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[工程技术] ARJ21能改翼吊发动机吗

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 楼主| 发表于 2023-3-14 00:07:12 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
本帖最后由 晨枫 于 2023-3-13 11:11 编辑
1 S9 f; O' }" n. ?  x; u1 ?) j- f  s- L5 Z7 m. l) w3 h
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& V" M* i4 v8 q6 {在C919之前,ARJ21是中国商飞唯一量产的客机。不算早夭的运-10,这也是中国第一架量产的喷气客机,如果不把新舟那样涡桨客机算上的话。涡桨在技术上也可以牵强附会地算入喷气发动机,因为基本发动机是与涡扇和涡喷相同的涡轮发动机,只是最后靠转化为螺旋桨的机械能产生推进力,而不是涡扇、涡喷那样直接用喷气流产生推进力。涡桨自己也有少量的喷气,但不产生多少推进力。1 E: h3 e" {$ Y8 c  p

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( q6 U$ t9 a4 L9 Z. d1 K# ]+ X$ Y" IARJ21采用在支线客机里较为宽大的3+2座位形式,而不是以前更加流行的2+2。3+2每排乘坐的旅客更多,经济性更好。机舱宽大、高畅,不仅舒适感好,头顶行李箱也较大,没有2+2的行李箱空间局促、标准携带行李也常常放不下的尴尬。3+2较大的机体直径还有一个常被忽略的好处:机窗位置抬高,接近肩线,看外面不需要俯身探头。小直径机舱的座位相对于机体最宽处较高,有时连头顶行李箱都取消了,机窗尺寸较小才有利于气密,接近舱壁垂直位置看出去变形小,所以机窗位置通常较低,往外看很不舒服。旅客主观感受也是很重要的。# L# T& g7 _! Y

$ }1 |, y5 O) r5 c! X5 X: XARJ21采用下单翼,这是客机的典型布局,缩短起落架,理论上有可能用自带舷梯直接上下飞机。机体骑坐在中央翼盒上,受力良好,喷气客机用上单翼的非常少了。
* F: }, {' w" m8 E( V: T  K5 _
发动机尾吊后,机翼形状干净,气动效率高,但机尾发动机短舱与后机体的相互气动干扰形成阻力。这事情没办法,跑得了和尚跑不了庙,尾吊还是翼吊,发动机短舱阻力只是换一个地方。机舱前部噪声很小,但机尾座位的噪声很大,对旅客舒适度影响很大。另一个问题是:尾吊发动机不便于维修,在改进中换发也比较麻烦。
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: W8 b* s, |( ^7 ~2 _! w: I* ~' c发动机尾吊还使得平尾必须高置。T形尾翼的结构重量较大,在大迎角飞行中容易进入深度失速,F-104战斗机就是因为这个问题摔了好多。但客机极少有大迎角飞行的要求,这不算多大的问题。. B4 w, Y3 u# a# M& s+ X
1 R9 v' n* c+ u2 ^% |+ y% E) U: H
利弊相较,支线客机采用发动机尾吊的很多,如巴西的ERJ系列和加拿大的CRJ系列。公务机里,尾吊发动机更是主流。5 }- t$ H; w7 h: r& H6 t
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1 c6 y2 e. J- b$ `  U0 D
* \3 H7 B+ _% b9 ^3 ?% w巴西的ERJ-145(上)和加拿大的CRJ-700(下)都是发动机尾吊的4 F9 N5 w- ?6 W+ h/ i) K- ^8 [

1 i  T8 Q5 p: K( J7 v" H) s8 c5 L, I' U
- I& Q/ _8 h, c) J

* o( b5 {2 q- O5 W& D4 p发动机尾吊更是公务机的主流,这是环球快车6000(上)和利尔喷气60(下),都在加拿大的庞巴迪旗下" ~7 [5 M* c" M3 \8 \. E# [

8 F' M  ?% s+ r0 t在小型支线客机里,发动机推力较小,噪声较低,飞行时间也短,忍一忍就过去了。公务机的主要客舱在前舱,后舱用于卫生间、行李间、厨房等,是在需要,隔音加料就是了,反正成本和重量不是问题,所以问题也不大。但ARJ在支线客机里算大的,为了高原使用,也为未来加长预留空间,发动机特意加料,“推力过剩”,后舱噪声的问题就有点大。- w- ?' {# G& S& `+ ~  G; t

6 }! Q3 M: \, lARJ21现在依然在早期成长阶段,要给时间,给机会。但从长远来说,可能需要转为翼吊发动机。巴西和加拿大也是这样做的。
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巴西E-190已经转为翼吊发动机了,现在发展到第二代的E2% K- D) e$ Y' \7 f" b' M  n
0 H* ?) f: K* w8 d) A, B
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不过还是用阻力小、结构重量轻但潜力受到限制的2+25 h- K0 f' Q: D3 r+ |  l

