时候就是跟大疆那样的四轴,各种开源的飞控软件很多可以拿来用了
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    开心
    2020-1-2 23:51
  • 签到天数: 2 天

    [LV.1]炼气

    5#
    发表于 2023-2-14 05:53:27 | 只看该作者
    4 l* G# `/ ]/ R
    弄一个反重力发生器就能搞定的事情,还费那么大劲儿,不知道你们在聊啥。。。- C7 u; z* H' R/ w
    " G& U3 J  e# Q6 s  d: h7 k
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

    该用户从未签到

    6#
     楼主| 发表于 2023-2-14 06:13:35 | 只看该作者
    机器猫 发表于 2023-2-13 15:46
    . F" R( p2 z4 j& W% x还好吧。现在还怀疑猎鹰-9可靠性的应该不多了。
    & A/ c2 m$ M+ a# X: n6 R" D  c& |% R  q( T5 J" q
    两个拉两个推垂直起降的时候不好处理啊。我想的是机头朝 ...

    * l( o; C3 [' r' `" O9 z5 f" ]; U- L. ^( s9 U% ?3 _
    像这样?
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    奋斗
    2020-2-8 10:08
  • 签到天数: 2 天

    [LV.1]炼气

    7#
    发表于 2023-2-14 06:19:51 | 只看该作者
    晨枫 发表于 2023-2-14 06:13" a5 G2 }7 @* |" z. Y3 p$ w- r
    像这样?
    0 b* p% w" `; X
    对,就像这样的+ A$ K1 L8 x5 B3 U9 L" S
    不过这个看上去还是有servo控制副翼?我是打算全去掉
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

    该用户从未签到

    8#
     楼主| 发表于 2023-2-14 06:51:40 | 只看该作者
    机器猫 发表于 2023-2-13 16:19
    , b, z, j+ f" L, q- H$ T对,就像这样的, v( K0 s) D* {( M2 s, N4 z7 F
    不过这个看上去还是有servo控制副翼?我是打算全去掉 ...

    6 f. a% l3 O) O# I那在平飞的时候怎么控制横滚呢?
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    奋斗
    2020-2-8 10:08
  • 签到天数: 2 天

    [LV.1]炼气

    9#
    发表于 2023-2-14 06:58:06 | 只看该作者
    晨枫 发表于 2023-2-14 06:51  g* y4 [# Y) k, O6 o4 Z9 ?
    那在平飞的时候怎么控制横滚呢?
    * T! j( O5 z# C' Y
    跟大疆水平旋转一样啊。, w" S- B) f$ C, ^3 k8 k' S1 w

    . e9 Z# \$ _* T- S/ I9 I7 X四个电机是两两反向的。控制其中一个方向的转得比另一个方向快,然后靠多出来的这点转动的反作用力旋转
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

    该用户从未签到

    10#
     楼主| 发表于 2023-2-14 07:08:53 | 只看该作者
    机器猫 发表于 2023-2-13 16:58/ m4 s. H) F# i2 T( D' D0 A, {% ~
    跟大疆水平旋转一样啊。
    6 ^2 A! G0 o# v4 J  O& E, q- i
    % v! ?# S9 [! S* ?* R四个电机是两两反向的。控制其中一个方向的转得比另一个方向快,然后靠多出来的 ...

    1 R0 d+ w/ B: I/ P在垂直飞行时可以用四旋翼,在水平飞行时呢?四个旋翼都在水平方向出力,没有垂直分量啊。除非你用两两差动反转形成的反扭力?这个反映速度会比较慢?
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    奋斗
    2020-2-8 10:08
  • 签到天数: 2 天

    [LV.1]炼气

    11#
    发表于 2023-2-14 08:09:46 | 只看该作者
    晨枫 发表于 2023-2-14 07:089 V6 C" B. x) h- M+ ?' D
    在垂直飞行时可以用四旋翼,在水平飞行时呢?四个旋翼都在水平方向出力,没有垂直分量啊。除非你用两两差 ...
    8 h- y6 x1 S. ]6 h
    垂直飞行的时候旋翼水平,所以反扭力就让大疆水平转向。水平飞行的时候这个反扭力就正好是横滚啊
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

    该用户从未签到

    12#
     楼主| 发表于 2023-2-14 08:33:34 | 只看该作者
    机器猫 发表于 2023-2-13 18:09
    ' Z5 l* l  ^* N1 C& ]; T- |垂直飞行的时候旋翼水平,所以反扭力就让大疆水平转向。水平飞行的时候这个反扭力就正好是横滚啊 ...
    9 X$ T. c* a4 t9 _
    嗯,正是我想的那样,这个横滚控制要抵消重量的因素,可能会反应比较慢?
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    奋斗
    2020-2-8 10:08
  • 签到天数: 2 天

    [LV.1]炼气

    13#
    发表于 2023-2-14 08:42:17 | 只看该作者
    晨枫 发表于 2023-2-14 08:33
    $ o$ k* k0 K8 ~0 t4 |嗯,正是我想的那样,这个横滚控制要抵消重量的因素,可能会反应比较慢? ...
    / G2 M* X9 I( x8 z( V1 ]0 l
    嗯,试试吧。感觉重量应该不是问题,两边是对称的
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    开心
    2018-10-1 00:00
  • 签到天数: 7 天

    [LV.3]辟谷

    14#
    发表于 2023-2-14 09:36:15 | 只看该作者
    有个拍脑门的想法。现在从垂直起飞到平飞的转换都要求过渡平稳,但能不能让飞机起飞后利用高度自由滑翔一段时间,用高度换取一点速度,顺便把螺旋桨调整到平飞状态,然后从滑翔改出到平飞?
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

    该用户从未签到

    15#
     楼主| 发表于 2023-2-14 09:39:20 | 只看该作者
    机器猫 发表于 2023-2-13 18:42
    " S# X6 D" W+ @! c5 R嗯,试试吧。感觉重量应该不是问题,两边是对称的
    9 I- L; e3 ^( ]$ K3 z2 q
    重量是错误的说法,应该说转动惯量。扁担形的转动惯量更大。苏-27的横滚机动性不及歼-10就是这个原因。
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

    该用户从未签到

    16#
     楼主| 发表于 2023-2-14 09:40:10 | 只看该作者
    r52097 发表于 2023-2-13 19:36, P+ ~9 l8 w& W  y; k- @! p
    有个拍脑门的想法。现在从垂直起飞到平飞的转换都要求过渡平稳,但能不能让飞机起飞后利用高度自由滑翔一段 ...
      g/ o6 m+ o1 `* E% z+ K8 O
    有控制地转入滑翔不容易啊,而且滑翔是个不稳定的过渡段,不妥。
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    奋斗
    2020-2-8 10:08
  • 签到天数: 2 天

    [LV.1]炼气

    17#
    发表于 2023-2-15 01:18:55 | 只看该作者
    晨枫 发表于 2023-2-14 09:39; S5 K8 S6 C" L* h0 w! U5 K# x
    重量是错误的说法,应该说转动惯量。扁担形的转动惯量更大。苏-27的横滚机动性不及歼-10就是这个原因。 ...

    " y3 k0 \2 W+ D$ ~4 q' Z3 L这个倒是可能是个问题
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

    手机版|小黑屋|Archiver|网站错误报告|爱吱声   

    GMT+8, 2025-4-3 10:44 , Processed in 0.048005 second(s), 27 queries , Gzip On.

    Powered by Discuz! X3.2

    © 2001-2013 Comsenz Inc.

    快速回复 返回顶部 返回列表