|
|
本帖最后由 晨枫 于 2023-2-13 14:18 编辑
! A+ }0 u2 y9 m; i- `6 A- t4 n) F+ A h- p. q+ c, q8 _! P
《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。/ J8 C* g4 p+ _; ~0 S
) u q, V$ k0 Z% A i
$ {8 b" T. l! {- f8 a! c《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？' R2 I" R* N9 l
, L; i, p1 t* ]5 f( M% u* N! i! h8 e
" ^- a! r0 d+ [0 b2 U& 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
! M( m7 L7 z6 _2 i1 y, [+ c! u, Y7 l+ a; N7 G% Y
0 C* `: T9 s) ?) s还有人认真地画出三维图
. m( F. s* ?2 l- M* ~
* l+ N+ @- y2 `3 i6 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。- r; v$ {' i2 g
]: C1 q! x! _: I% ~$ G
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。: W6 |# O4 p' @9 }1 j. t% J
+ Q2 n1 u* M! C2 S5 Y: K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。
1 _$ r% a; I( p" `! y( c8 ^$ D# J9 e# ]7 h
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。
' z5 Z/ B+ v: v: m; I. R% M" `- E2 c* q' o+ P0 U3 o
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。2 O1 m3 b: M5 F: e( w9 m
: c$ b Q! D3 J% F
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：, H; @5 T5 k, ]/ I" }
2 G- W8 ]% `9 q) z* t7 Z' H/ u
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
( F2 d$ `9 z" {, b7 N& T7 P2、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 q. C6 h" B) _5 q
3、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
# y1 O% o9 w- k1 S5 @9 V" O( ~4、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& g! c8 `0 r5 O7 o
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
! n7 X: M5 b; H0 v7 @
$ D" v" M% L0 V5 N2 [- K6 JF-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。: }0 c% Y5 J& z
9 _% g. H; N: b# y& q0 | _左右平衡则像“鹞”式一样，用一对喷气的平衡臂控制。' Q/ M3 O% _# z
: _4 |( j5 ]; {
. w. h, j j5 E# E* g9 N
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
5 O, }; I2 Y$ T* }" e" M
9 b& |9 A6 `: Z. u: ^' K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！
0 ?4 X; p* l% q
( X% J! P7 M5 g7 A W1 E0 u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。
0 Y9 q- F" y7 R8 v' X I2 s- V, U4 @* i0 Q: P6 Q( n
1 e; z7 j& m2 O6 B6 ^+ V" d aF-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0 h1 H1 w6 h2 Q- M
6 l: E' }5 J+ ^9 k# ^+ C2 |
$ V$ d$ j! U7 V# n' 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
$ K/ C. U9 o' g- h& T6 I6 k) E8 t4 Q( z, ]" w1 w6 g8 ?4 H$ \/ m
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。
4 F N. j0 V; a9 E) v( ^2 G& a
( p/ h$ {0 h+ }- l8 Y+ Y% p' t6 F6 j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。
1 T1 `+ J' W \8 g/ i
' [8 q- L' q( ?; H% d# a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。# I3 f4 A7 t6 N+ N
. [- v# H$ f8 \6 E
% U4 O! J1 r" I, G# I想象中的歼-20C将完全占用机内武器舱) v G, u$ X2 ^) D/ ^
. ?3 v* O5 u5 e8 t. r" `2 n
& O! F- K6 T. B8 h
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
3 {* C, X$ x2 y, d: R% P9 N6 Z% b6 ?) z/ L2 A: u3 W
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。
1 X+ R2 V4 d+ ]/ d) v2 w3 H6 n+ }4 Y% m( L% h
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。
8 \* _' ]5 o7 |* I0 E6 h# U
$ d3 |" \0 n( v2 [% B7 x& c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。9 N+ M( ~5 L3 }- G+ A& e- f/ B8 L4 y
2 R/ ~% c* }8 A: V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
