设为首页收藏本站

爱吱声

 找回密码
 注册
搜索
查看: 3269|回复: 16
打印 上一主题 下一主题

[武器展望] 歼-20C的传说

[复制链接]

该用户从未签到

跳转到指定楼层
楼主
 楼主| 发表于 2023-2-14 04:14:21 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
本帖最后由 晨枫 于 2023-2-13 14:18 编辑 3 }/ ~' G( @' {' b- I5 L
: N, Q& c( b0 [- f  ^
《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。5 a! Q9 X% ?& X& f# A( f/ y

0 |. a5 V: X1 Q; |1 P! {  n - x; j8 X. w7 a& v+ k+ m5 {
《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?
% J0 j+ c8 u% z- ?' j/ \7 q3 u; z8 Q9 s  M
5 V: x4 G/ T8 c7 a/ q% |3 S0 K
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
: {5 {  q( @! N" K: Y4 A
3 e* E6 j3 W, s% s/ A* u % X9 \' l* q, m, C. V
还有人认真地画出三维图
  \- Y" B5 u! B$ k- ?6 b
. I7 q& t9 \6 ^* Y5 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。
$ H6 E" m5 e- A
, ?2 D. Y* ~6 \& s: F% x; T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。+ h! N- _8 d  ^4 g/ n6 u- D: Y* X* H3 e' {
1 c, Z0 E8 Z! I! I
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。. Z, k8 q  H) h5 m

* C8 _- ]8 p; {1 ]: I" 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。! z- Z7 h, G/ k5 I/ _; u
7 y, L! k; ^* Z" B* t0 ?
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。8 Y$ F- [, y& S0 B) x  X

4 I$ t) Q+ F0 e4 x. M$ q0 i% 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:
" V+ I! b, z9 [1 V; B* Z; Q: c1 |6 c1 C9 \7 g+ R' N8 C
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% q7 X" p! Z8 H+ b; D
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4 U' X3 V5 ~" g4 o3 ?0 r: c
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
, M, L: ?6 `- K5 U4、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
" D; L, F4 @( C& x6 T* V$ L7 R0 `/ l% i5、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" e2 U$ L, t% |4 e1 d4 H' Y

$ ?4 a$ Q8 Y; `' g1 s6 _/ `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。
6 b3 Z4 u( M) g+ C6 ?# M2 X9 L: N8 Z2 f) i1 K6 G+ d2 a
左右平衡则像“鹞”式一样,用一对喷气的平衡臂控制。
: n! \+ }, }! J! ?$ ~* x0 R* `% J: q9 c; @
* }7 ~; q& z1 n3 B9 w; x8 a- D; z
7 E3 r9 d- {9 x, A/ bF-35B作为最先进的垂直-短距起落战斗机,很自然地成为参照
/ D* _- U- u+ M: N0 E, s3 H
) y9 u+ r; Y2 ]7 P5 G8 R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!, J1 K- U- p) E6 V6 R3 F
: H7 K0 Z5 L# G* j# 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。$ g: p# f" V7 v  h+ |: X' E+ U& d# s0 d

5 s7 j; y; O) B1 z, s: g1 N
" s' f9 |4 |6 U5 N8 L; O! h! ^4 rF-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
7 j7 X6 E. f7 D2 h0 U5 I7 l* ?% e* R  T  r* r, W+ E1 b  x

+ w6 r% H. i) B' w, K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
+ ~: Z3 R* n8 v# T0 q9 Z: O, z7 [' E# b
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。
, W7 F# G$ Q, z! ^% F" e+ V( I. r) J9 a1 W% q0 W* r/ o+ Q
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。
8 d/ H& \* O0 R  ]/ p! @
4 b, Q6 t2 t+ L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。
* T- t2 p0 v. G$ x; u
5 f8 ^  b; ]: {0 i2 L( P) G
% a4 ]/ g, {% b想象中的歼-20C将完全占用机内武器舱
- v! a0 \1 w5 N& ]1 O( L
' z' x) C2 d: f1 a& {# [ 2 g' C4 {  `/ U$ 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# D7 }8 V, L5 F- d3 ^3 V/ c
2 U! Z" ]' v$ }7 _
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。" p6 D! M' `! _3 L

