|
|
本帖最后由 晨枫 于 2023-2-13 14:18 编辑
1 J! b: U) R) Q+ S+ K
' V. G" ? l+ M. y/ K% z$ H《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。, D& ~( R7 q) ?( h6 V) z
F. I z% E* m
: f+ l4 U9 v; F: b0 X. j
《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？
- Y$ F" O6 y3 F' z
4 l- _3 f2 b9 R: z4 O- }( B. @
! I7 a( R. s7 e1 V9 |5 z U0 @
在电影里，歼-20C是可垂直起落的歼-20改型，在思路上接近F-35B0 r0 d& c9 {- E1 V' O v
4 N! s# _: w* n
% L, A" u g7 ~$ m `; S+ ^' A还有人认真地画出三维图7 o9 X4 y5 o# P+ {8 W8 Y, x
- M4 B; i6 J, s1 V! e" p
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。$ ?+ S( {. J( B- R* @8 r* A
7 s! m% h8 X) p6 T5 {! u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 x8 l- W' y) D: m, P, F0 y: [
# r3 a3 A1 W" V r6 N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 `8 J* g6 s. ]' e9 w
( E3 l* g: H6 E$ M- }- k" Y4 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。
( V* @& x; O6 ]6 R" P# @5 N* t1 V
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。
' P. d" s' y% |0 m, K2 i/ h. i" K. q! P# l5 h
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：; o8 j2 K6 W9 ~2 O1 o
0 N2 O) j7 y8 W% |/ d1 E8 p: S, w5 Z
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/ Q, T7 x- ]/ t* }
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
1 Y& L1 m* W$ 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
* u: L9 z. ]" l( ?6 F# d2 l2 w$ M* z4、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( d" ?9 m* V4 X8 A2 p \8 V; h
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* J" \* }1 O+ e# u8 _
( T; X7 J+ [) r: N
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。
5 K# Y0 M. ~9 z/ n% `! V6 n
5 I. q8 b9 w' I( D0 C. v v( d左右平衡则像“鹞”式一样，用一对喷气的平衡臂控制。6 x; w4 R4 s5 @4 ]5 w( g, I
7 o) `' E" s+ g9 c( H) s6 {0 U
. V- v5 i4 a/ R9 i! Q
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
% D% i( E, v% |0 T1 J- B' {
" F& Z8 g2 y, D7 q; \) z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！" U/ E+ H9 L( I
" N" O8 `: t' Y/ p ^/ q; O4 w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 ~# C) u5 ] w
, j0 T+ z* l9 f) W& v. a+ c8 \* r
1 l4 h5 Q: Y2 [% d
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
# \. Y6 ^. W9 A7 ?' }1 k; s' B ?$ J
' }! G- Q( Z: E/ ^3 Q1 B" o
0 s0 @. s3 _* T/ k' w$ v) p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
: Z' x( U! |7 O1 f5 R* J. d
$ w! L& Q6 }; W' u0 f7 b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 ?3 Z) Q6 J: s2 B8 d l! c# C
, x9 o! [' E8 \5 S' 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。
1 q# I! G+ z* b- h( p2 }, o, ~* F( U5 {- s- _2 _: \; ~7 N; r1 h
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。$ }+ s/ A& M0 W7 Z& q2 L
8 t, o( e' i3 b: i
0 {$ N, ?4 D, q6 S6 `0 k1 B, T8 V想象中的歼-20C将完全占用机内武器舱
" P4 N: E- P% n+ v( `# ~% ~! L
" Q/ y0 E* C$ T0 C4 r X0 P: J
$ d I6 l) o, k5 E) x
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/ K+ F' o/ M4 W& P2 J* |4 t) R0 l
1 W: Y( u0 M; P- 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。4 t- \- ]6 i5 o9 E2 K/ n2 w' D+ f
* Q# A9 S# s1 _# J; d5 x |* Z# J) ~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。+ e2 {. e) j' b+ M4 V2 c
% W, L! G( j1 ?! v# Z2 A! }
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。! ?: d$ J: H& m4 i5 w6 K2 n
; W$ t" R2 w! c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
