|
|
本帖最后由 晨枫 于 2023-2-13 14:18 编辑
1 ~) M7 j/ E+ R/ A: i5 c1 ?) W B; a9 L% w0 a
《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。
[2 F4 C. u( r" G; W
7 q7 m$ [1 e% Y! W1 w4 g0 s
; Q! ^$ W$ }) s* d' W K
《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？
! W X) V4 w2 s7 D! I
b; p; E/ e8 d/ k" D. }9 A% O$ c
6 ?5 x; y0 B) b4 j. n* Q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
& O3 {2 n' d( O8 f
8 ` s* \7 O6 L- y- y" k; Y
4 ]+ s1 N) Y. W还有人认真地画出三维图& o3 p, U' t1 X0 I; j2 _: \9 J
; P+ n1 j: y/ {! _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。
* n. U" K3 Y% h3 L2 ^
; j% s2 e& t: M# y+ m% W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。
8 w( Y( ~, n" y" M$ O9 i$ I" k: q# V8 _
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。
" h ~6 l. f$ y- k/ A9 u+ [# ?& R7 x+ m# g1 s0 a
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。
6 C3 f9 O2 d8 v$ p) ]; E0 L7 Z$ e' i. O) m3 s# F8 q7 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。
6 Y+ n" Y% `) y* ?+ t" q/ B9 C& H, T
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：6 v N p; D0 `* r& Z" w
4 f8 N/ A+ H8 ^) \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% [0 g Z4 G5 m% J
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3 i4 b# n# A9 O1 a6 N: d
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
% [' Q; s0 k i: l7 d" J6 D. t8 s4、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
5 l# f5 z+ p+ m& l+ Z5、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
6 r G+ }, u& W* A1 Q6 i* v, J0 f: ?, J% b8 J" 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。
: \( y; C/ D, o/ [0 Q- R( F, o5 ^, r# }& V) `9 \0 g
左右平衡则像“鹞”式一样，用一对喷气的平衡臂控制。/ f. u8 t/ B5 T; x- W: G3 J$ P; u
( D) G9 ~& b* y% \* b
" g- y. M* ~' k+ E! M x) r* YF-35B作为最先进的垂直-短距起落战斗机，很自然地成为参照% I4 O1 C/ t9 w6 H
' w1 K ~/ N5 ?; H
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！! @9 v8 ]( d7 M
9 e, o; X; m1 [! A# V
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。: N% t% w/ v+ O
$ ~% K) g, B+ a# ?4 @
( Y! m# v' v) U3 Y R; i! }- E
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
# z/ y" p3 I$ {4 z+ ] Z5 {# N& g b) a. A. V7 T6 V+ G5 K
" A2 }: M* C4 D' ^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
$ D" Q# [ L& p: }0 H2 k# k5 c/ H( X0 J4 g1 `
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。2 F& }2 S+ v' y
" p& b; E" a+ k5 ~1 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。7 E" _/ m, i& p, e; O
# S+ A3 v+ b: J; [+ q, _
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。2 ?1 I$ ~. S! E1 C7 x; {3 @: B, }" g
5 p- S' p& E6 _- e4 D/ y
( Z6 ^% T8 s m) Z
想象中的歼-20C将完全占用机内武器舱) b5 `& w) F; ?# M$ c
) Z! t2 ^: T+ T9 D* ?! b3 Z
3 f: z" D: U2 W! 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
7 i: U! y. s: U# s4 A; E0 k3 A
0 @: p; h7 Z) @ G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。
9 ]8 T+ M% Y5 K `! h! o1 T# g z# U& `: S8 Z6 ~& g
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。; Y# K \3 d, c0 L
8 Y9 Z2 M2 T4 w1 K
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。
" ?, S) z' R3 }. Z ?9 K# j G/ ~' V5 y w# o7 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
|
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
