爱吱声

标题: 歼-20C的传说 [打印本页]
作者: 晨枫    时间: 2023-2-14 04:14
标题: 歼-20C的传说
本帖最后由 晨枫 于 2023-2-13 14:18 编辑
$ t. Z) U# r: t: f& }, S! c
4 O, `0 U' F) a, m《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。* _0 D2 w6 C; X7 w" L

; Y7 u: W2 @7 d5 |- m0 ~ " x' D  a1 H4 x/ }2 b; 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？5 d# z. T7 F8 U$ r+ i

# s' P0 T4 {6 B! V9 ]% ?
+ {* r  ?7 w; J) v2 Y8 F- J7 K- ]* @4 ~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
; ^. G; I  c* Z$ G. R$ c; c( e
1 |' u9 L0 w' q. @1 Y+ p7 a7 Q
' P# L* ]+ v" L) N; w. x7 W7 A还有人认真地画出三维图
9 D8 y- J5 t. w7 _, L
  y. K6 }. }* m- G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。9 {# j8 c2 K4 d# c
) O' v. R0 S5 H) R$ L
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。( Z1 D. u0 E* L" `
( ]2 b$ A" r2 R' H0 V1 S3 T% L
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 K4 |# w$ S/ X7 t+ w9 _- L+ j

: _3 ]3 t' d; H/ Y7 D) x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。# T: `  T& n- m+ |: I
* d& [+ C% S" J0 I8 I
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。7 w9 Q6 W, ]# f& G. K
" F- [( j8 |4 Y. t
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" o4 ~. D/ F$ t# I( U+ O0 Z! `
( R- C( I4 w4 J) p( l
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4 k, Y. T) E  G2 F9 |
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
/ O% D0 L) O5 U9 q3、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, V' [: O, e* x! F9 m+ C
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. P+ {6 w. J" m+ D  ]: h' c
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 f# Q  f; A0 _! y2 i  N5 N
& ~4 P0 l! W: Q+ ~; v
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。
, p+ B* R" d) f$ A+ Q
0 N8 ?& w3 E; C1 N左右平衡则像“鹞”式一样，用一对喷气的平衡臂控制。
) ]( `9 Z# \4 Z0 x' D& A
- Z. O" r) k( S# y" \
7 \5 _1 N* v: V; ]! ]  o- n0 c1 uF-35B作为最先进的垂直-短距起落战斗机，很自然地成为参照8 j( Z7 v4 ^% `) P
% C$ y  i  `  h% p
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！! Q% P. M8 I( q7 U

" P0 p9 }/ ~4 D- W6 L9 d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。8 h& ]) R& G8 [
; D6 O0 R" n7 b
/ |1 e- Q, N+ u& P8 ~- g
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
3 T2 y9 {7 L  o7 y
. E% K6 V/ Q  Q( H 8 C9 w1 w( x% f! W$ K7 n  w  V
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2 A9 M, \' E$ `7 e8 d

6 m) K! q: W# s: z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。7 B2 R/ c# r& `& C) p$ c9 \

5 S% q; `$ ?: l1 c9 l( W4 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。) b1 R  I# H9 t9 x7 j
7 Y- X: `4 `: ^' _/ T% 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。
2 |7 ^0 e+ q' N% y
; p/ j% D0 y0 A! G3 r 7 w' t0 Q& O, H5 |* t
想象中的歼-20C将完全占用机内武器舱% R. ]4 Y, c7 J8 c3 F5 U

  v- l  g+ I: Y( g$ h
" t7 _. _) j' z! H$ o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 A0 E/ k, q% t

  s. l; q- Y& p3 d, W, D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。  f. V- z4 ]( W) H
  s( O! `, j, c( Q; 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。( ?+ J$ c5 h. s9 ^9 X: b
6 F4 y+ g$ c1 K
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。7 G6 Q/ G! c. }- U3 Z8 i: o
* V6 d6 w" Q' C
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。
作者: 机器猫    时间: 2023-2-14 04:36
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。- X. z$ ~& Y6 q. C& r, e; P
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  G; U2 s" s$ _" Y
1 Z" u* G7 j2 q% b" y1 `
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
作者: 晨枫    时间: 2023-2-14 05:28
机器猫 发表于 2023-2-13 14:36
! j. n6 F9 k( V' c: t4 p) F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 ...

