|
本帖最后由 晨枫 于 2023-2-13 14:18 编辑 0 O. i* z b$ u: [
# `% U$ w9 A$ \7 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。6 c& q) D! t/ k) r: |3 ^4 f; F
5 e$ Q1 x% \+ K
2 p5 R" F5 |6 ]; r( F
《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?8 q* P4 b, B* y. R& n t' M2 o! Q4 a0 ~
: V3 J4 s' f1 @! `" D$ y' X
2 J. W$ d/ v$ Q* 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) S0 |2 t) B- c8 ^
. \( t8 \. @% N$ ]) ~7 }. F% h
. g0 Q( V5 h$ {! \& M2 e还有人认真地画出三维图
$ N0 i/ a5 i& U3 d' d2 \: Y- Z& k2 N" ~2 t
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。3 K& {6 H( R8 A8 a. c# R2 Q
$ u1 d2 v# }6 F0 ]2 G# w2 X
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。+ J; k( J* T- b( e6 S6 ^
" g/ M" `8 J- ]" c! y! Z8 w% N
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。. ]8 \ g+ b6 Z+ _$ ?6 K3 v' k
6 W5 ^3 S8 E, K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。
3 h% q* U" b( E
* r- l7 \ s) u% d+ J# U1 J" 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。
3 ]: j, b& p( ~6 r- Z; Q. y" p7 \' Q X4 a: e
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:
% Y" C* w4 z/ n4 L+ c: p2 m2 ^" F* s$ h" R
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' Y' n; _7 z" v& b8 v
2、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
" }" @% [ g- `( I7 M3、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# r! _" @2 `% y2 i+ g6 {$ e2 r" W
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
7 f! e1 m" F2 T0 N. k5、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
^6 c: g) x7 D6 C; W, ]5 ]. w7 m4 A# @+ z- X! I
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。
- M( W1 F* m3 H7 D0 X7 _8 N/ `# m
E! N3 }0 {- _: g' }% A左右平衡则像“鹞”式一样,用一对喷气的平衡臂控制。
( O7 W& W1 v$ [ ~# @) P! U4 u" r! f
9 V/ k8 Z' y& b' @% I/ L
( ]. f8 i2 ^! E( tF-35B作为最先进的垂直-短距起落战斗机,很自然地成为参照
: Y" l, y; R' h# P5 W# e8 z" u2 b! h" M5 F8 L/ P2 O0 G
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!
% x+ J5 v* U+ [
7 J" N6 P% Z: L6 H; T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。
+ v: a. j8 d2 t ~" J& [
' w. R) Q' G, d8 i8 {
' Z# ^( k' h* m- W+ e
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
U% M3 `; k' R" F5 k( ~, |2 m5 \3 h
$ k O* P2 S# o% _
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( L9 ]% d+ |* X% ?# n" |8 U$ \
# H, I% S9 ?1 W' U) f
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。* i7 Z) ?- C7 ^+ [8 T5 J
* C1 [; F `7 E8 H/ B
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。
; H+ W$ S& I/ A! v8 [% x1 i5 k' A, D: Z0 \: [" k3 ]
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。
4 i4 \4 \: @5 h7 |6 [: m5 D3 T8 ] {! @3 ]
$ }8 _& S5 ?) K: ]( r想象中的歼-20C将完全占用机内武器舱* ?1 C- f7 I4 Y+ R4 B! Z+ M3 `4 U
. a( ^3 S" k6 [: o1 ]2 D1 Y# e7 L5 `
& `# U" E) y& l4 T4 s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
% i+ z* @/ a# o9 b/ H; t) ?$ J$ Y: E/ G
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。
, G$ E* ]( G' m7 Z" U) n
, v- O5 a. @; C5 K, `" A% aF-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。
& {+ `4 \2 i+ g" o% z) _. j5 T. Y9 ^
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。
- ?/ b2 a! y1 k7 f
) O/ g c3 l5 Z. 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
|