|
|
本帖最后由 晨枫 于 2023-2-13 14:18 编辑
2 C) e' L B/ i
! M! w s4 i- d/ ~《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。
" ^/ K9 [+ t3 K7 |. m6 e+ k
3 w4 l5 a5 r7 l5 \
/ i9 y4 F% j' U+ 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？
) S, Y; }0 x* h! L( z3 j/ q# E+ o% ^8 Y5 n
z: W; l6 J3 O% h/ v% ]& w8 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
3 {# B8 m2 o0 w& l% ^
/ a$ K# a0 Z2 k* P0 w# U! v
D: {3 X9 o" y& ?还有人认真地画出三维图
8 E) D+ y* P6 p1 l7 |" b& ]. ]5 F2 e( A- A R3 e1 F9 C: e- ^
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。1 P9 z# K D" o( o
4 Z6 b( }" p6 X/ n* \* c$ _
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) A6 a% U2 e0 w) ]" p5 ]7 V
- i- L3 V2 R& l+ Y# m8 _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。9 R3 u. ], ^( G8 n. e+ G
7 {/ O+ z8 k5 i m! 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。
2 a7 B( D- y) _) o4 D7 g5 t1 K
z1 D: v, }; H W$ ]: F6 ^9 b1 [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。
$ t8 e. H/ S: }1 M( x6 B: P
! M6 b0 r! n8 w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：
0 Q1 `3 n) Y( z' A- T5 u; o
8 c9 Z! V- k5 H9 E/ J# 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. r7 C8 F5 p' x# R" c+ p2 F3 \
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
; B& }8 G4 B: Y! f3、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
" B5 F- E) R- B4、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
: r" c$ X# [% X. ], c5、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
. ` D- p+ Q) W1 v& [* m. N6 S7 |6 N4 O% `
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。
) j# i6 y3 f+ E% U; j, b
! l$ I& O. x0 j; A9 x" T左右平衡则像“鹞”式一样，用一对喷气的平衡臂控制。
- x! [% Y1 H4 F3 _9 h0 D
5 |1 @# x( m! ^! [" Z
7 R5 @& A" i, v) K
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
# L5 Z. x l3 r/ F) h1 O, v J7 U! l: v' I) B0 ~
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！3 n8 m; f" x3 M. T; B* d
- x4 u/ Q6 N0 i+ z, g( `6 Q) y- C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。
# U; a3 ~5 _0 a2 q) b7 O) a+ W0 t) t/ z, {# f7 O/ c
6 h+ m' j( W8 h! k$ x# e- l
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
$ \) Z4 s. ^, H, k5 [1 u
. p! F. {, \( A/ E
, g* `: G* ~, \) X+ i/ F
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
2 h3 A" r' c+ ~' k& U$ j0 }2 P2 C% q
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。4 H" Y" V9 Y' ~/ g4 h
7 G# a# p( M \% R1 K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。# D9 ^" t4 n' {! u" J( _! k
$ R; s1 |+ C6 u' V1 m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。" I7 ~* W5 x) P: @* E* F
' F4 |9 k+ _2 Q- w( x
8 g. @6 H" P5 a! q. m8 m: Q想象中的歼-20C将完全占用机内武器舱3 Y$ _7 C6 L8 Q1 }- q6 }) s/ e
" u5 | b) h* d# l9 n _& T, y
; V- g- X4 E) Q: C5 c
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+ U1 x$ ?' K1 H% @7 G& `9 D
) s( b7 p/ c0 M: h
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。* s5 V5 E1 e0 Z: Z" R6 H
/ ^2 g3 `- E' D1 }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。+ a& B% j4 e5 W$ D0 P
: {3 z9 Z$ Q, K0 _8 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。
( |' X4 x; L0 ~2 w Y
2 ?% ]$ u0 M; A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
