|
|
本帖最后由 晨枫 于 2023-2-13 14:18 编辑 % O& W9 V2 t: W( y) x* S' |
2 W% l; u/ C" Q$ b5 \
《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。" G0 A$ P' G, J( f- w" z
$ K$ a0 Z/ P# F1 G- t& N u
' ?% `( \$ d4 {《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 O! U4 j T: U2 Z0 M0 e5 D5 t7 A
8 s, G9 y* z M7 C" 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-35B
9 v' h" v5 i$ M% I \. v1 p
& \3 U& l9 c# T4 V8 z+ A
+ k. h2 I: a4 h# F! |9 C
还有人认真地画出三维图
8 y H. y( d, e# J. H! Y
c/ u" O( k/ U0 j) v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。
& S S; S' x2 {( k5 s* } ~
) _& x7 _. p1 X% }/ b, z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。
/ U) l1 P. |9 w% F6 C
) M7 _3 A7 Y; @/ B5 N8 W! a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。! c l0 C# \# t4 v5 T+ H
; ~& | j) ]2 J0 A, g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。
4 M/ g( Z1 W$ b" G. b$ p3 q0 V$ d. p, t. S" [
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。
# T3 [. y8 @, J9 R3 O; M7 Z/ E) I* X* g- 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： g% a9 P& O1 A6 y U" Y6 P9 Q2 N
/ j2 @2 r+ U* T Z
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. r x. l' ^. y+ K. m& t
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
( ^2 P! S0 {) U( J/ s/ h; w3、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
; c- f2 m+ ?2 h4、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
- t% n$ ?( g0 `- |1 A5 l5、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 g' m" I/ l5 u! X& |* E# c* J3 `. c( D- a! e& h& W5 v* x! j% d6 @
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。( j* C4 i4 |! R, X
4 c& {: @& D7 V3 [# k1 i/ P
左右平衡则像“鹞”式一样，用一对喷气的平衡臂控制。
: g/ Z/ |+ v. O( X- j+ R: K# u, i: \
7 v% s0 K4 r1 y2 s2 y0 `
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) _0 K. ?9 d3 B0 {
) ^' u# c+ ]0 m1 u# ~$ Q( b
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！
* W- a3 n8 t, l8 T$ @. _; A h9 X- ~! s. v/ z0 ]
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。# k s( M q5 j, V7 w2 J0 V1 f
7 N) e9 s& L a/ t
; D8 k. Q G- @- G7 H" K% H7 rF-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
3 J) r! P( p& Q4 ]' c/ C
2 c8 Z! {4 o! n" o! V& z
1 G4 ?6 V+ U8 ]5 S4 j
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7 v4 p& m4 Z& R3 O8 L# c
' Z* s( d+ X! |
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。
& _0 I6 m: m4 z3 z4 u
! s# {5 ?" t3 e5 v& m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。
# Y0 U$ { V. t
6 n; v: z( a$ y2 ? Q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。
8 ?' O! t9 k9 w6 _1 O" u5 L4 g
5 y4 [! k7 [- J; L& u4 K- I
8 c" V$ Q, J+ Y+ M/ H6 L, p P
想象中的歼-20C将完全占用机内武器舱 \0 I* s" j+ @; `- g
6 c+ n( S! a9 [
' Y- F8 w9 B; a; G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! v0 y( }( Z3 D. W: o
' s2 A' I# b* E) ?
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。! S8 R, g( y2 [! c; k( F
! r$ ?: O1 {) L, z4 M i3 y( x
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。
9 e( ]& V* D( D3 u# [+ l5 ~7 F
$ n) q, H1 B7 y! p. U4 t" Z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。5 `7 |, W9 ?' K! X
3 U+ V# w% ?- {$ q" 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
