|
|
本帖最后由 晨枫 于 2023-2-13 14:18 编辑
1 R! C: E7 l- G5 d: s
8 h' n0 x6 E4 m+ `# K( K《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。: b# ? u& S( L" C$ [0 d& U$ i1 P& i
. |" s: T& ]. }( S: o: E
( ?4 w8 X' Q! [9 ?《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 b: ~( v9 \# W# R1 `4 P, c
. S- w: r: s: e2 N- @# ?) z! ~5 ~) ^: c
( ^+ s- j& ]9 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-35B1 r7 x, |! f4 i! I: L/ ?, a4 J' E
, J' r4 w+ Q' j
: k" G- ?2 w9 R4 {还有人认真地画出三维图8 k* N1 B+ y' X$ [8 h- f2 D
( {' i7 k1 F0 s3 g5 `. O
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 p( S. F9 N7 ?; p: a! W
+ k; C- \ S- t. W+ W6 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。6 r' c9 f+ K9 E& G$ |
6 S9 `4 w6 }# K: J) z2 p, T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。. O/ I/ X _3 G9 d# q5 J$ ~2 n
, V% o6 _, X6 Q" W/ O* T. L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。/ m4 ~: I) X+ |' P
% S9 d3 v; Q) o0 m6 q$ T
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。
& v+ @3 I; L2 L/ u% u3 u1 n
1 d' B1 d' m/ `- d+ R( E- g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：8 H5 E: s; G- X9 T! K! T9 {/ Z
% E: Q" r! O8 _
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9 S5 w2 y4 G9 ~6 D! x; e
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
2 s& W6 a9 [ b/ C: r) L: M3、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
% d; u' G( ^( }; c2 g0 L4、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' n; Q- u7 s- A. z' }" N; k
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
- z& o. a7 M' `( Y" n7 `8 m8 I1 N2 J3 d; O. x0 K' v
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。
& I: z" Q( u* ]3 a5 W2 h c7 q9 F! P- y/ G4 r
左右平衡则像“鹞”式一样，用一对喷气的平衡臂控制。" P) |7 Y2 x8 ^# S3 F) p8 M
, L3 w: J" g3 \% U" z. [& `
0 C. }8 W5 n$ n. L- oF-35B作为最先进的垂直-短距起落战斗机，很自然地成为参照+ _7 V$ \! N$ @+ C# h6 a4 W" w# w
: u2 W9 D+ C6 `9 |2 V x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！
- n7 r. M+ V' L! y9 O1 P& O7 i& ]( b3 W
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 n! e% X4 M. \+ H( n) E: y( ~ X! {, i6 n+ h
1 F0 A. e0 u% v/ K" G* \( YF-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 W4 O) P% X% r! ?: r
5 o4 V1 E" I; p: }
9 }' x6 ~- d) ?8 s" C7 \5 a' \
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
8 b5 n3 _3 g; x/ X# b3 E! a. [/ |; R& W- N6 I5 E
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。7 y6 ?2 w& I. B$ d- O' ^9 O
5 o1 E( S! M i6 T9 o9 z R# ]
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。
, V# w; O( U1 F. B8 [9 E! d) `( f! i, R, }
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。
6 n1 |5 W$ r' W1 \
$ W. x8 y" V+ C g$ F% u9 n
# X6 t0 s/ W, |$ i1 ? J! L想象中的歼-20C将完全占用机内武器舱2 V' K8 h! J. x
& n# [# f1 i9 E! M- M/ X, G
5 D9 o" s# m5 x9 n
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
4 u! o6 a; B# f" ~+ d# w; r% h, L- k5 @
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。0 N$ P% |3 \7 @: j$ Q3 }# w' p/ t
7 z7 U- V9 \5 t! u; p
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。9 ?! Z1 Z; M- O8 k
7 U9 i: f* U" L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。
' C: T* g* ~: l9 i$ @
4 `0 x! y& o" `, g ~/ 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
