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[工程技术] ARJ21能改翼吊发动机吗

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 楼主| 发表于 2023-3-14 00:07:12 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
本帖最后由 晨枫 于 2023-3-13 11:11 编辑 1 H: Q: X; Q6 g$ `: \7 T- U
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在C919之前,ARJ21是中国商飞唯一量产的客机。不算早夭的运-10,这也是中国第一架量产的喷气客机,如果不把新舟那样涡桨客机算上的话。涡桨在技术上也可以牵强附会地算入喷气发动机,因为基本发动机是与涡扇和涡喷相同的涡轮发动机,只是最后靠转化为螺旋桨的机械能产生推进力,而不是涡扇、涡喷那样直接用喷气流产生推进力。涡桨自己也有少量的喷气,但不产生多少推进力。
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6 q! V6 b' M% S, I% SARJ21采用在支线客机里较为宽大的3+2座位形式,而不是以前更加流行的2+2。3+2每排乘坐的旅客更多,经济性更好。机舱宽大、高畅,不仅舒适感好,头顶行李箱也较大,没有2+2的行李箱空间局促、标准携带行李也常常放不下的尴尬。3+2较大的机体直径还有一个常被忽略的好处:机窗位置抬高,接近肩线,看外面不需要俯身探头。小直径机舱的座位相对于机体最宽处较高,有时连头顶行李箱都取消了,机窗尺寸较小才有利于气密,接近舱壁垂直位置看出去变形小,所以机窗位置通常较低,往外看很不舒服。旅客主观感受也是很重要的。
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ARJ21采用下单翼,这是客机的典型布局,缩短起落架,理论上有可能用自带舷梯直接上下飞机。机体骑坐在中央翼盒上,受力良好,喷气客机用上单翼的非常少了。9 ]1 a8 @7 A6 k3 J

0 Q' I4 j" B& B发动机尾吊后,机翼形状干净,气动效率高,但机尾发动机短舱与后机体的相互气动干扰形成阻力。这事情没办法,跑得了和尚跑不了庙,尾吊还是翼吊,发动机短舱阻力只是换一个地方。机舱前部噪声很小,但机尾座位的噪声很大,对旅客舒适度影响很大。另一个问题是:尾吊发动机不便于维修,在改进中换发也比较麻烦。
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/ I, F1 S& Z9 h8 ~  M7 A发动机尾吊还使得平尾必须高置。T形尾翼的结构重量较大,在大迎角飞行中容易进入深度失速,F-104战斗机就是因为这个问题摔了好多。但客机极少有大迎角飞行的要求,这不算多大的问题。
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5 P& n7 q! I9 D利弊相较,支线客机采用发动机尾吊的很多,如巴西的ERJ系列和加拿大的CRJ系列。公务机里,尾吊发动机更是主流。
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巴西的ERJ-145(上)和加拿大的CRJ-700(下)都是发动机尾吊的; ]' I* u- ?' b* r

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发动机尾吊更是公务机的主流,这是环球快车6000(上)和利尔喷气60(下),都在加拿大的庞巴迪旗下- k0 m0 \: T2 C) g0 c% o" ]5 L# N$ v  L
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在小型支线客机里,发动机推力较小,噪声较低,飞行时间也短,忍一忍就过去了。公务机的主要客舱在前舱,后舱用于卫生间、行李间、厨房等,是在需要,隔音加料就是了,反正成本和重量不是问题,所以问题也不大。但ARJ在支线客机里算大的,为了高原使用,也为未来加长预留空间,发动机特意加料,“推力过剩”,后舱噪声的问题就有点大。
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/ s& U* r' b9 d; _ARJ21现在依然在早期成长阶段,要给时间,给机会。但从长远来说,可能需要转为翼吊发动机。巴西和加拿大也是这样做的。! L, j. R! J6 U$ C

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7 n9 o7 N* \) ]$ b- c0 ?( m  P# h1 L巴西E-190已经转为翼吊发动机了,现在发展到第二代的E2/ Z  S' A* n. |! ?8 ^

