|
|
本帖最后由 晨枫 于 2023-2-13 14:18 编辑 Q4 F5 `% w0 c1 _! S0 p. i W
3 Q/ u. V a8 d( `8 }
《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。( [7 w: ]2 t1 V1 J1 h9 H
$ _9 S8 E z0 L1 X
: i4 b5 X: ]7 j9 U: O2 ^6 f《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？! D! m* `# p N. Q2 R
; f. J k0 r2 e- m5 u4 l$ {
2 l+ I. @! N; n# ?! W* r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) g& i, {( l5 |3 D: V( S0 p! X
2 Z) h8 k7 ]7 a1 }4 g
& R) _8 y% y9 h还有人认真地画出三维图# ?. W6 h+ D! t4 {
7 T# ]0 T2 |# ?3 S, r
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。
7 N- M, J0 ` Y6 [$ |/ j' {" z" b m3 [
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。
& ~! O7 L7 e( b$ K- G0 Q- f! ~7 F" z. q h) _& A
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。
+ v2 {3 L! v! v L7 k" K7 ^6 _5 a1 s% y$ p
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。
' K3 j7 ]' W) a3 I: S
: x( W& A5 W; [$ U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。, t' x* U+ p; U4 I) f( R
8 ?0 n" Z& o$ Q: @/ @% F9 E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：
- [- v6 a# J( y v: t1 n" P
/ Y- @8 D) E8 ^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 m$ E2 h8 e' 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. ~. ?) f X# b
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
, y2 t$ ~0 ]4 i% Z" S$ { X7 V4、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. h2 V: r' t+ ^' x
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( ~( B0 u% d) f. _. o
V, |$ @% @! i! r6 I1 l' M
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。
+ ]! o4 O' s- L$ P3 c6 h0 K2 c% p8 E" X. Q
左右平衡则像“鹞”式一样，用一对喷气的平衡臂控制。
$ w1 i7 r I: z" q$ F0 K9 W7 [
' ]" s+ U/ y0 E
4 `+ B2 z4 @% a1 \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2 g1 b, x3 ^; Q* Z; i& i2 q; U# p5 V
$ V' e ^! J% V+ `" g* 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！5 l, I v# ^6 a) L: n* U
& a% X6 m: e+ u5 o- A% V! D, F0 D
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。4 M# U! r W) q R
9 _9 `9 K- |8 ~* i
6 L0 C0 W/ Y+ c& f
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* ^8 `% c0 E# @& S {
8 } |* c3 m- g# Q, ^: n, L) k) S; z4 V
: J2 t9 N4 N6 x, R7 w! \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6 C/ v; A, j" z' _9 v
) I$ f" @( k8 |( a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。& j. B+ R* c2 p% x7 z/ }
1 j6 p7 G- j/ s& I% D! ~9 s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。8 } H/ e- F. J) y
2 x/ J# m7 n' a2 r* O' v3 o0 O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 D8 o2 Q$ R2 p
4 I: F2 \: I! z' Y# S
H* ~# x. x6 D' \" _3 u
想象中的歼-20C将完全占用机内武器舱
4 R, r9 s" ?" P! G |( k/ m' T# Z$ @& ?$ K. }
# f1 F4 s) s6 C' H# A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
5 w1 }4 h8 g1 ?. }. g
( S0 g% y ?) R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。
& w6 G# k& m/ D6 @; ] C" {. e! c$ Y; r
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。
( ~' w& L* k% C; r1 O
) O2 D0 V; ^; Q n! l9 b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。" G$ W; y5 |4 K7 k) {( i" A" C
8 S1 M6 x) R [+ A2 G
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
