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运20改预警机遇一大难题 但加长机身欠缺更好发动机

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  图:运20

近日,中国自主研制的大型运输机运20正式交付空军服役。在系列公开报道中,总设计师表示运20将在未来推出机身加长的改进型,并对运20作为预警机和加油机等特殊平台早已有所规划。针对这则新闻,我们可以提出三个问题:大飞机改型加长机身此前有先例么?为什么不一开始就把机身设计的长一些?运20改装预警机和加油会面临哪些技术障碍?

第一个问题:对于运输机(广义上的,也包括常见的下单翼客机形式)来说,它们的设计本身是高度模块化的,机翼和机身的独立性非常高。因此从技术角度来说,这类飞机加长或者缩短机身在设计上都比较简单。在市场要求多变的民用市场上,针对不同客户要求,一种飞机有多种长度的子型号实在是太正常不过了。

  图:C130飞机加长

而在军用运输机上,虽然例子要少一些,但东西方也都曾经出现过。比如美国的C-130运输机,标准长度是29.79米,而加长型就达到34.37米——比如C-130H和C-130H-30。如果说C-130吨位有限算不得军用大运,那么还有苏联的伊尔-76系列当例子。

 图:伊尔76也加长

1995年,俄罗斯在伊尔76-M基础上加长的改进版本伊尔76-MF首飞,并在次年被俄罗斯空军订购两架。它在机翼前后各加装了一个舱段的机身(保证重心范围和升力中心范围的位置关系不变),全机长度从 增加到53.2米,货仓长度加大6.6米。从国外的经验看,运20在将来拉长机身,完全没有任何不可克服的技术障碍

第二个问题:更长的机身当然能带来的货仓容积,这对于一次空运更多的货物,或者长度特别大的特殊设备往往是无法替代的。但是这样的空运任务毕竟只占很少数,而长机身设计本身的成本要高的多,对飞机其他方面要求也更高,并不适宜在所有产品上都推广。根据用途区分,针对那些需要频繁用到长机身的客户开发特定的型号,才能实现最好经济性。

  图:加长机身带来的增重问题,必须要加大发动机推力才能克服。伊尔76MF用的就是PS-90系列发动机

比如长机身除了增加的舱段本身和相关的结构加强,就是又耗费材料工时,又大幅度增加飞机重量,同时还会形成更大的飞行阻力。而且这不可避免会带来运输机抗粗暴起降能力的下降——毕竟机翼额外的负担加重了,而长机身结构抗冲击的能力会更弱一些。这些都是用不到长机身的用户所不希望遇见的问题。

  图:伊尔-76MD-90A,注意它的新发动机变得又短又粗。伊尔76家族,带有90编号的型号,都是指采用了PS-90系列发动机

而且对国内来说,现在运20采用的还是伊尔-76的D30-KP2发动机,本身推力不高,加装了长机身也发挥不出载货性能提升的效果。比如伊尔76-MF就换装了PS90-AN发动机,将推力从12吨提升到了16吨。

所以,尺有所短,寸有所长,运20采用标准机身还是长机身,关键要看用途是否合适,并不见得长机身能装的多就更好。

第三个问题:运20改预警机和加油机都是可行的,改预警机麻烦一些——毕竟在头上顶个沉重的大盘子,飞机的重心、气动外形、飞行稳定特性都会有很大的改变;而且飞机内部针对大量电子设备的安装,也会有很多额外的改装。

  图:连伊尔76改预警机我们都做到了,亲生的运20改有啥不行?

但是中国在空警2000上就能实现这样的成功改装,用的还是机械飞控、国外设计的伊尔76平台;换成运20这样自己开发的、电传飞控的大运,改装难度那就更加低得多了,完全没有问题。甚至可以大胆的预言,运20改装预警机,都不用像伊尔-76那样在添加腹鳍作为额外的稳定性提高措施。

 图:伊尔78货仓内置油箱。但这种两头兼顾的设计效率并不高

针对软管加油来说,运20变加油机的改进比预警机还简单,甚至可以像伊尔78早期型那样;就是机身机翼添加加油设备,货舱里放几个独立的油箱,形成加油/运输两用飞机。但是笔者更希望运20能改装成单一用途的加油。

因为伊尔 78的早期两用设计在用了几年以后,苏联就发现并不靠谱,两头都顾结果是两头都不讨好;拆装油箱太麻烦,其实极少用上。后来的伊尔78拆除货物运输舱门和货物装卸设备以后,空中加油能力得到了显著增强。

  图:硬管加油

更进一步来说,中国有了这样的大加油机平台以后,改装带有机尾独立操作舱室的硬管加油飞机已经完全有条件了,而硬管加油对于提升空军大编队远程作战的效率,效果比软管加油又好得多。(作者署名:候知健)

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