|
|
本帖最后由 晨枫 于 2023-2-13 14:18 编辑 3 n* x: r( V) ]3 o5 s
- N+ a' W6 G4 l. K, B
《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。! L& K1 k0 U; w/ }1 X
5 j6 z3 l/ |7 H$ _- o' p
7 b8 O0 z: Y) B/ i/ M" f; n* _ B) E
《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？
' B7 @; T6 s1 I5 g3 x( c9 ~* v/ \" P
; s1 S, i7 m" X9 F
/ y+ _$ Y* q5 R( Y4 J$ Z
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
7 }! G0 C; U$ Q: x8 b# C
, u: e" H1 ~' e9 o
, N( B3 p# f& o5 t
还有人认真地画出三维图
, e5 Z9 D' d0 K3 e7 a
, l2 F9 ], p( Q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。
/ ]0 L8 d8 D- d5 ~
/ f2 f2 f7 v: x m$ d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。) r9 j) B7 i$ T# D/ _* u) `
3 [, R7 w9 A7 R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。! \" Q9 j% C y! [/ W o: J }
, i2 u$ t5 u6 U# _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。1 K$ w# G: S V9 Z
8 \" ~& d8 w4 Q* c5 M% ?- w5 p# Q
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。% p7 s( b) q3 Z0 k' z
0 F. s9 o% ~5 i/ |$ m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：2 s) L! F1 e. P4 |/ t; r8 u
M7 M/ u8 c4 u" i1、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
. }/ E# ] [" Z; c2、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$ A! V& U8 l# G8 o( S6 {3 ?
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8 M j1 y+ B- _1 h0 n: c' G! w* s
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
5 |. G( [0 s. j5、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# i4 }& L2 N% o/ R
, w' l2 w/ ?1 }$ U- Q; J A2 i4 ZF-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。
+ G# f; v* ] A$ m. U) C# m' D8 _! V0 x. v- z6 {, W& u- Y; Q M
左右平衡则像“鹞”式一样，用一对喷气的平衡臂控制。
}' a( x( J8 t& t. y1 T& N
& i1 f" S! w1 C
5 b4 V* {7 r8 c# X3 kF-35B作为最先进的垂直-短距起落战斗机，很自然地成为参照& R& V( i) N" w; m% ?! o' O/ M
: V5 W* R7 _% z7 L- E2 s$ k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！7 U4 X; O$ R3 l+ E! ^
3 _) r5 E3 ^" ~, v0 S% R+ x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。3 x; |( x5 g/ V* n8 S% m
# n7 K6 C& j/ V# ]# `
* y, t0 G7 F; A F7 w# H) j ~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
& t8 g) C7 H- m9 _9 R$ p
. O- }8 i5 D: m+ O# ?0 X1 {0 h$ w
+ j5 s0 J ]2 r {
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; a- ]$ Z2 A D; S$ y
4 H3 \8 w9 x. `7 F8 \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。. E" O5 [9 H: e; ~6 Y2 k& @
5 E0 z8 {5 p' s L- u
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。
* D" S" d5 L; T5 {! e* ~& A3 X0 c/ ]8 @# l
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。
9 T1 O( ^: _$ z0 M- t; S3 @, u1 w7 S2 X' H, A
/ _( s/ l: J" \5 p6 L! I {$ h
想象中的歼-20C将完全占用机内武器舱
6 }( e$ p+ `4 u# x% ^7 T; [% F" a6 S$ V* n3 L& V! @& W
# q3 n" O: f( U
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
! {) O; D6 K1 b2 X, F8 _; U! k" ? n! M
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。
! w U8 B. p2 V3 T5 l, R
& W6 U4 m: u! r+ h! _+ S1 bF-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。
% B [1 f7 l: K7 l L" W, F
- X* w+ s7 |! R" _8 Z I+ J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。& R" d: \4 v2 D7 C4 X6 G& ^
5 _$ z5 m* ~+ d" T) `: f' R& d; 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
-
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
