|
|
本帖最后由 晨枫 于 2023-2-13 14:18 编辑
, c. ~$ I% c$ o- k& _6 }; {- F# p4 g7 B4 X7 P8 |3 Q/ i9 e
《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。
! Z" ~( [+ [3 U: u# l
! P5 }+ g8 v/ O* k; u: a" s$ g x
9 h0 Y0 W$ L' m5 }; L* 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？
1 S# u! z$ X3 T' r3 |. k3 R. e, W9 J, b& b {" Q; W+ b
) I7 Z- @' ]# [! W( B5 s
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; t0 z& h, H- C) g! x
" o; d( a, D; M- L+ F S" r- P7 K
2 v4 X/ N% b: e/ j, E4 [1 \
还有人认真地画出三维图+ \& [1 ~* z' ~ a
5 p% W+ ]7 k, R! q/ s0 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。
; h) T4 L$ p& }, |5 p1 l' Q! ~0 p% R4 ]5 I) f' K& x% V
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。. H x, t( e1 P% u
. K* p9 G3 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。
' m( l) P E* K6 t5 X A- m
: T9 B+ s2 }- t: D) N' E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。
, |" Z @, I' P4 z: z# S
- ?# j4 j0 T' ]4 r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。 ]6 z" k7 Q8 ?. E5 r: s
$ @* w( `+ i+ \' q+ W* C# ?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：
/ c6 q0 c# ` p6 n- f* Z/ E( y9 C1 y9 Q: Y7 w0 a- p" ?
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
# F2 @1 I0 A, Z; m. j# S2、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
4 {8 c$ o& |8 T. l+ 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& h# {8 G5 J6 l( u8 g3 b
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
* O7 S0 W+ {) W( S) V( s5 i' p5、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 @) S. j4 @0 K' ^: w8 u
$ P7 F8 J- }5 V& F9 gF-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。+ Y0 O+ ]! S' J. [: H
8 G- T9 r* I3 x; E' E" v左右平衡则像“鹞”式一样，用一对喷气的平衡臂控制。
- {. t- H7 ^6 F3 {0 A8 x4 C c! p
8 B4 E* a- F. p. N. I
! O5 y, {" W& 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/ c4 C u9 t; [* p( n, v5 c* L
! G& U8 V) `" n5 ~! S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！
% A' ? F. V8 L! [7 E
5 {. w; F" e, Y( U; o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。
9 P. g; b4 t. G; o
. b! j7 z M2 u, W
/ ^4 w6 t9 _% X. ?) WF-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; g- Y0 S& t" ^
2 b! D+ B# t. N4 Y
' E2 C( A: Y: q1 K: D" [
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0 f7 f, S! H; r' G M* g" M
/ E5 D0 I$ X9 I) _/ r" J. n0 ~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。2 q/ g3 [6 d+ s& u; ?; Z1 o
0 f- q, |7 K! L, U+ i
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( f$ W1 A: t/ H# C2 W8 b$ [/ e) U( \' S( D7 ^. A' n
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。
; W- n, n" n$ V8 Z7 s& v7 D0 x; h1 R/ N7 C9 g* x
' F' O k [0 i! y! D( D% f
想象中的歼-20C将完全占用机内武器舱2 {8 V' q# N$ v! C5 g7 [5 L6 m, L
* J; M0 z- N" G
6 K, N2 h5 M& V* _; q J& 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4 J2 {# v% b6 k: A4 w
( ]. W" R; l3 O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。6 \9 c/ ^1 E3 o2 [- x
! X; c- W' K9 t3 w
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。. f% m( J Z( V; Z) K4 z
' j, T P0 v: p [
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。
/ D) r# Q6 l/ X( ?/ H, o+ G, M: j O3 R; J5 v7 k) ?
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
