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
% B: a; [& E' Q) s; |
, o9 y8 ~4 N9 V0 m1 q《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。" z/ @& T( q. F' Y
/ N! {- D" z4 \
5 X% i5 r. m. o9 g- Y  ]* M- e7 ~, @" S
《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？
7 i' A4 J6 V! n: W  e6 K9 n
- J1 o$ ~) ^2 F3 y; C! [ 9 B2 P& k6 o$ m& A/ f) f2 _/ \
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: B1 F8 A& t2 e2 q: i# b$ [- Q

$ U3 i" h6 U6 q( Y $ F$ r, b' P; l  H- m
还有人认真地画出三维图! R* ]& i* c* V5 A( I
9 i# S% @! Z* \8 {. E
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。
! Q* y& e  `: _
4 e3 A0 z# y4 N/ ^' J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。- w7 Q9 Y0 o0 F# g
0 `$ }8 m* O6 a* \
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。7 r+ O. r: o9 w8 x) Q3 Q

' C4 S' {7 n" n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。
# b3 O' N3 g; Y! _* ~- ~, {% y/ w. ^" C
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。, p& Y# Z* q% h6 c' e' ?

) D* Z: H+ C8 `4 y4 ^# J- E# s1 W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：4 X5 I0 u2 W' b0 Z- [7 r

! v- F2 R  q% Y7 ^) Y1、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
' P5 V# O$ X' G6 b4 x: B2、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 o1 x: L3 f1 q) s
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+ N4 N: ^3 ~& P; Z0 b- p
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
$ O" r9 Q* B1 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
3 b# A0 |3 O0 Z9 {% h
: m8 L$ J  T$ qF-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。
! i% h, [4 Z7 u! E- B
% X- s# r, h+ V0 O4 Q& ?- V左右平衡则像“鹞”式一样，用一对喷气的平衡臂控制。
- N7 u; O% B2 e0 M
! \1 {; N5 F: d . I5 G1 g9 V5 U0 ?1 ?( ^: l
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! P6 I% i4 _9 G& f5 C0 @5 G  J1 c
! @' |/ {4 i+ Q9 C  r9 y7 o, I( l
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！+ R9 o( Z6 e$ h
* E& W! r6 I& q
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。
# z5 I- }# H( `1 r+ w& K+ j2 j
) e- `& h2 P1 D1 a
2 U. j& q% u/ Q% s6 EF-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* f+ s- h( W  B2 v

8 g: p  A  ~+ Q0 P% U! j) I
* E- y. I/ \: p4 x. t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
! x+ \9 W: L: F! P6 t+ V6 O( [; W+ }5 ~% A9 u! R
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。
  Z, j" X! P8 t/ b" w/ n
! k4 {# z) |: i& o8 |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。
5 E# Z3 C" T7 ~( D' j  {# w
2 q! {7 y5 H2 @9 I+ t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。# R8 Z% X2 L3 X, {; e7 b8 W
3 F- {2 L& S9 q' `9 q) n3 G4 C
1 j6 `' Z% O7 S, q2 D
想象中的歼-20C将完全占用机内武器舱2 f* {0 j# P7 B

7 D  G2 P/ E' x+ z- ?4 W
  s0 o3 @3 D6 B3 X2 P( Z9 q9 C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/ T: l5 q$ t1 P0 U+ P

$ k( L( I/ W8 s& P3 r( a8 {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。
; @9 B7 _2 e: |. ~) n: \# `8 P
" [& P; y+ J/ e+ a+ P8 U9 JF-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。
) n; i4 C2 Z# s" {  |  ?
0 ?# }7 ?5 r+ @" g* _1 o' w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。
; f6 x5 D4 \4 u/ D5 P# `6 Z" T$ B  e, w+ |1 X7 y
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。3 O' J1 ^: Z! ?) O$ U
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! R/ Y4 _  U% m

) q4 A' P  h2 U+ O/ _+ g/ g" ]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" X6 W1 b" \2 D; @0 h6 j
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 ...

- |, x7 R5 |/ E+ {% }喷气发动机的调整没有那么快，大推力的惯性更大。
' W& O+ Q. y6 g$ ]! S3 O9 j# @% u! s# X& I* Y
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。* g$ V! _8 E) f+ R
( [" N" b; d! O$ \* M
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& F; i2 z4 Q( J( T' z
喷气发动机的调整没有那么快，大推力的惯性更大。' q: _2 F* |9 M( X# {
8 f" R/ V, S! n, v3 C
马斯克那个做法被业界很多人骂，原因就在于这里。他现 ...

# N. G  l2 B( K2 F- y' p$ @# [1 k还好吧。现在还怀疑猎鹰-9可靠性的应该不多了。
0 @! a1 h3 D, `# }3 P, z3 Z4 [4 V
  `/ I( r% E! _" m% q7 Y. o0 o3 C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

/ ]. Q: _$ e  ?: F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。。。( Z' I: m0 \1 A/ ^
7 p% H" m9 w& x6 L( D
作者: 晨枫    时间: 2023-2-14 06:13
机器猫 发表于 2023-2-13 15:46
0 s& l4 Z6 @# ?+ @- T& U  H+ ?还好吧。现在还怀疑猎鹰-9可靠性的应该不多了。9 M0 s9 x: b& w$ n& n
7 |: l, Y0 N& v+ L" L0 A
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 ...

" u$ C( Y# U% F& H9 V! N( G1 n% R' O, u# z
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" ~# O2 I5 h4 j  `
像这样？

( s3 F$ p0 H$ ^5 z4 Z9 t, |+ B对，就像这样的5 T- c: v: K& P  F1 d* m7 |; z
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
1 ~$ b! e! P6 \对，就像这样的0 r( \' ]0 m) O+ w. p0 ^7 N
不过这个看上去还是有servo控制副翼？我是打算全去掉 ...
+ M% |. b: \2 q. N0 d
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& o# r" E) `  ~
那在平飞的时候怎么控制横滚呢？
, [" `9 x; |. i: L: A) ~
跟大疆水平旋转一样啊。9 G8 d: @/ T- Q: i* t: N

) `) p: ^2 g" r! @+ G9 a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: d$ x( T. g7 X; K3 X
跟大疆水平旋转一样啊。: x) v6 @8 X* f, Z+ _; Z$ d
; C$ N0 ?8 g) _- F* J
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 ...
9 B3 Q9 `2 ]$ I& [/ F
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 07:089 q  G: j* \" Y5 h
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 ...
( f4 y% z- V. Z, B$ C  a* q
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 18:09
1 ?$ a  Z  V  ~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 ...

. Y* X6 k: i6 T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 08:33! C$ w0 e" R# i6 W  L. g
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？ ...
# d5 G: {* }& [/ ~. b
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 18:427 K  r3 Z7 j" `1 Q  l/ g9 Z" t* ]& b
嗯，试试吧。感觉重量应该不是问题，两边是对称的

- J6 t: u4 l8 ~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 19:361 ~1 _5 x' \# L* A9 G# H
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 ...

+ {0 N* }; c' t  |( n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 09:39
9 ?# w5 X. O# ]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。 ...
; ?: M. q! k. J0 b/ B: Q
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