6 r& k" i* V- r$ P, [  O/ g! b) p( ?* I9 \0 G
加拿大A220(原先称为CS100,现在名为空客,实际上还是在加拿大制造)也是一样
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$ B& H8 E" Z8 V' [7 L% }# v
1 L/ q1 K: z2 R! f不过机舱改为3+2,使得老对手巴西航空压力山大
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ARJ21的底子不错,有很大的发展潜力,改为翼吊发动机是必由之路。) A- x* V( F0 `

1 s9 e! n8 p& n, R9 ?; a尾吊改翼吊,中国绝对有这个技术能力。不断听到的质疑是:这是不是等于全新设计了?
4 l+ W: `% H$ G! m! x* v; O1 c4 L: x* ?: X1 C- K
又是,又不是,取决于这个“全新”意味着什么。
- b: y; R. B2 e8 S( X7 J, D$ m' |9 l
尾吊改翼吊,气动上确实是大改,但气动并不是飞机设计最大的一头,尽管是最抓眼球的一头。反过来说,如果气动是主要问题,世界上能造飞机的国家就该多得多了,因为大的气动布局问题在理论上和实践上都有大量丰富经验,门槛实际上也没有那么高,尤其是不追求极限性能的话。民航客机追求极限性能,但不是在飞行性能上,而是省油、可靠、舒适这些方面,气动方面的要求并没有那么高。这当然不是说气动方面没要求,只是相对于结构和发动机而言。$ D1 V: j9 |0 F1 i5 E

* C# U! g3 `' l+ j1 gARJ21-2(姑且用这个名字吧)在机体尺寸方面不用改,这意味着机体设计、制造和认证的过程可以大大简化、加速,降低改型成本。机体其实是最大的一头。尾翼改为常规的低置,这个比较简单,还简化垂尾的结构,减轻垂尾的重量。机翼需要重新设计,但这可能是本来就要做的:根据C919的设计经验,采用更加先进的超临界翼技术,设计更先进的复材机翼,在这过程中,一并考虑翼吊发动机的吊舱结构。机翼设计说简单不简单,说高难也未必。各国客机在改型时,最常做的事情就是重新设计机翼,这是“投入小收效高”的事情,因为机翼制造的改变比机体简单,只要与机体对接的部份重新设计,其他的与机体无关。先进机翼是减轻重量、降低阻力的最简单易行的途径。
/ t6 ?- m  ]) m* m- y+ {
: I8 g5 [6 ?1 X+ O0 d起落架需要加高。前起好办,主起稍微费点事,可能一并把锚定点向外移动一点,增加着陆和地面滑行时的横向稳定性。5 _: i5 u( ~' G3 `# A9 c- u
, M1 \2 p! ^5 t0 |
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, C8 L' t  R; F
发动机与其说是翼吊,不如说是紧贴机翼安装。这对翼下净空要求提高,但也没有那么离谱。尾吊可以使得起落架缩短,但是有限度的。主起长度还受到起飞时的离去角限制,主起太短的话,一拉起,机尾就触地了。机体、机翼下表面的净空要求还受到地效限制,过于接近地面的话,地效突然增加,增加着陆困难。尾吊改翼吊时,起落架长度要增加,但代价完全可控。
* n) b" S" Q& c* Z' i" J  i1 h
. j' T) Z4 N  x' r9 r7 d3 T翼根整流罩可能需要加大,以适应较大的起落架轮胎。但翼根整流罩加大是现在的共同趋势,可能更多地由跨音速面积律决定,而不是起落架。好在翼根整流罩是在机体筒体之外的,非结构承力件,还真就是整流罩,修改形状和大小相对好办。" E8 \: f3 Z: j
3 C6 z" K1 |2 r
至于简易机场跑道杂物进入,支线客机不是军用运输机,没有简易跑道起落要求。不能用舷梯直接上下也不是大问题,绝大部分运作ARJ21一级飞机的民用机场都有登机梯。自带舷梯其实用起来不方便,很窄,而且走上去晃晃悠悠的,不双手拉住站不稳。没办法,舷梯挂在本来就很轻的机体上,为了不损坏外表面,下端实际上不接地,加上起落架的弹性,刚度和稳定性不可能有多好。
6 k0 [, a- m, R2 y6 F' m* j: N) p
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* e) B7 Z3 x9 k# i7 h) d; M4 T* X但发动机翼吊的好处就大了。发动机的重量对机翼减载,使得机翼翼根的强度要求降低。这有点反常识,但考虑到翼根主要受力是升力产生的向上弯折力矩,发动机重量正好平衡掉一部分,就不难理解了。这和飞翼的结构气动效率最高是一样的道理,只是没有飞翼那么极端。
3 v6 U, t+ u7 f  a( m2 w4 G- X  e
+ H. @/ i8 b  s$ q, b% S- h发动机进气条件干净使得推进效率提高。尾吊发动机受到机体附面层堆积的影响,机体越长,堆积层越厚,需要尾发的短翼翼展越长,以避开附面层,实际上阻力不小。现在翼吊都“缩脖子”,吊架不仅短,而且基本上没有前向暴露面积,这方面的阻力反而小。: ^5 j1 k- o9 X3 F6 a
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重心是个问题,翼吊后重心前移。这就是筒形机体的好处了,一段一段分段制造,前后调整一下长度,不难做到。客机加长、缩短就是这样做的。
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8 k2 R. z3 T8 D. }  H& W7 V飞控需要修改,但飞控律不用修改,参数修改就可以。这是调试问题,不是太大的问题。没干过自控的人谈虎色变,以为这是天大个事;干过了就心里有底了。
. V1 t  E' C% K- M4 S7 ]% }& B! F& L1 Z' u$ z5 P; k* L* d/ z/ C
油路要改变,但实际上简单了。油箱还是在机翼,尾发需要很长的油路,翼下反而就近了。4 j9 l5 A- f& R  J7 V/ J  C: O- X
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维修和换发容易多了。波音737可以长寿60年,最大原因就是早早采用了翼吊布局,同时代的道格拉斯DC-9(后来改型为麦道-80/90系列)、法国“快帆”都先后淡出了。空客推出对标的A320时,直奔翼吊了。
* h( z+ Y  a, q$ Y; l, X+ m8 d  a( P! B
这肯定是新机型,但是在老机型基础上实际上有限的修改就可以获得的新机型,并非想象中的重起炉灶。在设计和制造上,改动介于CRJ到A220和波音经典型到NG/MAX之间。不急,但要考虑起来。
( F' v3 c0 M7 X% w+ v. Q8 T4 T! c( Z* @  S- w1 V2 r, V
这牵涉到一个问题:中国还需要对ARJ21这样的支线客机多下功夫吗?1 b( |$ \4 x) r# O2 }1 n8 W

