|
|
本帖最后由 晨枫 于 2023-2-13 14:18 编辑
) {6 y' ^8 n* V) _! l5 i
0 q4 ^! u& i7 E% @! h B/ j《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。
4 G% T% J2 h5 @- e- l' w* c! x. }: d) e6 n* ~
, p5 D( ]) D; N. n0 j @3 b
《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？; v# o+ F! u/ V+ ^# a, O
# V2 K& u$ \$ p, c. S" F2 m
% f. T/ e0 r0 o( k7 P" H- {! L/ P5 V
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; n0 T7 o! [$ s" h t
( }7 {+ l& z9 N: ]" \/ G2 l
}# n) K; `8 [5 ~
还有人认真地画出三维图
3 I Z# w* K7 C! b2 A: k+ q& z, O `1 y* Y4 [8 f
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。
, o y7 l' i6 m8 l5 h
6 o( [- f6 a: W+ v J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。* l. R3 h6 M6 Y) X
( ~3 S% S7 n! 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。0 j! r- d( m6 ?; g& @
( M6 }2 ?) H1 I) |6 i
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。
! M- Q( I# K* M% l& W/ C. m* t
! n" s7 C; W9 ~9 C3 b1 K% L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。. ~5 D9 p$ G8 d, A
5 n9 ~5 T. }/ V% R# J* k
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：
# }+ f; d6 ]$ c+ S3 |
$ ^+ |) Q- j9 J0 h- N7 z! Q- {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
V/ F# f( Z: X m# w" y N2、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
5 v" S0 Z9 \$ m! n5 p3、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
4 Q, r3 x3 V& ~# v+ E7 \' q4、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; }8 ?. z- r+ e+ K) H1 ?1 `* v7 w0 E
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
/ }1 M6 b, K5 o% {6 L$ w o0 \! j2 L9 ]; s( e
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。
) _. X0 Y. B3 E+ R C" b& T. {, e# g0 D( C
左右平衡则像“鹞”式一样，用一对喷气的平衡臂控制。& J" l/ y3 c5 } I5 ]8 K
1 E: h, }0 r4 l* T& i
" Y8 D( d/ Q3 q" j) z/ @* v8 M3 ]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
% y0 W( [1 s2 ^6 u3 Y( P6 s3 b# o! |! K) B$ v8 w {
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！" l# |$ G# |* L
! @0 M1 `- f" u& e2 G0 v1 P0 q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。
9 t/ _6 E3 T0 ~7 Z- I. Y8 a8 D: ~
% T" L' @& v+ U' ?) O# n1 H% O
3 H0 G& x, G3 A' I2 [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
' M& M; G: V/ k& p% y( J: C$ g3 L9 S( ]: @
7 i) O7 a0 }' X+ U1 p. t. q
$ o6 D0 Z, r* C# J# Y2 v# c
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) Y, t; v8 T* M/ }, o0 D" F
# t9 h0 r: q2 ?; t; C) H* P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。
/ I, n2 e0 R$ t
5 I) h5 y2 \% z z. \; `. ~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。
- m' e$ E) E) w- o% c3 I" }' Z, a" ^. I; h5 N* d& L. J+ u5 x+ U
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。
/ z8 u1 e3 N$ V& w# e& ]' p9 d* J" `5 Q$ X
/ n8 x/ b/ z! g# V$ @. S, `想象中的歼-20C将完全占用机内武器舱
( J- I9 T& o: U0 J
* K8 n! m1 d! D; a
4 G6 U3 c4 q) w5 `& f
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
5 U3 e! T& R4 v
4 C- J3 `2 _9 h0 h! y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。
2 D/ U1 x) ~1 ]' G2 l$ L# `/ {$ _! x, M* Q! `
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。* |$ n! F2 B' @0 |5 E$ M) i
5 `6 B# k4 X9 y/ v' p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。
( v. Q- x. f e: d
3 {; j2 U) ?- q, E' c3 Z0 ]" k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