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不过还是用阻力小、结构重量轻但潜力受到限制的2+2# p+ ]- }7 G! d
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加拿大A220(原先称为CS100,现在名为空客,实际上还是在加拿大制造)也是一样
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& X# g4 y% b4 g4 [9 J3 o不过机舱改为3+2,使得老对手巴西航空压力山大
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ARJ21的底子不错,有很大的发展潜力,改为翼吊发动机是必由之路。7 ~$ L7 _, j& T( J4 r! g
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尾吊改翼吊,中国绝对有这个技术能力。不断听到的质疑是:这是不是等于全新设计了?( W: }3 t; p+ a7 |4 j; `1 ]
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又是,又不是,取决于这个“全新”意味着什么。* W; r' Q9 g, e% c& Z& W' l

) |6 e+ l$ i% d" ]7 @$ L, m& S尾吊改翼吊,气动上确实是大改,但气动并不是飞机设计最大的一头,尽管是最抓眼球的一头。反过来说,如果气动是主要问题,世界上能造飞机的国家就该多得多了,因为大的气动布局问题在理论上和实践上都有大量丰富经验,门槛实际上也没有那么高,尤其是不追求极限性能的话。民航客机追求极限性能,但不是在飞行性能上,而是省油、可靠、舒适这些方面,气动方面的要求并没有那么高。这当然不是说气动方面没要求,只是相对于结构和发动机而言。
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ARJ21-2(姑且用这个名字吧)在机体尺寸方面不用改,这意味着机体设计、制造和认证的过程可以大大简化、加速,降低改型成本。机体其实是最大的一头。尾翼改为常规的低置,这个比较简单,还简化垂尾的结构,减轻垂尾的重量。机翼需要重新设计,但这可能是本来就要做的:根据C919的设计经验,采用更加先进的超临界翼技术,设计更先进的复材机翼,在这过程中,一并考虑翼吊发动机的吊舱结构。机翼设计说简单不简单,说高难也未必。各国客机在改型时,最常做的事情就是重新设计机翼,这是“投入小收效高”的事情,因为机翼制造的改变比机体简单,只要与机体对接的部份重新设计,其他的与机体无关。先进机翼是减轻重量、降低阻力的最简单易行的途径。
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, n! {" h8 H1 ~* }+ D' m起落架需要加高。前起好办,主起稍微费点事,可能一并把锚定点向外移动一点,增加着陆和地面滑行时的横向稳定性。
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) s% J/ ]" ]2 [! G8 {1 v发动机与其说是翼吊,不如说是紧贴机翼安装。这对翼下净空要求提高,但也没有那么离谱。尾吊可以使得起落架缩短,但是有限度的。主起长度还受到起飞时的离去角限制,主起太短的话,一拉起,机尾就触地了。机体、机翼下表面的净空要求还受到地效限制,过于接近地面的话,地效突然增加,增加着陆困难。尾吊改翼吊时,起落架长度要增加,但代价完全可控。, `3 ]: F; K8 D# n% j( M

; A0 [9 K3 e; X1 Z4 {翼根整流罩可能需要加大,以适应较大的起落架轮胎。但翼根整流罩加大是现在的共同趋势,可能更多地由跨音速面积律决定,而不是起落架。好在翼根整流罩是在机体筒体之外的,非结构承力件,还真就是整流罩,修改形状和大小相对好办。# f% m3 V! r0 v- n% x/ C  n4 |1 ?
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至于简易机场跑道杂物进入,支线客机不是军用运输机,没有简易跑道起落要求。不能用舷梯直接上下也不是大问题,绝大部分运作ARJ21一级飞机的民用机场都有登机梯。自带舷梯其实用起来不方便,很窄,而且走上去晃晃悠悠的,不双手拉住站不稳。没办法,舷梯挂在本来就很轻的机体上,为了不损坏外表面,下端实际上不接地,加上起落架的弹性,刚度和稳定性不可能有多好。
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但发动机翼吊的好处就大了。发动机的重量对机翼减载,使得机翼翼根的强度要求降低。这有点反常识,但考虑到翼根主要受力是升力产生的向上弯折力矩,发动机重量正好平衡掉一部分,就不难理解了。这和飞翼的结构气动效率最高是一样的道理,只是没有飞翼那么极端。
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发动机进气条件干净使得推进效率提高。尾吊发动机受到机体附面层堆积的影响,机体越长,堆积层越厚,需要尾发的短翼翼展越长,以避开附面层,实际上阻力不小。现在翼吊都“缩脖子”,吊架不仅短,而且基本上没有前向暴露面积,这方面的阻力反而小。5 Y, Y9 w+ ?- Z  y- x  e4 u

