设为首页收藏本站

爱吱声

 找回密码
 注册
搜索
查看: 4934|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
  L5 k( c0 Z# ?
- P2 Y$ a1 E' J) ?4 ?《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。
7 ~+ _4 ^4 ?) E. a7 w, N. |5 h  i+ a( p) ]

" Y, P% G- x6 b' j4 \6 H《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?3 K) r  m$ k8 o8 u* O: l
& i% ^( ]& b9 J
$ ^9 ~; N- b- ?+ n# k
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
0 N  \& P! M0 l( D0 c7 D% X
6 `" t* I4 j' T * ]' b( ?% h3 g3 w, _6 Y
还有人认真地画出三维图& ^$ l* t4 [3 a. k

% }" o% X/ ]. r) \+ d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。& X% ~9 Q1 ?6 d" `; w1 ?

, a& ~6 k- M8 H8 D+ 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。; J2 N; g* n. ]8 d

: T, A4 v1 I3 O4 W$ d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。: l) _' i: _! c) t; h7 K1 }

9 c+ E% d7 J3 J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。
% h5 c3 u/ J" z; U$ n( X7 I
' U1 o* y2 P9 M* q5 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。" S) O1 T# w* [
% T) ]( Z. X/ j& X5 k4 t# b
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:6 _! N8 R* m8 {) F- w- ]$ C
4 g5 ^% [, g( q9 q$ d9 @
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
/ Z" {& ?+ c4 M2、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
) L7 Q* P" M( i- C/ ], f$ z3、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
- B9 g8 p3 W* Q* M1 s" n+ z& \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
+ F/ D9 W& s# O& J! L/ s6 Y5、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5 c0 H7 b. E$ h( V6 F. x. w
" C! z5 D5 s# w2 O2 U& d
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。& |' l6 W  M3 x) A
4 @1 E: j$ y' p7 f
左右平衡则像“鹞”式一样,用一对喷气的平衡臂控制。
9 Y0 V& y: f4 [% D- @2 i( z( s( G  T9 t; [# E: x* t
% V4 `3 |2 W4 d  t: P
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
) U1 w/ I# e. t6 x3 h/ H% ^. y8 p/ R: X5 D
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!
9 Z7 |0 X0 D' Q* z% z4 l" B* T3 f
' {* T- G" I: T, ^9 n9 j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。
- W+ |2 i1 Q" d+ D8 x- j" Z) R( h' F% d2 z. z7 k
4 b3 H+ {  }" u0 C2 N* o
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. c; f8 Q0 |+ K& q6 h
8 E. T7 A; }' T; L

+ I$ x+ I! v/ d& g1 Q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
: g5 J4 V* I' D/ \
7 G9 |, w2 [+ ~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。/ D+ x! G- p4 d& m
& b1 `, x) r+ b
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。. [: N' I7 ]3 u# k5 J  Q1 D

$ [; b% L9 Y# Z" Z. m1 A1 W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。0 D: J; p; ^- N9 h8 p7 `
' r$ P/ _8 e$ d. s+ m9 ^' \! U7 M

( a; [- B* ^/ l" z想象中的歼-20C将完全占用机内武器舱( {& W+ ?4 W" C# [4 D$ }1 U# V* v

8 ~$ S2 D) r! F* A! G0 S2 j) r8 X8 j- F$ |/ {
5 N3 y8 t. p9 T2 R9 w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) V" d+ `( V, h  U

( q8 Q5 c+ h. r4 `0 H) w! G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。
" G; }: o8 m8 G# [0 |9 P4 W
" x9 Q$ s  o+ d6 X. lF-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。& K  E, _+ u# U1 w& V5 m( ~& J) s
& J7 g8 _  W9 P9 Y7 B7 n; x. J% q* 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。$ U% j6 K- ]) k$ N# j" P

) q2 c' `) ~5 T: L# z: [% o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。1 `- V2 p7 @* K6 E& B
    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/ k% [# r6 g& F; r6 R) H1 ~" H$ Q

    + i" ]2 r. C( i$ z2 f  m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
    ( X8 q9 J& c3 m0 N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 ...
      O; h/ }8 h$ z5 ~5 f4 w
    喷气发动机的调整没有那么快,大推力的惯性更大。
    ( {4 C6 Q# h5 r) ~" ~/ b; |/ r  ?! Y' @2 I* B( 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。. m0 ^; j# R+ D" p% y  ?
    0 S9 g& g" M+ K1 B0 T
    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
    4 U& d  h1 H. J2 ]' g3 H喷气发动机的调整没有那么快,大推力的惯性更大。
    + k$ g1 J* j# y( I# p# k; n1 |6 T4 ^: ?5 i. a$ J9 ?
    马斯克那个做法被业界很多人骂,原因就在于这里。他现 ...
    - s" i6 }: C3 x! F5 B, u+ x
    还好吧。现在还怀疑猎鹰-9可靠性的应该不多了。
    & a' t4 l6 X% x. q) ?5 J( ?  X, E6 r& W
    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
    ( B& y1 c+ g/ Y: Y5 {: a, ~  k
    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。。。
    2 i" P0 C% h3 F1 _7 `! s! r7 j
    " [5 ^5 B  n# ]
    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
    9 @: y2 j3 @2 N, o' e; y还好吧。现在还怀疑猎鹰-9可靠性的应该不多了。8 a$ O( C% k0 S! }* c

    7 v0 F: ]; P: C2 |' e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 ...
    ' u  d2 Q! N9 B8 I# ^0 m# ?
    # Z6 j8 z8 a+ A* V( c
    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: u- r) ]1 b* }
    像这样?

    * c* c: ~# J6 W" y; k$ t对,就像这样的
    ' b1 W; T4 Q3 ]8 Y/ Y% y4 F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
    , s2 V' g, _/ y' d) C5 \* u* @& r# F对,就像这样的$ i5 ?! z  ]( o3 M- b
    不过这个看上去还是有servo控制副翼?我是打算全去掉 ...

    ; B. d+ A) s/ n% Y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
    % K; Y& ]# v# @# }9 N那在平飞的时候怎么控制横滚呢?
    ) U0 v5 E0 \5 P) U, C( n
    跟大疆水平旋转一样啊。
    6 R2 I/ W; C' ]0 a2 x7 M
    7 N+ @: L  l7 i' d( p3 ^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
    2 @0 g! {: j9 w, O- M  s' O' s7 p跟大疆水平旋转一样啊。
    % r1 f. [- n/ c0 m" Z. f2 u- A" j9 C* e" D6 @
    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 ...
    4 T, P) O6 ?; r0 {$ v& R
    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 07:08& X3 a3 {3 P& 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 ...
    * S' Q5 Y, R, H* k7 q$ C' x
    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
    : O. ~8 g+ A  a( V6 ^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 ...

    / s  J2 A5 x# I- b. D* Z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
    9 |2 u4 \/ g0 y( j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? ...

    0 e/ F) s' x% s" i1 `1 u; n4 k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
    8 ~, |; \" ]7 Z; _- ^) u5 L嗯,试试吧。感觉重量应该不是问题,两边是对称的

    3 M9 X' s# Y* ~1 M3 B, p* f, V7 [- [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
    ; v; P: _0 h% G% v- 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 ...

    5 @- u) I% W  {$ `8 G. p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
    # P$ L$ U" J7 }/ t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。 ...
    8 x0 b. v3 P5 h
    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, 2025-10-4 11:29 , Processed in 0.050425 second(s), 23 queries , Gzip On.

    Powered by Discuz! X3.2

    © 2001-2013 Comsenz Inc.

    快速回复 返回顶部 返回列表