|
|
本帖最后由 晨枫 于 2023-2-13 14:18 编辑 + [4 F# R$ S& I) T
- x# t/ Y5 t3 r9 P
《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。 x0 z% r, w- S; `
/ o6 w5 i6 N; N# N4 S% P4 N! m
3 n/ B+ b, C+ D! N' D4 @4 |
《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？
; `& z) ?* F! l7 P- ]8 V
p& h2 F! h3 W* Y, V' x1 l9 F
' o* l6 r' t& v5 Y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
& C! s8 _+ u: U4 q8 I( J9 O; L) z. N, c8 i5 c0 Y a
. l8 |1 F7 U/ P' E5 O8 {( q. w还有人认真地画出三维图
* R) _/ Y6 V2 U7 F( k6 r- w) g- \
1 M+ C& ^8 \. S7 m: W' C6 q Q; C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。
! d2 {! ?4 a7 {5 ^
- _$ z* K2 ~$ o- _* V* T6 P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。) X7 P5 Q& D _) [! t
% ?, n; W" \+ T% R7 B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。 X5 Y- |- E& d6 T
" b% d- ?- I/ i' ^
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。% K! ~6 J! C. I; v6 b
( S$ r3 G( ]4 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。/ |9 u" ] w5 S' m$ |0 M
2 E; _. l7 c# I7 [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：
$ S( k: g, |& M u5 f! F* T( ^2 K* Y: t1 V
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( S4 V2 S4 l9 e' x
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! T7 l `( F0 R. Y( K! 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
N: h5 o, w( c& G. y4、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. V* {- b" m& O7 l/ b" b9 D
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
7 h+ ?% S. g1 v! c6 r
$ H. a6 D; g3 u, _5 _3 WF-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。# E5 R# M1 ?/ }' ^
8 ^# L7 n7 [/ d0 j0 s [3 i
左右平衡则像“鹞”式一样，用一对喷气的平衡臂控制。: c6 G3 K& W8 E& ^- I+ _. B! _% c
3 v6 J. w+ w; G3 H7 g$ x8 `
* J' s3 g9 F( w# }0 DF-35B作为最先进的垂直-短距起落战斗机，很自然地成为参照
2 L0 l6 J( i- {6 i* e, s# ]9 ]3 X$ g9 Z6 n. Q
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！6 q2 @1 q& K. k4 N7 K; f
: g( O5 s6 Q6 A1 a# P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。) K; `: Z4 J+ ], z
$ q2 F6 g- E' U
# B- x2 X- Y* p2 ~1 j& G& K+ 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1 ^5 N% y" d* E+ F2 X
+ B4 y* W _* r- w4 m! j
; X+ v+ x$ E; l% f- m8 U& i" ~' @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/ z1 E( S( Z8 O |5 A" \* c( I/ Q
" z; }( _2 r K5 B 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。
/ t2 X7 O+ q' I. \ e: \7 v% p% E5 n k4 M7 w$ t2 _
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。! P/ W+ x) A8 B( \; G! o4 X" C
; ?' }% F( i7 [$ d( X' i0 V# L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。, v* D6 k; ?: P, \, U- w
3 O* r7 t/ }) M5 n. B3 r; O
; S0 X. O" Q0 J: H$ E4 I( T3 O M: i想象中的歼-20C将完全占用机内武器舱
! J' J( r* e, Y+ Z( H2 t& \/ _" s; A1 [9 T7 L0 O0 Z
! e( B% T" g8 o- q7 [8 }4 v1 S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/ p9 l( v {7 e0 S, G4 S
. J3 Y. e- Z- H6 x0 V8 O) 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。
7 D4 _9 I0 j7 W7 V6 {3 e1 ^: u, {) a+ M$ u. u9 B
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。3 @( i. {, z' ?8 ^) X
& x5 n# i/ R( w4 ]$ 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( r; k( y* _( z i
; m& s+ i( f, E- k- j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