7 O- v; s- A# B/ A: h; ?重心是个问题,翼吊后重心前移。这就是筒形机体的好处了,一段一段分段制造,前后调整一下长度,不难做到。客机加长、缩短就是这样做的。. s5 f1 C( K( z* O* e
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飞控需要修改,但飞控律不用修改,参数修改就可以。这是调试问题,不是太大的问题。没干过自控的人谈虎色变,以为这是天大个事;干过了就心里有底了。
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  p' W2 }  _" c6 ]4 g8 @/ O  i油路要改变,但实际上简单了。油箱还是在机翼,尾发需要很长的油路,翼下反而就近了。' C6 h1 ~: v8 Z: G) z

7 ^# U. B& n% r, r8 F0 W; g维修和换发容易多了。波音737可以长寿60年,最大原因就是早早采用了翼吊布局,同时代的道格拉斯DC-9(后来改型为麦道-80/90系列)、法国“快帆”都先后淡出了。空客推出对标的A320时,直奔翼吊了。
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这肯定是新机型,但是在老机型基础上实际上有限的修改就可以获得的新机型,并非想象中的重起炉灶。在设计和制造上,改动介于CRJ到A220和波音经典型到NG/MAX之间。不急,但要考虑起来。8 D% s; e5 J3 f- a* ^# t

8 E2 u6 d7 m( v- X3 ]: }! h这牵涉到一个问题:中国还需要对ARJ21这样的支线客机多下功夫吗?
3 T- G9 K# n, o  u; X: Z" [- \% c* [6 u( M* C
高铁深刻地改变了中国人的出行习惯,高铁网络还在继续延伸、密集,中国高铁碾压世界的现状在可预见的将来不会改变。但高铁与民航是互补的。在整个东部,人口密集,地形平坦,高铁具有极大优势,尤其是5小时旅行圈内。但中国还有中西部,人口没有那么密集,高铁不可能像东部那样密集和便利,这就是支线航空的空间了。& Z; w3 b- S" W

$ Z3 u$ Q$ ]$ L. `7 |即使在东部地区,昼夜航线的流量也不均匀。日间出行方便,流量大,大飞机合适;深夜流量就小,可能小飞机才合适。国内点到点的深夜出行需求可能不大,但考虑到接驳航班出发较早,“飞夜班”还是有需求的。早出晚归也是一些人的刚需,这些人数量不大,小飞机正好。: B% a: t6 }; g
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另一个就是接驳航线(feeder routes)。远程出行还是需要民航,但除了少数在设计和建造时已经有所考虑的枢纽,高铁转飞机还是个麻烦事。如果高铁不是直达,中间还要转车,麻烦就更大了。在这种情况下,支线航线向枢纽汇集,“喂饱”干线航线,是很现实的需求。现在这个需求或许还没有那么大,但到了鹤壁人要去美国、枝城人要去阿根廷、蚌埠人要去日本的时候,这个问题就突出了,在同一个机场转机毕竟方便多了。0 Y) P! M% }/ p$ v8 ]. X

0 A( @  q4 S- Q中国更有广袤的大西北,人烟稀少,交通距离远。用C919开辟航线有流量不足的问题,高铁更有流量不足的问题,公路和普铁则时间太长,需要支线客机承担大量运输任务。
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2 N" x3 Q& G& J0 k# h5 F7 }- v支线客机在中国还是有很大需求的。在一带一路国家里,支线客机也有很大需求,但那是第二步的考虑了。那里使用、保养条件可能较差,需要飞机更加皮实,售后支援更加及时、到位,等水到渠成吧。. P/ _$ t6 e: T6 K+ N9 Z+ R' _! l

* w& S$ o$ _% E6 t2 S9 U# U很多人对ARJ21不看好,不光是有了C919后的喜新厌旧,还有ARJ21的军用潜力较低的缘故。必须说,不管是ARJ21还是C919,军用潜力都不是首要考虑,那只是条件合适就顺手的事,不会为了军用要求而削足适履。, B$ ^/ o) `9 V3 |

