|
|
本帖最后由 晨枫 于 2023-2-13 14:18 编辑 6 i3 N/ q4 z2 g$ m% q! _+ _
0 ~, Z6 H2 s6 q7 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。
7 G+ d0 }9 I( g3 L6 _& t
4 f: Z& L/ i/ V& B( p; ?
/ N$ N' H$ h* K+ q' V p
《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？3 n, Z( L: {' _
, m8 G5 ?+ E1 F4 x: J! P4 {
" j- z/ }* X/ u1 }
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/ ?+ K! q1 |# j$ _: s% d& p8 [1 ~
3 |0 e0 E3 S4 r, T( d
A1 z7 ^ X+ ?! R还有人认真地画出三维图1 D$ z) Q' Q. ?/ M6 r
/ X4 u. }* v% k [1 ^+ ~
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+ N$ D/ J- e8 N `8 l' N. w+ V
3 Q" b) [( G, j. v6 T8 N3 j2 m9 y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。3 _, [. w' ]+ h3 _3 a7 c8 h
% Q5 {2 Q4 g& t1 k
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 U' o5 R1 u! M
) B: V1 u: N( p1 O) }( o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。
" v1 W! j6 H6 f& P$ c4 ], s" K6 Y/ ~0 X) s' k
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! |( @) a$ A P2 ^1 e
( `6 B3 S- J, X; O0 n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：3 T; Z$ v, ?7 l
( t/ ?9 d& j& [! z. U; ~
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
$ t$ ` l, R% H# }4 `6 ?( g0 u5 u2、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
+ h* F6 x; ~! 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2 k# F7 _; \, w% P5 S: I( l
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
& r2 w. T B) L# B }) a9 i! h* l5、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. J, S7 c7 ?" O7 Q5 k% O" H
) m2 f" I7 z" T
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。# U$ i* _0 `4 w, Z3 O0 N
- j5 M/ l3 W: a& Z" T8 l左右平衡则像“鹞”式一样，用一对喷气的平衡臂控制。
6 d( E7 t! d3 `9 e/ m6 x
6 M/ ~. z+ S- I: ~! X8 O* z, G
( [9 q, X/ K7 Y" z; y+ I
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
1 z( R2 d( W, E4 u& Q6 o3 e- E
( R' O* ?$ r% n' g8 [* ?, 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！$ [, Y3 N& | E
$ }8 U% c. r3 C7 j5 S, K. _7 v: L8 j
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。
! q! _3 g( \! J( ]& P8 I% d6 W
6 a, g. o) O3 i3 @
% h0 K6 b5 t, H8 K0 N
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
- ~0 j5 i" \0 W# l8 k( S+ _$ `' Q C
# v. V. e! _& \$ I& B, ?
5 i# d/ k. }) n. _1 S* O7 d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
# D) {# I' f4 @! G* C, A; Z
0 |, } p, q+ o3 ?2 i0 v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。
H: \& `* R8 r5 z
9 B7 k7 l) Z8 v4 D; W4 A" _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) V; @ ~- b
+ P4 c8 ]. i( R- a. i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。% |% _( B. Y: `# `
8 r# X7 k2 I8 w/ c
/ a, L# l/ q% I3 ?& A+ X/ d想象中的歼-20C将完全占用机内武器舱3 z3 O* Q7 ^9 y
' q% y. ]8 t$ o- ?$ s9 n% L
6 V h7 E& O0 \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+ o; r5 ]: Y3 s. n+ n7 e. S
% ]; g/ }0 w/ X" X9 c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。
; t; e. A+ U9 e% a: s( U$ R U I" z: \4 i. j9 N
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。
% o! Z9 P. Y. W( \# E+ ?+ c9 D; H4 @0 x' p5 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。* |6 ?) K8 j( o; G7 L( k% Q
+ w, z' ^/ T# i+ z6 o1 f7 c5 v
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
