|
|
本帖最后由 晨枫 于 2023-2-13 14:18 编辑
6 H! b5 m; w+ N( e; z
4 b1 t0 N. h- W《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 x0 [4 q1 X& h0 }- c1 [: E2 j* l" i3 B* q, `+ T9 u
3 `( X6 |3 C' J) g《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？0 \. e. J" J7 B3 H+ Y( L
) e; p' h0 e# E
7 D5 P0 _" ]* K$ H4 R
在电影里，歼-20C是可垂直起落的歼-20改型，在思路上接近F-35B4 f, l2 O9 l' S' e+ P
/ v% Z; y5 |- G1 r U' x8 i/ l" I
/ t0 E* s; E) i
还有人认真地画出三维图0 q6 o% y8 w+ O. n4 K2 L& Y
, Z7 V! e" j8 d* \+ 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。 u7 v& _9 o. o4 Q( y
" h" q- ^' [! w2 c& B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。
2 L( E- O& T8 y$ _6 h$ A: [; C5 `# ~9 c) a3 o4 ~2 A: y
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。) A( V# ^5 R: F& h4 u
/ `. F% L- N c
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 C+ m( o' s! [9 i5 F) e
4 [* x# }2 P: y5 [9 A9 ^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。
$ l0 A m! ^8 c+ [% ?2 Y) |; N! e: ^- ~ ]) 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：
0 Q3 j' L- [1 N- |4 v# \7 `" ~2 \! R# ~( i; m
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+ z2 g: q8 Q0 P0 q
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( Y' h% C* f7 R, H% I
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
, E2 f1 V* R' L# R6 I4、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4 O3 E2 G. M1 |4 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
# p$ S* U: K% g7 h: ?2 R' u
# z* |* t9 @0 @$ [ hF-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。' Q$ ]3 t8 F1 Q% s
0 O9 W- p5 i3 P5 M
左右平衡则像“鹞”式一样，用一对喷气的平衡臂控制。
# w# }* i5 g- E- c
3 j% I- p: i# ^0 q$ X l
4 \* L; x# M4 j7 q* ^
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
# Q T9 }& Q6 `" N
2 S# ~/ f) z7 m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！
$ O7 m% X' ~8 s' U, D2 `
7 C T; N; C3 ]" ^0 L2 _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。
4 F; U5 g8 X' d3 O' K0 a5 z2 G+ A+ R4 G* N
( P! s# g- y/ { C
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
9 J8 P2 c2 u9 Y( F8 O
0 `! { J% e" M' k
; M2 k! }/ u& @" H
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, w; {2 P* s& ]: h0 r% H9 U2 u
5 w5 C5 {1 u. B0 Y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。
# X% z: d( q; ^ K
# e+ T0 Y9 q/ s# ]4 F. b1 K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。
+ F2 Q6 U. D* ]9 ^1 v1 n& f/ F- d! @$ n
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。% Q, g1 }) [, B* D: k5 k% W
8 _3 P7 _9 G/ A( Z0 L2 g+ l7 _
, }8 l0 j& @, Z8 m, H* r$ A
想象中的歼-20C将完全占用机内武器舱
) P7 F3 ~ H) y. M- E+ z: i5 _& [2 L3 B/ V9 N i1 I4 z! K' `
/ ^. i z6 }/ m) Z- F: ^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2 U/ h0 w4 [$ g
1 [8 H9 ^) T& [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。
& V. b- A+ c1 H( y7 ~
% W3 H S3 }) X F( m7 oF-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。/ B: l* l+ J X5 H! ?
; a5 `3 ]& y: W, |3 j9 x
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。
# M& }# B5 c$ e) G5 L
! k3 S5 S7 X/ 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
-
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