0 b  l6 s& K, y4 v* H7 s4 w但即使在现状态,ARJ21是有可观的军用潜力的。客机军用有加油机、预警机、巡逻机等。作为加油机,ARJ21确实小了些,但预警机的大趋势是小型化。这不仅是雷达和机载数据处理设备小型化的结果,也是战场节点分散化的需要,尤其是以对地面和低空目标为主的战场监视飞机。美国曾有计划用湾流550公务机或者环球快车6000为基础,研发E-8C“联合星”的下一代,计划因为各种原因而搁置了,但证明了用支线客机/公务机为平台是可行的。+ w- A+ X2 N9 Z  k  B# Q
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美国曾经计划用环球快车6000为基础的战场监视平台替换E-8C“联合星”+ p8 I; j  l' k; \2 Y$ [; i- \

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以“湾流”公务机为基础的“特种任务飞机”更是早就投入使用
1 S+ U8 U# B- s( |! p  ]2 @7 N
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巴西ERJ也用于海上巡逻机
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至于电子侦察、干扰、训练、VIP运输等用处,那就更多了。
0 v* W: @2 l1 M4 K: L" h& e: I3 n6 s1 V- a) u' _5 w
作为军用,ARJ21需要增加航程和留空时间。老规矩:改军用后,地板下行李舱空间利用起来,大大增加油箱容量,“推力过剩”现在一点不过剩了,正好用于增加起飞重量。$ v+ i. B1 O5 Y* ~2 Q; u

( D6 d3 N- F6 O/ N) @5 e$ D# P/ G' |# J9 s8 H

+ C: y6 T/ n' \1 M% \* ~当然,ARJ21改军用的话,需要解决进口系统不便军用的问题。C919也有这问题。这问题在得到解决,并不完全是因为军用问题,更多的是为美欧禁运未雨绸缪,但这里就不扯远了。
: T1 }9 ~6 Q, d: i0 H5 v
4 @8 y' O( l! c; `ARJ21又名“翔凤”,凤凰一旦展翅,就要一飞冲天。ARJ21不仅能改翼吊发动机,还有很大的发展前程。

评分

参与人数 7爱元 +62 学识 +2 收起 理由
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沙发
发表于 2023-3-14 00:29:57 | 只看该作者
没看出来非改不可的理由。而且你这句
- u$ w8 H/ s* ]# L5 J- F7 Z( v
但翼吊的好处就大了。对机翼减载使得机翼的强度要求降低,发动机进气条件干净使得推进效率提高。

* I# t* d8 |6 e- _
. G; m6 G# F6 Y% C' T. S8 S0 [翼吊是把发动机挂机翼上,怎么会“对机翼减载使得机翼的强度要求降低”?相反才对吧? 另外,尾发的进气条件更干净吧?翼吊发动机更贴近地面,容易吸入地面杂物。
. e0 F6 G  z5 F& T7 S4 |6 ?% f  u: f4 p. R
5 d! c; ]( p3 ~, P4 k* ^另外,尾发改翼吊并不是把发动机挪个位置就行了。飞机的重心完全不一样了,油路也不一样了,操控也不同了,这当然是个大改,并不能“机体设计、制造和认证的过程可以大大简化、加速”。与其改这个,还不如搞个新机型。
# h3 w- M. I8 J2 G; B2 X9 |6 n" m- _4 k# m9 g
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  • TA的每日心情
    开心
    5 小时前
  • 签到天数: 1449 天

    [LV.10]大乘

    板凳
    发表于 2023-3-14 00:31:18 | 只看该作者
    SSJ-100也是翼吊发动机。
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    该用户从未签到

    地板
     楼主| 发表于 2023-3-14 00:33:49 | 只看该作者
    故乡在喀什 发表于 2023-3-13 10:31
    # u/ @0 p1 [5 H* ?, V* j4 T* dSSJ-100也是翼吊发动机。

    8 ]3 T0 d% @  J# A是的,不过SSJ-100不算成功。
    回复 支持 1 反对 0

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    该用户从未签到

    5#
     楼主| 发表于 2023-3-14 00:46:59 | 只看该作者
    孟词宗 发表于 2023-3-13 10:29
    " B( A. S1 K5 S! t没看出来非改不可的理由。而且你这句