; B; F4 Y) S1 p/ T0 b$ Y+ @" S# C高铁深刻地改变了中国人的出行习惯,高铁网络还在继续延伸、密集,中国高铁碾压世界的现状在可预见的将来不会改变。但高铁与民航是互补的。在整个东部,人口密集,地形平坦,高铁具有极大优势,尤其是5小时旅行圈内。但中国还有中西部,人口没有那么密集,高铁不可能像东部那样密集和便利,这就是支线航空的空间了。2 W8 |3 t! L6 S3 z: ~

. ~2 x* a6 E; q! w( K即使在东部地区,昼夜航线的流量也不均匀。日间出行方便,流量大,大飞机合适;深夜流量就小,可能小飞机才合适。国内点到点的深夜出行需求可能不大,但考虑到接驳航班出发较早,“飞夜班”还是有需求的。早出晚归也是一些人的刚需,这些人数量不大,小飞机正好。5 I7 p0 q/ V, k; A4 ^
8 w7 _" ?/ `/ g5 e
另一个就是接驳航线(feeder routes)。远程出行还是需要民航,但除了少数在设计和建造时已经有所考虑的枢纽,高铁转飞机还是个麻烦事。如果高铁不是直达,中间还要转车,麻烦就更大了。在这种情况下,支线航线向枢纽汇集,“喂饱”干线航线,是很现实的需求。现在这个需求或许还没有那么大,但到了鹤壁人要去美国、枝城人要去阿根廷、蚌埠人要去日本的时候,这个问题就突出了,在同一个机场转机毕竟方便多了。* H9 G$ v! g9 R1 f8 s

2 h/ X: I& M2 q+ Q中国更有广袤的大西北,人烟稀少,交通距离远。用C919开辟航线有流量不足的问题,高铁更有流量不足的问题,公路和普铁则时间太长,需要支线客机承担大量运输任务。6 l6 i. X8 ~3 f4 s# c* m$ E
; q, a& L) G$ u- u5 s
支线客机在中国还是有很大需求的。在一带一路国家里,支线客机也有很大需求,但那是第二步的考虑了。那里使用、保养条件可能较差,需要飞机更加皮实,售后支援更加及时、到位,等水到渠成吧。
* ~3 P8 T0 \$ t, i( [' [
/ b* }; k5 R" Q9 T很多人对ARJ21不看好,不光是有了C919后的喜新厌旧,还有ARJ21的军用潜力较低的缘故。必须说,不管是ARJ21还是C919,军用潜力都不是首要考虑,那只是条件合适就顺手的事,不会为了军用要求而削足适履。6 w' z0 s$ A: L7 S, D* [* j$ @

