爱吱声

标题: ARJ21能改翼吊发动机吗 [打印本页]
作者: 晨枫    时间: 2023-3-14 00:07
标题: ARJ21能改翼吊发动机吗
本帖最后由 晨枫 于 2023-3-13 11:11 编辑 : M: W& h) |0 Q4 u, O

+ P; g5 V- l3 M1 W4 U8 u  }6 B; s/ H4 j

* z  }: T) }+ L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。. M3 V2 G$ f' @

' |8 V9 \4 _+ p( @; J; [: u6 \
  H% D& W( p1 L* V  ^, d1 a2 i5 b/ {  u6 k. l
ARJ21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。. G8 u% Z( o' _- X; N' A& v5 D; \

4 a5 S5 h+ _9 W; j5 eARJ21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。
$ D- d' b- p% J# v/ n" P& ]1 V, B0 @' E. d# m8 p
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。
8 J- H) k; m6 C
! g0 \/ R, m% d& j- |; m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。0 [/ [$ ?, \$ x4 `2 T7 |6 C" N9 ^
  l: V( I: X3 B- }1 R4 |
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。5 p6 [8 ~/ p/ ^* T) k4 C

6 v# S6 i0 o% P2 q& r3 _7 B8 P' J2 w* v3 |& f
& p2 P; d  `* _* ^

( L5 |6 A- ^% v! K* E+ A巴西的ERJ-145（上）和加拿大的CRJ-700（下）都是发动机尾吊的! z, ]  ]* s0 O4 n) V

8 f1 w2 [/ b1 H% `0 q9 Y) W- S% w0 o. h. {

& W5 f4 [/ @& t6 ?! {0 @6 j5 i% X# h; x. h0 S2 q' h0 M
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
  o  x6 E7 U1 M! |: z# s  Q0 a! H5 b" o5 ^
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。
9 c% F, d0 P5 N$ k1 l5 b
/ m, u, s+ i' k! `" _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。
! }( f  ]0 S- D% a2 B- u
7 A% \8 W% p: f" f  A
) e' z5 \! n/ ?% [1 e: R巴西E-190已经转为翼吊发动机了，现在发展到第二代的E2
# R. R& ?2 A3 S. f  B
9 ^9 r; y1 Z/ f9 m1 ^- o) Z" [1 C# Q& n5 a0 s4 D
不过还是用阻力小、结构重量轻但潜力受到限制的2+2
- Y  Q, [7 R" ?+ [$ e
# {( l- [# _5 z4 Z5 l1 ?+ Y
/ h, v9 n) @( {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
* b' P7 v5 E& P1 o0 J. E  |! Z$ u( ~, D& D% Y: [* w
4 c! K5 B4 a7 P' U, r2 {  L9 J
不过机舱改为3+2，使得老对手巴西航空压力山大3 t. l7 p) o  Q) C0 h
6 E$ s2 K+ d6 I6 q# ~  Y5 ?
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。' p& ]$ m2 k3 h% y! {( o' a9 t
& N2 ^' L! |7 V9 D) u
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？
# _( \8 Q3 E# M/ S  f" q4 ^' B# |( Z) n1 m- ^/ \3 u) @' ?
又是，又不是，取决于这个“全新”意味着什么。
4 f9 ]/ ], C7 C, r) U' z  V' T  e/ o- \6 n$ E6 r# q
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。; ?; y) B0 ?  B+ @
2 M5 C( T5 z1 b
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。
- O( n. M1 A/ i* ~5 R2 C3 ?4 e+ e0 h, h& s' _, {# R2 ~
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。1 q5 X! q) a- Z9 [

  _- o" _9 f% u
3 U0 y5 v  @" D' U5 `7 v, R3 d* d) J+ [( ^
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。
: c5 j3 e* D% i, x4 v+ t- v' |* v+ f+ a. W; l/ ~$ B
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。
7 S4 M% Q( f# ]; v+ b9 I) ]$ s% N; d
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。3 F3 H; r- R4 R& y* `% H
$ c8 {- m3 y; z4 z9 i) F
8 ~3 v9 W& O7 V1 D. R6 l* ?1 h
: i& x) X. }" _  A" n$ M% ~; C5 d
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。% _4 K# J8 i) s' `& J

1 g4 b* }8 \) `8 Q1 v  J; u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。: I; N8 b0 V3 G$ B! d

) @/ E2 _2 n+ ~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。
3 y0 [6 m! }5 d7 D7 U) ^
, W3 Z% @8 \4 z& N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。
( |/ N+ D: d# V  R/ Z3 i
& ^, u% }3 U; K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。
  _, q/ E* n+ K, |* P* Y5 g
6 ], f# h. z+ `& Z: u) \9 w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。; I  W3 V+ y4 _
8 Q4 v( f( a; K# W
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。
; h6 c2 M6 L1 v$ o& @
8 g7 |# Y! p! o; x' X$ x2 Q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？
2 D1 P' g/ c# w" {% \- g0 @: N: i$ N$ I& `7 L# M0 y* s7 y% _5 O- g- ]
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。% Q/ [+ ]9 K' [+ b
3 H+ `" F1 b+ L% y# d8 P% Z: B% l1 z
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。* }3 G7 G0 \1 i8 [