# @+ Y( E0 }7 d4 B! qF-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。
# I% }& R) Y3 U1 q  H8 H  n
: ~0 L  t3 a9 q6 Y* L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。( F5 X: w# Y, ]: U  c% Z! z

' K3 m7 u) ~5 g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

参与人数 8爱元 +72 学识 +2 收起 理由
testjhy + 10
johnsonjian + 10
老票 + 18 + 2 给力
可梦之 + 10
pcb + 4 谢谢!有你,爱坛更精彩

查看全部评分

本帖被以下淘专辑推荐:

  • TA的每日心情
    奋斗
    2020-2-8 10:08
  • 签到天数: 2 天

    [LV.1]炼气

    沙发
    发表于 2023-2-14 04:36:51 | 只看该作者
    我倒是觉得发动机的同步不是那么的重要。这种肯定得是电脑控制的了,就跟大疆那种,由飞控电脑实时地调整每个发动机/风扇的推力。6 p, }0 c$ r. k$ g" Q, Z" k
    当然这比较理想化了。也许喷气式发动机没法调整得那么快?但是马斯克的火箭发动机都能调整那么快让火箭垂直降落啊* o4 v/ x3 ]( H- q' @* @
    + a& @2 Z3 ^/ J
    我从去年秋天就有一个航模的想法,后来雨季到了就没开工,也许过两个月来实现:就是一个普通飞翼一样的飞机,但是有四个电机/螺旋桨。平飞的时候可以靠四个电机差动转向/仰府,这样就可以一个活动翼面都不需要。而垂直起降的时候就当四轴无人机那样,只是机头朝上。中间可以用一个switch告诉飞控转换模式

    评分

    参与人数 1爱元 +8 学识 +2 收起 理由
    老票 + 8 + 2 谢谢!有你,爱坛更精彩

    查看全部评分

    回复 支持 反对

    使用道具 举报

    该用户从未签到

    板凳
     楼主| 发表于 2023-2-14 05:28:31 | 只看该作者
    机器猫 发表于 2023-2-13 14:36
    2 P# ~, S( Z0 s* h/ J. w  Y" S我倒是觉得发动机的同步不是那么的重要。这种肯定得是电脑控制的了,就跟大疆那种,由飞控电脑实时地调整每 ...
    ! {: o1 I* k$ W+ [4 P
    喷气发动机的调整没有那么快,大推力的惯性更大。) `; P# V: Z, P2 a7 I4 S; h, a

    ; ?  K( m4 I- z  X5 B4 W" ~马斯克那个做法被业界很多人骂,原因就在于这里。他现在是成功了,但是否能长期保持成功的记录,还拭目以待。
    9 a9 W6 i- H$ f* J& V8 t+ \1 Z* L$ D: \3 ~
    你做出来把,可以两个拉动,两个推动,这样布局均匀一点。不过类似方案已经有不少人在做了。电动机有独特的优点,可以电磁同步。
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    奋斗
    2020-2-8 10:08
  • 签到天数: 2 天

    [LV.1]炼气

    地板
    发表于 2023-2-14 05:46:25 | 只看该作者
    晨枫 发表于 2023-2-14 05:28
    7 P' a' Q! {; z/ B; W. ]) q7 E. q喷气发动机的调整没有那么快,大推力的惯性更大。
    # t. U# w* k" O( }# M8 [2 `5 A0 b' L: H3 v
    马斯克那个做法被业界很多人骂,原因就在于这里。他现 ...
    8 i5 F1 |2 |) o& A, ^
    还好吧。现在还怀疑猎鹰-9可靠性的应该不多了。' d! _+ H3 ?; A* M6 T
    5 ]* R# z, E! a: k9 l' c0 ~) m
    两个拉两个推垂直起降的时候不好处理啊。我想的是机头朝上的时候就是跟大疆那样的四轴,各种开源的飞控软件很多可以拿来用了
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    开心
    2020-1-2 23:51
  • 签到天数: 2 天

