|
本帖最后由 晨枫 于 2023-2-13 14:18 编辑 7 H3 Z7 w+ z7 R$ O# A! U
! n0 f5 q( ~% j$ B* D; b《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。
s8 _. ]: F# d$ l! Q
L {' e$ h( D
* q/ h& Q) Q" i《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?* L. C6 J) j* r5 C. N5 G
3 i) U+ E( `7 }" c6 Z/ u
5 {! d' h; d! W9 _; {1 y9 A2 l
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
e) c7 }6 h0 X7 e8 `8 f1 Y& S" S: z% U
; a7 }1 ^7 z" G: M还有人认真地画出三维图
9 l6 ~( a3 f. B" ?* l) P& Q8 ]5 h, p& K
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。! A1 [8 D+ J( A. ~; e
& p6 J0 }1 G& j9 I+ c' H- h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。& M( B; t7 {5 O! G6 @ {
7 C$ n6 |% }( O% E# 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。5 Y; M9 o2 A' x$ R3 n
V0 Y$ O0 O! }& F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。
3 r) U1 S3 f4 T( s" j/ t6 E* U* _* E7 \! Z2 _% f
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。+ [" U, B* o6 h) X5 m
3 h( d D8 P8 T" o
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:. O6 D2 \2 R' @" e# @8 E( K% G
& L5 C" L. A2 j3 y5 @5 K1、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4 m5 _# m* Q! W, s3 O8 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
( M1 `- H- |$ @* M% 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
, Z' ?( l3 y8 j/ q8 L' z9 T$ 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
" u: o% C+ @. p5、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
! X- }' o/ k( v8 i9 ^
) \) V0 u* f8 |- W( A$ r, sF-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。9 Z% w# f0 W, {3 W2 ?" T& S4 W T0 U5 W
: b7 w ]# y+ g6 W
左右平衡则像“鹞”式一样,用一对喷气的平衡臂控制。7 a' F" B! t$ Z1 i( ^2 `
: o6 G& [5 Z% o4 l+ v( Z ~' ~
1 L, u3 ~+ x% m
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8 ~" c! l8 o+ m6 E9 ~
2 @1 i$ S1 O# Z; z- G! ?
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!
5 n7 l5 b! ]$ }2 t
, x. g* {0 X7 C8 H, I( f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。
- L; u; B5 |; b9 ]/ P7 T. X) l7 V% q$ o
& t7 m9 C" p+ u! M: {- {
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
. l5 x! k/ t2 T) t
! A3 w" l; ?. N- u( }: p7 ~/ ]
2 Q$ y0 @6 n/ \/ V8 J4 F1 }2 \
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
4 z/ r- h9 S" R: e! v
% M5 [3 t* h: C4 ^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$ W. s# H X9 J
1 f3 r. v/ |' ~' U- N% h
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。; M# J- ]2 ]: l4 T; Q7 c1 o
' W r* @8 \, Y! S! R/ v" ?4 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。
9 ^( x) C# U" A: `4 o) o: Q) g
% I- s2 N" x1 X6 T+ m
; f8 k/ U. t+ t" K& o+ w) o
想象中的歼-20C将完全占用机内武器舱! `1 G: W$ D8 |( ~$ Z
( @1 b" W+ |" ]4 w& }4 @
: I/ b5 W/ J: t! w
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
$ ?* r) p' r6 E) w; ]5 w( o, f: ^$ e- `+ [. c$ @7 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。
^$ _ h' r! h F
4 L/ u3 [5 c6 N0 wF-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。
( z% H0 ^3 n d0 T" D
6 a+ b2 D7 @; i: Z' [! `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。
' K8 w/ ?- N5 f# p! T9 l: Y* A' \ B* [
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
|