& E0 o# W+ M2 h& I8 A) L: N, w$ X喷气发动机的调整没有那么快，大推力的惯性更大。) k9 e! T0 X" M3 z+ H+ k! ]0 P

* P3 P/ b/ a1 P$ J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。4 L/ B: |8 Q4 m; j

" g# _* K' M. [0 _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。
作者: 机器猫    时间: 2023-2-14 05:46
晨枫 发表于 2023-2-14 05:28* t) R, m9 f2 U+ O: H- S' e
喷气发动机的调整没有那么快，大推力的惯性更大。
9 m' u* F: C0 b- s7 ~/ J
' _  y$ P; I' a5 u马斯克那个做法被业界很多人骂，原因就在于这里。他现 ...
. ^( z% [5 `( k7 F: d, X; L2 a1 z
还好吧。现在还怀疑猎鹰-9可靠性的应该不多了。
8 ^( d( N% M# `' t2 }5 T7 q7 ]
% N) U' R% T( J, T3 H# x5 u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
作者: 五月    时间: 2023-2-14 05:53
8 Q) Y' i3 _3 d& X
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。。。
8 `* G+ y! }, n4 }
& f. ^9 h* w& i
作者: 晨枫    时间: 2023-2-14 06:13
机器猫 发表于 2023-2-13 15:46# {0 a$ h% P, s
还好吧。现在还怀疑猎鹰-9可靠性的应该不多了。
, |' B7 c6 j5 g
% Q2 G1 c4 m6 h1 {9 g0 P, f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 ...
3 W1 P9 l* _1 v% Q  E& x

  q& X$ A6 B( r$ n' [7 ~像这样？
作者: 机器猫    时间: 2023-2-14 06:19
晨枫 发表于 2023-2-14 06:13( J. g% B4 v" |' X3 {) p1 x
像这样？

6 J- n+ @0 }4 O  G: ~, q. ~! N对，就像这样的
2 U( E9 W3 \9 y% J. D) Y, ?) w- K不过这个看上去还是有servo控制副翼？我是打算全去掉
作者: 晨枫    时间: 2023-2-14 06:51
机器猫 发表于 2023-2-13 16:19
0 b4 m& I; p2 e( C+ z对，就像这样的
8 x4 K% l- Q4 P6 e# f, B2 h$ p不过这个看上去还是有servo控制副翼？我是打算全去掉 ...
! b$ a6 W5 k6 q+ ~
那在平飞的时候怎么控制横滚呢？
作者: 机器猫    时间: 2023-2-14 06:58
晨枫 发表于 2023-2-14 06:51
6 `3 |0 b+ h8 C2 Q. y' r那在平飞的时候怎么控制横滚呢？

% e' e! X7 q) I8 `( q2 H* _) s跟大疆水平旋转一样啊。0 @% ]8 L. t1 l& w

* @; P& c: [- {# d; x- h: C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
作者: 晨枫    时间: 2023-2-14 07:08
机器猫 发表于 2023-2-13 16:58
) r3 ~3 k, b& p% x9 @) s: C: \$ F: H跟大疆水平旋转一样啊。
( z: F* N( {8 [  T: U/ J6 k8 Z# i2 @! b' A: ?4 l
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 M# M9 y7 T* K& ?& v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？
作者: 机器猫    时间: 2023-2-14 08:09
晨枫 发表于 2023-2-14 07:083 [6 y! `8 Z: M% a8 e6 g3 N% J
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 ...

) @; ^6 c; q! `9 R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
作者: 晨枫    时间: 2023-2-14 08:33
机器猫 发表于 2023-2-13 18:093 Q3 }" E/ b1 v5 |2 S
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 ...

+ k* Y! R' S9 ]/ y+ i  L% ~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？
作者: 机器猫    时间: 2023-2-14 08:42
晨枫 发表于 2023-2-14 08:332 e% V* K4 H  C) b& O5 v
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？ ...
& H2 |/ }" B! k$ u' _1 @5 v
嗯，试试吧。感觉重量应该不是问题，两边是对称的
作者: r52097    时间: 2023-2-14 09:36
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？
作者: 晨枫    时间: 2023-2-14 09:39
机器猫 发表于 2023-2-13 18:42
, ?+ C# P, _3 j9 U& q" ^7 x嗯，试试吧。感觉重量应该不是问题，两边是对称的
  `5 w3 T) |, S5 k% s% Q: y
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。
作者: 晨枫    时间: 2023-2-14 09:40
r52097 发表于 2023-2-13 19:36
5 p& |9 \  c. U  ^) o, h8 n+ O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 ...

9 s: _6 l4 P: P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。
作者: 机器猫    时间: 2023-2-15 01:18
晨枫 发表于 2023-2-14 09:392 w) l7 {/ j! j$ L2 z
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。 ...

" Z  q% @& a, X# k这个倒是可能是个问题



欢迎光临 爱吱声 (http://129.226.69.186/bbs/) Powered by Discuz! X3.2