    [LV.1]炼气

    5#
    发表于 2023-2-14 05:53:27 | 只看该作者

    * [* z# b6 H; i  S, j- d弄一个反重力发生器就能搞定的事情,还费那么大劲儿,不知道你们在聊啥。。。
    * v( l% n$ X% |! W- E% g/ q5 F+ O4 y# N- a! }3 B' q' ]
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

    该用户从未签到

    6#
     楼主| 发表于 2023-2-14 06:13:35 | 只看该作者
    机器猫 发表于 2023-2-13 15:46
    * Z& Y' x; p+ R6 r) c( M- O* e还好吧。现在还怀疑猎鹰-9可靠性的应该不多了。( ]0 v, Y* ]/ d, A

    - x* a; N7 Y0 n两个拉两个推垂直起降的时候不好处理啊。我想的是机头朝 ...
    % {  @) l! R+ K" S
    + p; x0 |) a2 w% G$ W( b8 d$ D
    像这样?
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    奋斗
    2020-2-8 10:08
  • 签到天数: 2 天

    [LV.1]炼气

    7#
    发表于 2023-2-14 06:19:51 | 只看该作者
    晨枫 发表于 2023-2-14 06:13# W: Y! D6 A3 ^2 m5 k& q
    像这样?
    7 Y5 s4 ?  K# U& j& o: d; ~) O
    对,就像这样的2 @' Q/ l) J2 G& f
    不过这个看上去还是有servo控制副翼?我是打算全去掉
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

    该用户从未签到

    8#
     楼主| 发表于 2023-2-14 06:51:40 | 只看该作者
    机器猫 发表于 2023-2-13 16:19
    , s! s: j" d' z- ?- Z对,就像这样的' x( o/ q5 c2 S1 M: p2 @
    不过这个看上去还是有servo控制副翼?我是打算全去掉 ...
    / w- o7 Q# R- I: ?9 X
    那在平飞的时候怎么控制横滚呢?
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    奋斗
    2020-2-8 10:08
  • 签到天数: 2 天

    [LV.1]炼气

    9#
    发表于 2023-2-14 06:58:06 | 只看该作者
    晨枫 发表于 2023-2-14 06:51# F2 ?' Z' j6 \/ C" ?: u
    那在平飞的时候怎么控制横滚呢?

    % u0 E9 c0 q8 T! j  v: X; p跟大疆水平旋转一样啊。. @- V9 K0 R6 r6 l
      ~" l9 }3 y: n; }7 L  o  E* {  ?
    四个电机是两两反向的。控制其中一个方向的转得比另一个方向快,然后靠多出来的这点转动的反作用力旋转
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

    该用户从未签到

    10#
     楼主| 发表于 2023-2-14 07:08:53 | 只看该作者
    机器猫 发表于 2023-2-13 16:58
    , _; ~! l- u0 r1 Z. v; F2 L# B跟大疆水平旋转一样啊。
    + N# ?6 g+ m! V5 Z9 ?6 o7 h6 L
    * c+ j7 |2 n8 F4 |. z1 m. Z四个电机是两两反向的。控制其中一个方向的转得比另一个方向快,然后靠多出来的 ...

    ; |5 B$ U% Q' F! M1 B% d( @3 r在垂直飞行时可以用四旋翼,在水平飞行时呢?四个旋翼都在水平方向出力,没有垂直分量啊。除非你用两两差动反转形成的反扭力?这个反映速度会比较慢?
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    奋斗
    2020-2-8 10:08
  • 签到天数: 2 天

    [LV.1]炼气

    11#
    发表于 2023-2-14 08:09:46 | 只看该作者
    晨枫 发表于 2023-2-14 07:08- P  f8 b& `) q4 B
    在垂直飞行时可以用四旋翼,在水平飞行时呢?四个旋翼都在水平方向出力,没有垂直分量啊。除非你用两两差 ...

