|
|
本帖最后由 晨枫 于 2023-2-13 14:18 编辑 9 T- }$ D. e. I4 i( }0 u; R. j
7 d, a5 z- D4 M3 S& t1 `9 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。2 p7 D# J& ^' F4 j# \+ Z0 r* U# g
R2 H8 I/ }' ]* [. A6 b
# O# E# M4 {+ R7 d( r2 \; T- E: q% ` ^' m《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？
5 m$ S/ r' k( X* F) D0 k- v: c+ h7 y; [; t s E2 _" @
5 D. |* N$ ?2 D9 n8 O8 e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 V& G6 @$ Y% I1 W" H$ s& {% B
7 |/ g s$ G, P( C& \% Z( B) @2 s
. D* l V* }" \3 C
还有人认真地画出三维图
$ g% Q4 }+ J8 b6 M- ^$ e/ t: G( W" @
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。5 m) t. O* K8 @" c& V' G) |
1 r0 ~2 n9 ]& J4 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。4 x+ Y% }+ y- b) }4 q. R
! Q( d. W0 B& k t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。" z, E, P2 M7 t1 B6 L L
6 b+ Z) `$ c) {2 [. d5 |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。
& ?" R6 q+ a- @. h0 ~ k' h6 b$ ]0 a
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。' n3 u9 q; [* q0 Q- W) k
9 Q# D& ~1 a, R, w
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：4 g4 U) B9 M: }6 H+ d
; s( K: b. Z* b6 T4 P3 l
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
& l2 K$ g) p1 T9 {& k; ^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
. S0 l" q# j: M4 H/ o4 P3、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 x$ S" ?% r. R! }! p
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
' q- \: |, v! n7 _% Q$ s/ X# B1 u. 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
7 A# k t* T. b7 o" \
" ^: f: J# I) ]- y+ LF-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。
5 _" S5 _5 h8 j7 i2 L' L
% ?, m6 F* ^9 t9 C左右平衡则像“鹞”式一样，用一对喷气的平衡臂控制。; B' M* k' B4 j( @4 ~1 }6 U
4 `) n1 E8 e a; k8 T+ o
7 L! D0 s$ ?5 d! I( c. g; i4 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
5 m1 _4 r+ h% B) L! u9 d( I3 `' \8 l2 J! X
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！# V% B9 m. z9 f8 w9 V' O% P
) q- c8 C) ?4 Z" F8 a* \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。4 ?( t- b% ^ X* _7 J G
9 b8 s; |. Q7 `. P+ g$ Z
; \# T4 `( ]4 G5 w+ v2 _3 l3 F
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
" s* v$ Z" D6 R o" X' X3 d6 v* g
4 A. x4 I/ S+ L) e: c
$ {+ c! K+ Y7 s k
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
4 T% T1 N5 ?$ I, Y, o6 b& g( H. k; n- g- ^4 {1 {2 O3 O
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。6 n1 @4 H' A5 [4 `
) ]! t2 ` I$ f- n" 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。+ C2 i& w1 O1 U5 H; @5 K
; L. G8 v: a# E" t8 s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。; A# s/ b# x/ N. }
6 f) x! I( s% }6 ` a0 m9 ?
, o9 U3 @8 Z: \6 v- y4 p想象中的歼-20C将完全占用机内武器舱
8 O7 H7 i2 a! N' Z, V
# u1 T1 G- q% } G) v! W8 l
3 H) v, L+ w6 B$ ~% J
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% F) ^: T; i1 e
& N- T; T; a8 q0 Z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。
/ e' W2 S! s! [2 G" C# ^/ w
8 p+ d0 s8 o; `5 mF-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。- s1 Q" `/ E2 C
( I* T5 N; m9 s$ z! n. @+ Z. v8 O
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。
& F5 w7 ^! n0 {% L, `1 D W6 F
B7 }7 K6 H6 U( f' n8 p) \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