( l) \+ T$ X% ?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。
7 }/ r/ I" d& f7 X5 t2 j7 ?6 J$ d  G
/ H' g. @% F5 G+ R2 I% C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。
0 O# l: `- W" Q, l0 ^7 ~' e. F- U  m& }! m! g; ]
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。
. w3 Q9 o0 E& L& f7 U2 o) i* k& ^
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。! A. ~  |/ R8 |  F0 D% v$ }' u
7 j( N& s$ f; r. T  S; ]* ]
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。
) j+ V/ o; f+ w* S- t8 l3 K# e5 Y# j* O5 c, ?8 d
( a, B1 x9 A4 w
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”3 ]% `  o# o8 M7 ?0 c

+ C( \' }* Q' Z  K
' R* k' b, `8 W6 d
( ~" K, ~2 u5 n, p$ g
7 d/ w" z1 D( k$ R0 ^3 n以“湾流”公务机为基础的“特种任务飞机”更是早就投入使用' m: [! S/ J* L$ f1 u2 W0 p9 q

1 V8 G- K- m- w1 u; [2 Y; b3 H+ p* o
巴西ERJ也用于海上巡逻机
; _7 T: z& D, d: d+ L& E7 K( `0 U- C
至于电子侦察、干扰、训练、VIP运输等用处，那就更多了。# H% q" H5 \, ~! ^, `
1 M& ~. t! z8 z" h) S! b" J
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。+ ^. ~1 @/ B+ P

  t( {' X1 @# W+ v  m; S" f$ P- N7 N' @& x; X$ x* c. M2 l) Z" `

0 x+ Y3 B& r  e* H! u) E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。2 e' z$ s$ a7 J$ G) X* f

9 d/ K! b: X- ^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。
作者: 孟词宗    时间: 2023-3-14 00:29
没看出来非改不可的理由。而且你这句" X% K" [5 a9 g6 \
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。

- Q- l/ W2 Z) Y7 C+ Y( H' v9 |. w2 p* [4 K% F
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。" V, x* ?, Y$ i6 S! f: ^) @
) C$ k' g& ~8 E& I  Y: X4 A
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。
' b/ h! {0 Q) I  q. _* _) ^* x
) @3 m" g& b' ]- Z& W7 e) U
作者: 故乡在喀什    时间: 2023-3-14 00:31
SSJ-100也是翼吊发动机。
作者: 晨枫    时间: 2023-3-14 00:33
故乡在喀什 发表于 2023-3-13 10:31
7 k' c9 N" v. n) eSSJ-100也是翼吊发动机。

6 B  U" m! o! {2 K; C是的，不过SSJ-100不算成功。
作者: 晨枫    时间: 2023-3-14 00:46
孟词宗 发表于 2023-3-13 10:298 X6 s# Q) t: K( [
没看出来非改不可的理由。而且你这句

7 r7 M% T! o! M& F) K& Y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。% h2 S) {& O% y( m+ Z, U2 ?
- [& y( g: d4 P2 g. }
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。! b  ^! F- d! W$ e

2 f3 V* M4 _) w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。
0 I5 ^% c0 Q+ ]0 ^  W- u6 T0 ?+ N) E
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。
作者: 豪哥豪哥    时间: 2023-3-14 02:36
翼吊布局是真龙天子。/ s1 I1 Q- M5 O( \
* Y* }% m+ h) J. U9 \
ARJ21用尾吊纯粹是为了利用以前造麦道的现成资源。
作者: pcb    时间: 2023-3-14 03:09
"飞控需要修改，但飞控律不用修改，参数修改就可以。"- V) K, F! P: l
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？
作者: togo    时间: 2023-3-14 03:26
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
作者: 晨枫    时间: 2023-3-14 04:33
togo 发表于 2023-3-13 13:260 K8 O$ Z- i3 r" |0 V& @
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{ ...

' G' l% H' K% ~" `) Q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。
作者: 晨枫    时间: 2023-3-14 04:34
pcb 发表于 2023-3-13 13:09
! |6 |; m' \" l2 @) E"飞控需要修改，但飞控律不用修改，参数修改就可以。"( \6 l( j/ a, _8 B( `4 ]
下单翼翼吊时，发动机出力会对整机产生一个上仰力矩 ...
- ~: O$ s1 J/ S; G3 X& P
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。
作者: 晨枫    时间: 2023-3-14 04:34
豪哥豪哥 发表于 2023-3-13 12:36
3 \8 @# f3 Q$ A9 R) {' k$ u翼吊布局是真龙天子。
+ B. C$ r) V4 |5 c# D6 I3 ]/ u% f- N3 w, ]! B' H
ARJ21用尾吊纯粹是为了利用以前造麦道的现成资源。 ...

& K3 n5 t) x& @& K9 u( h( d, Z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。



欢迎光临 爱吱声 (http://www.aswetalk.net/bbs/) Powered by Discuz! X3.2