    0 y( I* |2 Q9 B2 n. t5 ~翼根受力最大的时候是在产生升力的时候,受力状态是向上弯折的。发动机的重量平衡掉一部分,所以减载。这和飞翼对减载最为有利是同一个道理。
    ! v; p; n' Z$ m# L5 B: f$ g) `2 V6 r2 ~5 k* n
    尾发的进气条件其实不好。机体筒体有附面层堆积的问题,越往后问题越大,所以尾发需要横向的短翼把发动机“支开”,在现代翼吊的情况下,翼下吊架实际上已经没有前向裸露部份了,所以阻力更小。8 F5 F3 \2 I6 s/ F" a1 b9 {+ v
    2 X4 l) x) \' }$ I" E
    发动机吸入异物问题,文中已经谈到了,不是问题。重心确实不一样了,但这就是筒体结构的好处了,把原先的筒体段前后调整一下,问题不难解决。油路这些都是小问题。飞控律不需要变,只是参数需要重新调试,也不是问题。
    % G: u: {- G  ]3 y0 g: {, T  d  E, ~& e: q* N& h
    这本来就是新机型,但是与老机型有密切关系的新机型。在设计改动上,介于CRJ到A220和B737 classic到NG之间。
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    该用户从未签到

    6#
    发表于 2023-3-14 02:36:06 | 只看该作者
    翼吊布局是真龙天子。9 k, A/ K: `. g# D& a. ]$ z- X

    : r% Q* N- f9 Y4 Y3 EARJ21用尾吊纯粹是为了利用以前造麦道的现成资源。
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  • TA的每日心情
    开心
    18 小时前
  • 签到天数: 3363 天

    [LV.Master]无

    7#
    发表于 2023-3-14 03:09:23 | 只看该作者
    "飞控需要修改,但飞控律不用修改,参数修改就可以。"
    . z. A% l) O1 S, C( {下单翼翼吊时,发动机出力会对整机产生一个上仰力矩,这个在飞控可以比较容易的处理么?
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  • TA的每日心情

    2024-12-7 02:20
  • 签到天数: 389 天

    [LV.9]渡劫

    8#
    发表于 2023-3-14 03:26:07 | 只看该作者
    问个低级问题:机舱布局3+2,两侧重量不平衡是怎么解决的。机身下面有配重,还是翅膀,发动机功率上作调节
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    该用户从未签到

    9#
     楼主| 发表于 2023-3-14 04:33:10 | 只看该作者
    togo 发表于 2023-3-13 13:26- l& \5 N% M7 b$ O. P
    问个低级问题:机舱布局3+2,两侧重量不平衡是怎么解决的。机身下面有配重,还是翅膀,发动机功率上作调节{ ...

    $ E1 }1 y; U" B3 u" }这个问题我也没有想明白。可能影响不大吧?支线还有1+2的,偏心更加厉害,好像也没听说有什么特殊措施。
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    该用户从未签到

    10#
     楼主| 发表于 2023-3-14 04:34:04 | 只看该作者
    pcb 发表于 2023-3-13 13:09( ?7 @+ O/ M  i/ K9 h
    "飞控需要修改,但飞控律不用修改,参数修改就可以。"5 x2 u8 ?6 m5 \# X% i. J; M$ ]
    下单翼翼吊时,发动机出力会对整机产生一个上仰力矩 ...

    * ~, o7 s9 s% ^4 Z4 @+ ?  m: |1 Q: z在设计时考虑到,就没有这个问题。Max是因为在原设计上修修补补才出这个问题的。
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    11#
     楼主| 发表于 2023-3-14 04:34:47 | 只看该作者
    豪哥豪哥 发表于 2023-3-13 12:36
    $ `, W% M+ B) l9 P/ K翼吊布局是真龙天子。
    ) x4 s4 \% o4 M, C6 z# ^) ]) s& ^* F) I# T
    ARJ21用尾吊纯粹是为了利用以前造麦道的现成资源。 ...

    - a8 w* Y4 Z: V' f和麦道没有什么关系,思维惯性而已。在ARJ筹划的时候,尾吊还是主流。
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