5 \1 \, B. i0 r3 b% ?但即使在现状态,ARJ21是有可观的军用潜力的。客机军用有加油机、预警机、巡逻机等。作为加油机,ARJ21确实小了些,但预警机的大趋势是小型化。这不仅是雷达和机载数据处理设备小型化的结果,也是战场节点分散化的需要,尤其是以对地面和低空目标为主的战场监视飞机。美国曾有计划用湾流550公务机或者环球快车6000为基础,研发E-8C“联合星”的下一代,计划因为各种原因而搁置了,但证明了用支线客机/公务机为平台是可行的。" J" {  g  P2 S& r; Q
# m% G$ G, U% u6 ~3 s5 |

+ N9 \2 M4 h1 P4 T) k美国曾经计划用环球快车6000为基础的战场监视平台替换E-8C“联合星”' n) L' e7 o( B( {4 L- o5 p

+ M% X$ b3 ]& M. v3 g$ y4 N" {( y  E& ^- U7 G8 N- I8 k

& d1 b3 O) B  l) _3 T* t7 j( ^! Z; `9 z
以“湾流”公务机为基础的“特种任务飞机”更是早就投入使用4 n$ J, n0 p. B8 o! c

3 c1 f/ x0 U0 W% Q6 @, K/ x
+ |3 _/ w! S* I( D巴西ERJ也用于海上巡逻机, f6 G) V2 l. Y. D

+ B: e- Q9 P1 Q% d# s至于电子侦察、干扰、训练、VIP运输等用处,那就更多了。
% C; |- Q9 c( |* v. [" L
% j8 H1 [8 k$ ^# v* X! E7 f作为军用,ARJ21需要增加航程和留空时间。老规矩:改军用后,地板下行李舱空间利用起来,大大增加油箱容量,“推力过剩”现在一点不过剩了,正好用于增加起飞重量。
. O" x8 X) h( s2 v2 h% c7 L4 c& r9 ]$ D7 {* Y1 F5 w8 k8 s
# Q8 f9 U% h0 k

9 ]' b' L+ F- }5 h: x当然,ARJ21改军用的话,需要解决进口系统不便军用的问题。C919也有这问题。这问题在得到解决,并不完全是因为军用问题,更多的是为美欧禁运未雨绸缪,但这里就不扯远了。8 t/ d- @4 r" w* E2 a

7 y# m" X( |0 }ARJ21又名“翔凤”,凤凰一旦展翅,就要一飞冲天。ARJ21不仅能改翼吊发动机,还有很大的发展前程。

评分

参与人数 7爱元 +62 学识 +2 收起 理由
老票 + 18 + 2
常挨揍 + 10
住在乡下 + 4 涨姿势
唐家山 + 4
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该用户从未签到

沙发
发表于 2023-3-14 00:29:57 | 只看该作者
没看出来非改不可的理由。而且你这句- L: I0 r/ ]* X3 I/ z- K# A
但翼吊的好处就大了。对机翼减载使得机翼的强度要求降低,发动机进气条件干净使得推进效率提高。
$ X$ D% r! O: O) h3 s# N

5 W" a! y3 O9 M* ]$ Y2 ~) d翼吊是把发动机挂机翼上,怎么会“对机翼减载使得机翼的强度要求降低”?相反才对吧? 另外,尾发的进气条件更干净吧?翼吊发动机更贴近地面,容易吸入地面杂物。5 v; i* N  W  Q

3 V8 p' y1 J0 x/ @另外,尾发改翼吊并不是把发动机挪个位置就行了。飞机的重心完全不一样了,油路也不一样了,操控也不同了,这当然是个大改,并不能“机体设计、制造和认证的过程可以大大简化、加速”。与其改这个,还不如搞个新机型。
# g( w3 }2 V, m" X( C* T# q. k6 |  r
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  • TA的每日心情
    开心
    昨天 07:41
  • 签到天数: 1208 天

    [LV.10]大乘

    板凳
    发表于 2023-3-14 00:31:18 | 只看该作者
    SSJ-100也是翼吊发动机。
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    该用户从未签到

