|
|
本帖最后由 晨枫 于 2023-2-13 14:18 编辑
# r4 A: K5 W! w0 l6 c7 U. {5 c2 B
6 ?1 |, m5 ] C3 U7 i& C《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。
; o: p% `( y% n8 ^. u; V3 J% A
, W& n x! j( W7 f0 {
' D) S7 J7 u; N) p i4 S9 d/ [《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？8 H5 V5 a0 B2 Z. n- |. w0 W. {
8 K# g% V2 f2 ^
$ p7 K6 t0 h* Z# `+ @% I5 U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* Z# S' e, |8 f6 N0 a% Y& ?4 |
n3 i/ Z$ o3 j+ ]$ z: X$ y9 F2 u
5 E s# q3 C) H6 {0 y; y/ l, c还有人认真地画出三维图
8 b1 C: ]8 a+ I- U; Y2 I1 z
: n. p, K- h5 Z( i, ^8 l4 C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。) v/ s' w7 }) I/ W; \/ r; V4 k9 T
8 e# `* q0 G# Q" l1 ~& y/ Z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。0 E* \! z: P/ b9 A
) j# E) ^0 w: D6 G- V) i/ f% C( r, P
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。7 H$ P6 j6 Z9 O
7 Z; \: x9 f, E }9 |
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。0 ]% L8 n* z, Q+ I" h( {% B
: B% O! P( E! g' u( 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。3 ]/ ~) F; ^; _6 D& G& r- q* y4 H8 m) j
$ Q& `7 A& M9 E4 F6 n
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：( m; s* U" M) ` @; @! [$ }
2 H% m$ P# T. Q0 p) j) W
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
8 k4 O; j' O0 j2 x2、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
* K4 ^4 ~6 p ]3 m8 j0 X, R! S3、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
& \5 J+ o! T. `6 c- z* q) j) f4、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7 y1 i( W( d. }) c7 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9 d0 B" M4 v3 h4 S4 |. W! b
( S" }" \! w. R3 m1 T! V4 F- NF-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。
% A5 E/ r6 N9 h6 Z6 J2 U, c9 {( J; k
左右平衡则像“鹞”式一样，用一对喷气的平衡臂控制。0 ]6 ?: s- u9 _6 [5 v+ s# L
( [; t1 `% y. u
; j& O; q2 D* I+ P9 Z% lF-35B作为最先进的垂直-短距起落战斗机，很自然地成为参照5 [+ P* ]! V* |. d7 d
' ]0 d- O- a1 N' f" ]* O; u% r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！
+ K: R U8 D, A6 }# A1 }1 U _. ~9 g7 P# s4 p0 l0 \5 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。# ? p# x1 G: O
6 `5 T7 l: w6 ?% Q M" ?
. ^1 [' _# J( KF-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$ R, R$ R% ~/ Y6 G" X) m
; f4 {) ^/ W* O H9 N! E' J# P
2 P3 K e; S- ]8 X+ _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, c4 [! m) T0 X8 D* U5 ^# c9 W
/ h4 T* Q6 X: c" @( Y* z- |1 }, K
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。5 F0 Q/ i7 o' Y; X' m, G5 r: Y
6 R" e4 h/ N: Z1 Z2 m" ^ b
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。
. H# f0 Q) X; X) s# g$ \8 H4 z; t
' z8 u6 `+ h/ o, L% 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。
0 T" X0 s, p0 u3 v: G) k! Z0 g! r9 X$ S& @
6 e$ E9 M9 \" r4 T! G* W想象中的歼-20C将完全占用机内武器舱
" t d( b: Z. D* C
0 l; T. g {; y+ S ~) ^
0 g- O* K: t1 t7 o+ a( g) V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
( v! d; W. d" M' [- K) z2 R; ^) _1 a4 a# B0 Q
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。
: U7 y: z; O6 @$ l4 t0 Q: I9 J" w) N7 ^1 h8 o- w& T
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。, x6 q4 w5 v' U( D
0 v7 U8 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。
& m" I( D* i+ Y; s7 Z2 t- E# {: ~, G2 @3 a2 `0 s! o
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
