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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
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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。: G  u" B6 N9 i  p  r
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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。
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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。
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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。) ^  w; F2 V! l3 P/ L- N( l
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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。! O, o( I9 |6 M$ o

& x- ~/ b9 S1 K2 a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。& z# |$ ^; D/ s; q
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' m0 F/ b* S- V& w1 X! Q1 a巴西的ERJ-145（上）和加拿大的CRJ-700（下）都是发动机尾吊的
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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4 j7 ~& ~+ T) j6 G% l5 g8 f

% u' W8 m% b; H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。! u$ P3 ~# S+ Q* [0 S' ?3 g

9 f+ _& O! J% X" y& DARJ21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。  k! Q# W* E9 a) m

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! H# r) y, b* p# Q) i% ~: d巴西E-190已经转为翼吊发动机了，现在发展到第二代的E2
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3 F- ?8 l" o8 M不过还是用阻力小、结构重量轻但潜力受到限制的2+2, I$ l; L) j: C4 L4 T1 D2 W: U
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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8 c: c. z3 [" w* M- E: T; d
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* J  [8 o3 W. k* R不过机舱改为3+2，使得老对手巴西航空压力山大: S3 c+ y* I& [8 @0 [5 Y

$ `$ u7 W. q1 B4 G+ x' j3 @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。+ [% A; E6 [' W/ D6 x- s
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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？% O9 R4 ?+ t6 t* d

: ~* w" i( F& r! j' k又是，又不是，取决于这个“全新”意味着什么。4 y/ g) e0 f  S% Q5 B

- I# q7 g% f1 T. _/ W1 Y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。. j% \2 w, W; [+ q$ U. D

' o2 \0 }5 J+ ]' [9 c* NARJ21-2（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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8 {' @' p6 }9 [7 q/ x, n( A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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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。) |* [0 `9 t+ K9 G' |
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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。
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8 _2 h2 J: H/ v& {& w4 S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。7 c" l) \; w% h& Z. x

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! }" X; e  L  Q7 s: h  S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。8 d& v4 ]7 j& X6 W! N
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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。2 R: d. r/ R& y& a% d. O9 F0 m
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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。
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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。& o" S; L' a; _: Y

) V) k. x2 X9 y$ T- R, R8 J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。. ~# Z2 q" |+ ^5 A( T( e
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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。2 f6 j& L6 P1 F9 B7 E3 g* y/ L: Y
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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。
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, n3 p" n' D' C/ t  k, m9 E, A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？
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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。$ J4 X* _) A$ _3 M7 j% f6 K0 h
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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。
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3 h0 ~: Q1 M5 V, r$ u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。
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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。) A" O% j) R4 A$ n' w  z
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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。
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  ?* G$ m+ x; p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。2 T' O) W' V+ I$ ?+ C5 n* C
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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。( X# H$ w8 l; Y& X' n  D6 C$ l( p

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# K4 O0 N6 H$ H8 z: \2 _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”
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; j0 [: O' h; L: C% G, b以“湾流”公务机为基础的“特种任务飞机”更是早就投入使用4 j5 n" f3 e5 H' K: t4 u  y3 d
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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。( i8 h, ^" o9 m6 z# `, V

8 n/ v" h0 @0 Y( ?6 B! }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。4 W$ B  m: @4 {+ O

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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。' H& y  _, ^5 [) h6 d
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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
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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。

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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。
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/ L! ?! H4 l' i5 X1 p; 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。6 p$ G1 C  L9 Z5 h; ~, D7 \
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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 10:316 C) U3 z- y, y& ^$ p" |
SSJ-100也是翼吊发动机。

+ N. Q5 b6 ^9 J/ G8 W) w. ]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 10:29
! O, e( [, N7 K# U. q4 M没看出来非改不可的理由。而且你这句

! P5 T, A0 c% j0 ]: P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。
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, w4 x' i+ u2 L" k# M% ^8 Y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。
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8 G7 O! L! n1 v2 F* v1 r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。
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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。' i0 J4 @9 r7 Q- Z

3 u0 X) v3 U7 mARJ21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。"
  j+ g9 y) i$ W+ l3 ?4 A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 13:26& I( n9 Z9 Q2 W
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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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) r; P2 f0 a) W8 r( k
"飞控需要修改，但飞控律不用修改，参数修改就可以。"
" H5 |) Z, h2 t: J/ r6 m$ B, m下单翼翼吊时，发动机出力会对整机产生一个上仰力矩 ...

6 u  O. l* _0 b+ F! N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 12:362 h$ r4 _# L" f  {# N& g6 ]9 Q  ~
翼吊布局是真龙天子。/ k( _8 R9 l* _0 k4 [1 W! ]

+ N! s' j6 L! e1 ?9 l; ?, D% d9 XARJ21用尾吊纯粹是为了利用以前造麦道的现成资源。 ...
+ {( `1 ]9 W6 p+ E5 l7 V
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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