    地板
     楼主| 发表于 2023-3-14 00:33:49 | 只看该作者
    故乡在喀什 发表于 2023-3-13 10:31
    - B. z  m  b7 s! H  _3 gSSJ-100也是翼吊发动机。
    5 |9 I* ^1 D) I" v" _; z
    是的,不过SSJ-100不算成功。
    回复 支持 1 反对 0

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    该用户从未签到

    5#
     楼主| 发表于 2023-3-14 00:46:59 | 只看该作者
    孟词宗 发表于 2023-3-13 10:29
    2 b  `7 R  p1 U5 s* T没看出来非改不可的理由。而且你这句

    % \6 h4 K' p3 }0 a. d翼根受力最大的时候是在产生升力的时候,受力状态是向上弯折的。发动机的重量平衡掉一部分,所以减载。这和飞翼对减载最为有利是同一个道理。4 C, o2 C: y% T* h- d, L' B4 Q
    / _2 G& c% ~7 `% d  L% [# z
    尾发的进气条件其实不好。机体筒体有附面层堆积的问题,越往后问题越大,所以尾发需要横向的短翼把发动机“支开”,在现代翼吊的情况下,翼下吊架实际上已经没有前向裸露部份了,所以阻力更小。
    5 Z# z9 q. v0 Y6 R- Q+ E4 D8 ]* u+ b) D# K8 P
    发动机吸入异物问题,文中已经谈到了,不是问题。重心确实不一样了,但这就是筒体结构的好处了,把原先的筒体段前后调整一下,问题不难解决。油路这些都是小问题。飞控律不需要变,只是参数需要重新调试,也不是问题。
    6 ~9 @5 |: e5 g9 N0 E7 K+ t  p3 w3 E  c- W% L- _6 Z
    这本来就是新机型,但是与老机型有密切关系的新机型。在设计改动上,介于CRJ到A220和B737 classic到NG之间。
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    该用户从未签到

    6#
    发表于 2023-3-14 02:36:06 | 只看该作者
    翼吊布局是真龙天子。
    ) w0 H0 L6 c. G$ o& e6 c: K3 G( w
    ARJ21用尾吊纯粹是为了利用以前造麦道的现成资源。
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  • TA的每日心情
    开心
    20 分钟前
  • 签到天数: 3104 天

    [LV.Master]无

    7#
    发表于 2023-3-14 03:09:23 | 只看该作者
    "飞控需要修改,但飞控律不用修改,参数修改就可以。"$ \+ U3 Q8 H3 c; ~! I5 K& t
    下单翼翼吊时,发动机出力会对整机产生一个上仰力矩,这个在飞控可以比较容易的处理么?
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  • TA的每日心情

    2024-12-7 02:20
  • 签到天数: 389 天

    [LV.9]渡劫

    8#
    发表于 2023-3-14 03:26:07 | 只看该作者
    问个低级问题:机舱布局3+2,两侧重量不平衡是怎么解决的。机身下面有配重,还是翅膀,发动机功率上作调节
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    该用户从未签到

    9#
     楼主| 发表于 2023-3-14 04:33:10 | 只看该作者
    togo 发表于 2023-3-13 13:261 n2 ^- a% C2 }0 J8 G
    问个低级问题:机舱布局3+2,两侧重量不平衡是怎么解决的。机身下面有配重,还是翅膀,发动机功率上作调节{ ...

    $ k* ?2 s' m' b+ g这个问题我也没有想明白。可能影响不大吧?支线还有1+2的,偏心更加厉害,好像也没听说有什么特殊措施。
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    该用户从未签到

    10#
     楼主| 发表于 2023-3-14 04:34:04 | 只看该作者
    pcb 发表于 2023-3-13 13:09
    % Y( O3 u4 H" f5 R/ u$ ~$ h"飞控需要修改,但飞控律不用修改,参数修改就可以。"
    ; u. @8 P' X& b8 g/ W下单翼翼吊时,发动机出力会对整机产生一个上仰力矩 ...
    * v6 @! Y8 K3 n
    在设计时考虑到,就没有这个问题。Max是因为在原设计上修修补补才出这个问题的。
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    11#
     楼主| 发表于 2023-3-14 04:34:47 | 只看该作者
    豪哥豪哥 发表于 2023-3-13 12:36. C. d+ V( a5 H
    翼吊布局是真龙天子。. ^' t- t& h$ o4 S  k. m7 h7 ?- g4 A- N
    . N9 F. [+ W0 [4 n3 ~' l: L: N
    ARJ21用尾吊纯粹是为了利用以前造麦道的现成资源。 ...
    - J( K/ Y/ |" ^& r" K4 n# L
    和麦道没有什么关系,思维惯性而已。在ARJ筹划的时候,尾吊还是主流。
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