|
|
本帖最后由 晨枫 于 2023-2-13 14:18 编辑 ; ^. w% [* F. R. o7 g. O
0 R: }- `& E. c' J" e4 Z# T《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。; J- s# @& P0 ]1 I8 D
9 C; c9 ~, n, S) H
; H) `; G! W# W1 }8 ]. A
《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 C+ o2 {+ U! t f, O, f
( {' c) A4 P- u6 y+ m
6 c% c6 w4 S3 g; q% r/ Z
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
6 R- l# q( t, b1 n0 r0 ]# j, ^3 q' N# u0 ~! \8 |& o# m& [* \0 j
" w' g% ?& ~2 f# {- x: \& h1 b
还有人认真地画出三维图* `3 Z$ c1 f/ u3 s! j; g8 L$ k8 o
9 T8 K+ a: @. [
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。" U! u- T4 w" \) e3 r# o6 D
: m1 `# i, b# V& V" @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。
% G( }' E/ U+ ~, G8 x1 E$ i; ?6 e7 F! a9 u9 O
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。
0 M9 m! {) C) _9 Y$ b
7 i% R5 u8 c0 R' }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。
: X2 S) Y7 [* B
: G& ~; J. j) E3 H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。
1 n- K- }3 @# K% e; B6 ^7 I. s# |0 q9 y3 j8 j
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：
( [+ A# ]6 d: R& ^6 ?3 s; Q7 s, _- ]/ m3 |4 M: R
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# K& H% z4 k7 \0 y" F- ^" H
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
' K; p- t% q' F, w! \8 n3 s/ b V. H3、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+ ]7 n3 H7 f) E. H
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
) ~* {, E$ \+ A0 ^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
' L; n Y7 L1 e: v8 I
) [* N" @2 q, r/ C5 A1 u3 y1 ~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。
1 B& b0 V2 f- j3 n( H- A- W$ q
; `4 V% M" W9 W& s9 P. @左右平衡则像“鹞”式一样，用一对喷气的平衡臂控制。! o# b9 i/ y2 A- o; t
3 G& y8 i: d1 i) [! a/ r
6 A* E$ U8 U$ `3 GF-35B作为最先进的垂直-短距起落战斗机，很自然地成为参照
M1 {/ a7 ?( {4 F, V* x; d7 s# e! C4 Z3 `( h( i
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！' D r$ z/ S5 ]6 [" I
, h( o% M! R9 b" F; v, I2 o! s
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。/ D4 o" I6 z; G
$ T5 l* q8 k9 R( P# a/ L. L
, J& P- D: {% ~ W* t$ @# J
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
# ^# O _1 ], |, m7 ]" r' W) S9 y
# s0 Y2 O! W& c0 t9 Q$ t
7 [" A; K- X' {2 P! P- 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9 k1 T% L/ Z" N0 N4 X, h
9 d- ]$ m. _/ c, u6 H; d
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。
$ T3 k) m( i; ~' L( K
9 {- l' t' r8 n4 a' v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。" l9 _* S3 o5 x
/ Z& S L3 k2 k6 |+ O) H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。" E9 U5 o* n3 ?4 q
. Y& t1 H* H2 Y4 v6 w
( _- P6 W! t" {# I
想象中的歼-20C将完全占用机内武器舱% N% f1 F4 w0 Q9 Z/ ]
9 M- U* ?; t: r3 C
" e! l; |# @2 ^: c9 R- R6 j0 B
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
* ~+ [* p+ ~1 d n' \( T0 h0 Q- @& i* @
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。
. F. n7 a+ W2 [# r- V2 h; ~5 x8 v7 l- @) Z1 Q) m
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。" V7 u! `2 q* r3 G
4 a- j5 z3 f9 p2 S% S! e, Q
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。5 p% i, e# p2 S! K d
8 a7 G5 Q/ C! D3 z4 _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
