|
|
本帖最后由 晨枫 于 2023-2-13 14:18 编辑
# s7 Y- Q' L- V& J
' L$ X H- C1 J6 q* g《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。" a' U$ @5 v+ B1 @
& K) o4 M4 b, l
/ r' u% S. w9 A+ G1 E2 H; p9 c _
《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?
9 F! T K, G) l! W4 e: s& D2 r: @
! a5 _! j* b2 z5 C% ?
在电影里,歼-20C是可垂直起落的歼-20改型,在思路上接近F-35B0 N% O6 e9 s9 j+ ^: x9 M
- p1 g+ x9 h. U3 ^ ~3 R# I) @
/ d* L7 G) k5 C! \/ b8 i# G还有人认真地画出三维图
( Z/ ~. t4 j2 ^
+ N- d3 n* g9 ^5 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。- g& T0 g& `% W4 S* G* |% Q
3 s5 H8 e' \( 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。- { {- n6 n% D% D
: v1 K. K1 s* r* {: J* }0 b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。3 o E1 n4 ]2 ^- I9 B$ m1 i4 I
; ~3 `- {1 E. G3 y8 W; c
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 |8 P. W8 `- z8 `+ u8 T
" l5 M4 }; g$ O" Q4 O7 u$ ], B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。
! n9 `: T" c0 A/ T0 k4 L9 O3 G! E
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 q% B. g6 ?, [$ L6 T$ b! R) l% G4 b8 T1 S/ q% ~* r
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) @( _* G- G/ R. o, H% T' q# R
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
7 e4 f( l! V% }( v8 p4 |5 y/ m3、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$ L' U- Z! c7 Z# o1 n3 `
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
& c4 I' n2 m5 b4 R) |+ U5、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
) R9 x" K. i; s5 V v- o
$ |" Q# c3 Y7 C* m0 W3 iF-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。
1 N# Z% Q, q- m9 \4 Z% Y9 {
( `# \7 v0 H! G% I左右平衡则像“鹞”式一样,用一对喷气的平衡臂控制。- m9 S3 P( F7 V$ D
0 }! l8 d9 X( f# ]' s' h9 |7 ?
- f4 O' E7 B6 V4 i) J. 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
% Y. a" z: u, U0 c/ t! g7 x
" I9 Z, p% v- W1 n# 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 j* e* e9 y& I+ |* n0 a) x
" g( h8 p( s# o' y2 u d6 x* K& ?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。
2 j) ~! r/ U+ Y+ f; G/ m# m
. k" U' M* c& v0 L: V+ x/ _8 o
- E3 e* h! o4 _/ o/ j1 }7 h$ n; ~
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$ T& [( s: ?3 @
7 ]- ^0 } Z, T8 h$ ~& ^
) M0 e& h, h! _8 ]; ~0 v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$ |9 `- w9 @6 d1 A( e
' u/ Z+ j* S/ q3 g1 s9 c2 g
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。8 ?( v, \2 W* q; p, `# M
" Y; [% w- j0 B& i, x% |' 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。" c0 }. r5 S2 P: y
8 {) `# Z ^5 B3 O1 P t3 X5 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。
5 ]" g$ B. G. R3 n2 U$ O, S7 z
% i$ V" R& Z7 y8 e0 W
- u) R3 e3 h9 \# V9 s4 ^( {( s
想象中的歼-20C将完全占用机内武器舱
% o ]: ]1 C# `% w% Q5 H7 n+ V0 I# r# Q6 H0 U0 \
- y, r8 G; E6 Z9 h
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3 d' _* I* z* s. o2 g! h2 F
, p, J& r$ X1 X" n( 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。$ v% ~" ]. ^1 v& v
( A8 m i$ M+ n7 t( q- L
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。' P9 V E; l/ b8 v' T. w+ n
) l7 U& \* ^; d/ W9 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。
' S+ C; }' A6 t+ f) T6 m+ r0 s# ^% O* c6 f6 ^. |
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
|