|
|
本帖最后由 晨枫 于 2023-2-13 14:18 编辑
" ^# Z$ C; b) {& v6 P1 Z* `, u
/ `3 u: Y9 N0 T5 u0 l3 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。
0 D" n* d' O, _7 D4 H4 c7 R* Q+ |5 h0 t
$ e. O2 A5 A+ {. U" \* O" r5 j《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？
/ ]* i# N2 M6 C
; d" \. q4 B0 q, @+ N! h9 }. Q
3 ?6 w7 P8 x+ h2 {8 c6 |: M) |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
, B+ D) v8 p( v; m/ J! }# m$ z0 U
" v9 o, C% O6 ~6 A6 D; L
- O h: m2 O! y/ r
还有人认真地画出三维图( f* [3 j1 c5 ^ }
+ H4 \; `2 h2 s* ]5 H# I) U( ~1 @
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。7 K+ ^2 D$ ]( K6 u/ ?# X# g
/ n! P5 C: C$ S2 o3 G r% v9 c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。$ \) Q( b' \% c$ b* N
* R0 S1 v0 U& W8 { o
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。
8 y- S/ e0 C) D3 `2 @
1 N" ]* W" y1 h: P) B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。
! V& ^- ~3 [; [5 H2 |2 q
. s% q; T/ `' O6 p+ U/ E% Y4 E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。/ N4 w( g+ c0 b5 I
/ m6 `$ Y! ?9 v, H' R; X" Z |
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：7 i* x5 J* |5 [! C
$ q" c& m6 n. F2 \$ T& ?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" {' i3 k% e- Y" I
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4 g/ m) j, g; e3 j( K
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" j, l3 E) c, u5 P+ Z4 ^. S# [; ^1 o
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
/ u8 A. j/ q4 Y& }* ]9 d4 o( [5、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 h, q8 G; q1 [2 m& u* y' j
5 X# |8 Q8 `5 d/ s2 S/ ?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。
8 p) F# X; e9 W; H, o' r; X; c r. k! @, q0 @
左右平衡则像“鹞”式一样，用一对喷气的平衡臂控制。# Y+ T5 D: Y' ]) n' d
$ Z. e& _! a7 z( O7 D) k
1 l$ F3 t! _1 u3 @7 o0 T
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3 [& j5 I$ j* ]/ J. x* d
1 a' B, d P$ t* Y2 @5 P# z
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！
' @- q1 S0 Z2 q* V+ ~$ z
. n% U9 D! w) Y+ j7 H. a( O( }, ^5 k+ G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。! I4 p" J: c7 ~1 P5 {: P( c# f
' ?9 w9 J, r9 r6 p& d4 R
" G1 S# `$ q6 m; a: 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
( @9 }! V$ ]$ {) A: T# R
! Q4 K0 R# A9 U( A9 _# i4 k; O
1 b" `( r1 a* |/ \; 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5 d( Q" Q$ w+ @: z7 m, O
' W) r. }( d* o* H2 y9 k4 K: r1 m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。" ]+ l `# |& w7 U6 ]' [
: M* N- l. r- B0 q: \( Q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。3 E) _* v1 R6 F) n1 L/ l/ ]
2 @; E2 R w' Z9 K
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。2 Y; V1 L' w3 e$ z) X2 z- `8 H
4 ]2 b- n; ^0 r" x
, H+ A8 o# B4 a: Y/ z
想象中的歼-20C将完全占用机内武器舱
4 ]9 h4 ^- _ V$ W
; D; B$ O- g. t- n- L' R
. m! s3 T% v+ a6 ~2 k) j1 B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
* k# p" r! \2 i$ N$ S% K
' j/ L4 E/ {/ R- z4 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。% d0 W- }# A) R( N% E
& p8 k: `: M. `3 u' ]% U
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。' o8 f; W2 Q7 ]! y3 d
. ^+ a" C( f& G, _ G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。; r7 D. A. d- r( x' N6 r
+ M! o6 r! T' Q2 l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
