|
|
本帖最后由 晨枫 于 2023-2-13 14:18 编辑
( N/ A% j% G$ s2 S# s, \/ `, I6 S
《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。
* y2 ^( N2 l5 i1 X$ ?
- @- f- ?9 x' M5 C$ @3 ?5 v/ \
# `- F. T3 e/ H% q; N
《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？
) D# o( t6 Y: `2 E$ L6 Y
/ H( v( P' Z1 w$ Z' m5 I, I
6 t; ?! w6 E1 a% `( ?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
6 w h: f7 l4 B7 P: l4 g! U! e( n7 V' S+ |, o# P
( l2 K" U- I, [7 S/ x& }3 S% e
还有人认真地画出三维图
' z+ e x8 s: p- D1 K- R4 i
& S2 r% Q) H5 d9 E# A. i8 a! w* 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。. t; [7 \. Q2 e4 `+ ~4 @, r2 B
# {$ _: E, [0 c1 ]: w( w) `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。: s' i" j. n1 ? ?" s* O* h6 t
' H3 {8 @ [5 h7 [6 w" `& h( W3 ?+ {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。6 d Q N$ g) w( x8 w# B' }/ F
2 e& [% a: y# x+ `* L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。
' E: E- k1 O, N) P
- [7 [. R7 z5 _) S/ N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。" @/ Z" A! F' q+ V& z1 n+ c7 R+ J
: ~- z' l# O4 \* d4 K9 X; H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：
/ A& C! ]: y y! u! i7 B4 ]) z# s. J9 v- I
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
: {5 w& t- n+ T! O; H2、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4 y# ^; z. x8 Z) |/ x6 Q( g
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
5 l9 b! Q6 w, s+ w4、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9 F: Q; Y8 {6 j+ j% d7 l, P* D ?
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9 `; }1 y% q, X& K' D" s
% p+ ?5 S7 Z Y$ c# FF-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。) x! W# S- m L. r8 w! ?. Q% v- P
# B- z8 I8 e/ i& }
左右平衡则像“鹞”式一样，用一对喷气的平衡臂控制。! p5 |# |8 B- ]: ]0 j
2 }# r- H+ D' s8 h
. k" R2 z# s* x* ^3 R. C+ Q7 H& OF-35B作为最先进的垂直-短距起落战斗机，很自然地成为参照
$ L! h; l- ^- D& @0 W K% t
; P3 _: `" F4 w& k& Q2 u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！4 v U" L( [3 f! o
, u1 |' w- T, B' a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 _4 Y! v+ t7 O1 h
9 m+ V- x( V) Q* \* R) F3 E. g
, K9 S$ t) x" P0 t% ]! H& A# LF-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- c/ P! F' h2 N9 v! [
; L8 c' i0 H$ W/ i
5 z2 M: v( F5 P i$ E- T) {7 `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
; h% C& }, B' D- T- [4 Z+ L2 q" L- V" b( i
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。; D, r$ n) B3 r5 p
2 O0 m* Z' y1 N' ]; ?% _% N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。" p4 J. w& _8 m x$ ^
- `! r E& \5 b5 K2 _$ W t6 E+ Y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。0 M$ r& t1 h8 ]! r: d% p
5 y6 N" s3 s" b
5 F7 v; w) }& H' U' r
想象中的歼-20C将完全占用机内武器舱* z' }' j2 }* A' O
* n$ ?: ~9 Z8 n4 v6 W1 l% p
$ \' O# ^5 f: ^+ |5 c a ?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
. N: C: l8 J# g. u
3 o9 V; n* s$ [/ b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。
* _+ {( ^% [6 s" w
7 T$ G7 r! U. V& ?& `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。# K m0 u9 s9 g4 e( H9 y* D
& l: n0 J! T& ?; a1 U+ B+ t
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。1 I7 ~& M! Q4 F/ A6 A2 A) q0 m$ s
0 L2 K$ d/ N3 G3 H7 z. {4 f
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
