|
|
本帖最后由 晨枫 于 2023-2-13 14:18 编辑 4 M" ~( G* G& M; `. E: ^
8 b: d4 D7 D' b6 P4 `- U9 y《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。
/ n2 R: o$ o3 F* n: ]+ C" y9 z$ W' o
7 L8 I$ G8 n$ Y: r& r4 Z. T《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？
( S4 ^6 H/ [3 u7 c K
1 `' J1 \3 d4 {
/ l# p* d- w( \
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
# |/ n6 l. R; Y3 \$ w
+ }+ f( D# K! d: M( t
( W, B- Z! e/ A* G5 ^7 U: w还有人认真地画出三维图
% q1 O: A& L3 p" U" v. m6 V, d Y$ }9 C l/ {( U/ 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。
1 e6 p$ ^9 S0 v, J/ p& g6 ?% o4 V
" r+ N, f; K8 A$ E; P' O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。
# E1 _4 ]- z0 g5 M
5 |7 b- j/ j) @4 w& R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。; I! c7 \ p& e8 v: q3 {. }
6 [: i( N+ J5 y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。
4 w6 j2 m5 d/ E$ o
9 V4 B/ F4 R& d4 Z0 h8 }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。
. F% F- D4 @) t5 O6 Y* S
' x3 c! o2 h a% V5 F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：! d% N m. B. w2 X
; ^$ |# u+ t/ |. C& j1、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- F* Y+ Z: M0 |+ J% G8 V6 A
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/ c( N. p/ @% D# D/ Y
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# v+ T8 B) L+ D" ?+ Q# K
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/ k: I/ {* E3 ^, N: ~
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
4 C" @" ^+ L1 q' x1 Q& E! d, R# P) v1 P$ ^9 {) f% r
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。2 j4 H; W. X( D' F8 ]# Q# A- S
0 O/ P" a& Q- M/ \! o2 Q, p. `- F8 p/ D
左右平衡则像“鹞”式一样，用一对喷气的平衡臂控制。 \+ R6 Q6 y" p# T
8 X% ~0 l7 G8 A/ d* O8 C, D
9 q, q; O: F" {5 W0 s5 @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
0 u8 L8 @. ?" y' B
$ y5 K n! e* {" ~8 K4 k6 k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！
3 g; L3 h1 ]; ^3 y) z! @& H, ] d: U) ]8 `
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。0 S$ W# G3 h3 s" x, l( x
# I1 D1 N) r; B; N7 z0 m
4 [% ]4 E& s# G3 W6 A P" AF-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
9 B4 y3 }& `7 i3 v
) ?! G/ J( ]0 L
4 ]$ Y! t9 T" x$ m' H' q' I7 ?
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, R) P) O/ n8 z/ S2 T) f4 J
4 H: q/ i: Z8 A# E. l
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。0 ?+ U" x9 n, i
/ n) y0 i; N' z) t% z6 U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。3 L( `( g9 c1 ~; G8 k2 q5 J7 [
- R. ~3 X6 f5 g0 v6 |! B, G: S
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。
) _' H# M, G" d: ^8 g+ f! |( c; o1 F, r
2 A- z: F; l; Y5 x
想象中的歼-20C将完全占用机内武器舱2 N. {) y- h# y# Z
/ S/ M" |. A6 f2 m- ?! b2 @/ ~
2 a5 `! _1 n- {2 W1 Y( e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; E" @5 z: E8 Z- J; |
0 X# P6 E4 H" Y9 A1 Q7 M5 [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。 ~( m4 b/ }/ b- q& e/ Q2 C
% f% Z3 ~+ @ X- k* `, U8 i
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。
, a+ V3 T0 r- T6 T( D7 {* O5 [2 ?6 k+ I/ Z) D: A
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。1 i4 W o+ r$ ]. w
) p9 x5 W8 J* d( G, d- b4 W& h( i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