    0 B. E+ S# H2 a1 h# J6 e垂直飞行的时候旋翼水平,所以反扭力就让大疆水平转向。水平飞行的时候这个反扭力就正好是横滚啊
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

    该用户从未签到

    12#
     楼主| 发表于 2023-2-14 08:33:34 | 只看该作者
    机器猫 发表于 2023-2-13 18:09
    : H0 r, A9 ]! J5 g* {' u7 ]垂直飞行的时候旋翼水平,所以反扭力就让大疆水平转向。水平飞行的时候这个反扭力就正好是横滚啊 ...
    2 D& F0 L/ e% {( S; k; d
    嗯,正是我想的那样,这个横滚控制要抵消重量的因素,可能会反应比较慢?
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    奋斗
    2020-2-8 10:08
  • 签到天数: 2 天

    [LV.1]炼气

    13#
    发表于 2023-2-14 08:42:17 | 只看该作者
    晨枫 发表于 2023-2-14 08:33
    ( S; K7 }' Z7 ^& @. X嗯,正是我想的那样,这个横滚控制要抵消重量的因素,可能会反应比较慢? ...
    $ W! l# ^: ]$ r, |# V- W8 h
    嗯,试试吧。感觉重量应该不是问题,两边是对称的
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    开心
    2018-10-1 00:00
  • 签到天数: 7 天

    [LV.3]辟谷

    14#
    发表于 2023-2-14 09:36:15 | 只看该作者
    有个拍脑门的想法。现在从垂直起飞到平飞的转换都要求过渡平稳,但能不能让飞机起飞后利用高度自由滑翔一段时间,用高度换取一点速度,顺便把螺旋桨调整到平飞状态,然后从滑翔改出到平飞?
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

    该用户从未签到

    15#
     楼主| 发表于 2023-2-14 09:39:20 | 只看该作者
    机器猫 发表于 2023-2-13 18:42
    & {  Q5 D% r1 t1 a' \( I9 I  b嗯,试试吧。感觉重量应该不是问题,两边是对称的
    # x+ l( b) ^, Y+ J% b* y" h
    重量是错误的说法,应该说转动惯量。扁担形的转动惯量更大。苏-27的横滚机动性不及歼-10就是这个原因。
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

    该用户从未签到

    16#
     楼主| 发表于 2023-2-14 09:40:10 | 只看该作者
    r52097 发表于 2023-2-13 19:36
    1 L6 ?) m  x' l, ]6 ?有个拍脑门的想法。现在从垂直起飞到平飞的转换都要求过渡平稳,但能不能让飞机起飞后利用高度自由滑翔一段 ...
    ! D1 b7 a$ D( K
    有控制地转入滑翔不容易啊,而且滑翔是个不稳定的过渡段,不妥。
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    奋斗
    2020-2-8 10:08
  • 签到天数: 2 天

    [LV.1]炼气

    17#
    发表于 2023-2-15 01:18:55 | 只看该作者
    晨枫 发表于 2023-2-14 09:396 b# n' \( c* b) \6 t
    重量是错误的说法,应该说转动惯量。扁担形的转动惯量更大。苏-27的横滚机动性不及歼-10就是这个原因。 ...
    , ?$ S$ P) G( }9 T& X3 q9 i7 M0 s
    这个倒是可能是个问题
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

    手机版|小黑屋|Archiver|网站错误报告|爱吱声   

    GMT+8, 2024-4-29 12:13 , Processed in 0.045551 second(s), 23 queries , Gzip On.

    Powered by Discuz! X3.2

    © 2001-2013 Comsenz Inc.

    快速回复 返回顶部 返回列表