流浪地球2预告片出炉,展示了一款垂直起降歼-20战机的概念,这种双升力风扇+双发动机的设计让人眼前一亮,不愧是银河战机。那么现实中的歼-20,能否使用这个思路,改为垂直起降战机?

“流浪地球2”宣传片,出现歼20垂直起降版,引发无数网友关注和联想。更有热心的军迷,认为这就是未来中国垂直起降战斗机的预告大片。

那么在歼20的基础上,研制这么一款垂直起降战机,在技术上究竟行不行?中国未来舰载垂直起降战斗机,会是这样的设计吗?

(歼-20双座,改成垂直起降版,是一个极有胆识的思路)

【垂直起降飞机的由来】

随着飞机技术飞速发展,人们很快就发现飞机的重大缺陷,那就是极度依赖固定的大型机场/基地。

正常军用飞机跑道都需要3000米,宽度50米,机场还配套了巨大的停机坪和机库以及油库弹药库和维修设备设施,周边大量的防空系统必不可少,比如高炮和防空导弹,预警和火控雷达等,投资巨大。

(冷战时期美苏都在研究垂直起降战机,尤其希望是作为舰载机使用)

机场本身还是一个巨大的固定目标,难以隐蔽,无法移动,非常容易遭到攻击,这是最大的致命弱点。以色列人曾多次上演了偷袭敌人机场,彻底瘫痪敌人空军的成功战例,并成为新时代战争的一个必备战术和信条:打击敌人的空军,最好的机会是在机场,而不是在空中。

由于武器对机场的威胁越来越大,人们就想到了2个办法。一种的对普通战斗机采用了高升力设计和大推力发动机,缩短跑道起飞和长度,4代和5代机正常起降距离缩减到了500-600米,极大的降低了对跑道的需求。另一种更为极端,那就是放弃跑道,直接垂直起降。

(当年垂直起降思路之广,让现代人看到都称奇)

【垂直起降飞机的路径】

迄今为止,全世界有2种垂直起降飞机的成功设计,一种是【分离式】的,一种是【一体式】的。

前者的主要代表作是俄罗斯的雅克-38和雅克-141垂直起降战机,特色是将主发动机和升力发动机分开,一共两套系统,这种设计对发动机的要求降低,难度也较小,俄罗斯雅克设计局专家曾经对我国来访客人谈到,他们采用这种设计之后,极大降低了对动力系统的性能要求,垂直起降战机最大的难点不再是发动机,而是转移到了发动机控制系统上

(雅克38/141以及美国一些垂直起降战机,都在前部使用单独的升力发动机)

另外一种则是一体式的,这种设计最常见在欧美垂直起降战机上,最典型的例子就是英国的鹞式攻击机,以及美国的F-35B短距起飞/垂直降落隐身战斗机,这种一体式的设计最大的好处是控制系统相对方便,主推力和机头升力都从一台发动机引出,而且发动机还必须做多余功率储备,提高侧面旋转能力,这种设计最大的难点在于单台发动机必须足够强悍,设计制造难度巨大,不管是鹞式战斗机的飞马发动机,还是F-35B使用的巨大连轴风扇,都是高精尖高难度的代名词。

(鹞式的飞马发动机将涡扇气流与发动机尾流,变为前后推力,充分利用)

(F-35B则使用发动机带动升力风扇,提供所需的推力)

【歼-20战斗机改垂直起降的可能路径】

从传统来看,欧美航空技术一直遥遥领先苏联/俄罗斯,欧美的技术路线就必然代表了发展方向,这在大部分领域来说是基本正确的。但是在小部分领域,那就不一定了。

就歼-20改垂直起降的设计而言,要改垂直起降,采用雅克模式,是个不错的选择。

(宣传片里,垂降歼-20使用的是2台【升力风扇】,其实风扇可以改成【升力发动机】)

原因很简单,欧美的两代垂直起降战机,都采用了单台发动机分流方案,假如需要拿到一架性能相对可以的飞机,就需要开发一款推力20吨级别的航空发动机,这对我国目前来说是一个巨大的难题。即使有这种发动机,采用这种双发变单发设计,就不得不扔掉现有歼-20所有设计。

(F-35为了兼顾垂直起降,使用一台推力和个头都巨大的F-135发动机)

若是直接安装【升力发动机】,可以做到推重比20级别,对飞机的增重不大,可能只有数百公斤而已,假如不追求长寿,升力发动机还可以更轻一些。这种设计的好处是歼20机体几乎不用进行太大变动,只需要完善飞控和旋转喷口技术即可。

【可能的风险】

总体来说,采用这种设计,确实能做到多快好省,很快就能获得一款有望媲美,甚至部分性能超越美国F-35B的重型垂降战机,但是这种设计,也存在一个巨大的隐患,那就是动力系统的可靠性。

(F-35B只有一台发动机,垂降版歼20则可能有3-4台发动机)

普通飞机的事故,一半多都发生在起降阶段,垂直起降飞机更是如此。如果垂直起降飞机,采用了4台发动机,假如一台发动机发生故障停车,不能正常输出推力,依靠剩下的3台发动机,很难挽救过来。这也是为何目,全世界的垂直起降战机,几乎都是尾部单发动机设计。

中国航空工业不断进步,发动机技术日新月异,解决发动机的可靠性问题,也并非完全不可克服,未来我们真的有可能看到这种强悍的战斗机。

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王亚男航空说

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《航空知识》主编,中国科协航空科技文化普及首席科学传播专家,中国航空学会科普工作委员会委员,知名科普专家,优质军事领域创作者
《航空知识》主编,中国科协航空科技文化普及首席科学传播专家,中国航空学会科普工作委员会委员,知名科普专家,优质军事领域创作者, 乘风计划作者,优质军事领域创作者,活力创作者
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