運-20設計初析

1、運20是中國自行研制的第一種大型運輸機，也是當今世界上最重要的大型運輸機之一。一般認為，運20的機長47米，翼展45米，機高15米，最大起飛重量220噸，最大載重量66噸。相比之下，伊爾76（以最新版本伊爾76TD90為例）的機長46.59米，翼展50.5米，機高14.76米，最大起飛重量195噸，最大載重量50噸；C17的機長53米，翼展51.75米，機高16.8米，最大起飛重量265噸，最大載重量77.5噸；空客A400M的機長45

2、.1米，翼展42.4米，機高14.7米，最大起飛重量141噸，最大載重量37噸；安70的機長40.7米，翼展44.06米，機高16.38米，最大起飛重量145噸，最大載重量47噸。運20的基本布局符合當代大型運輸機的主流，采用上單翼、高平尾、機腹多輪起落架和翼下發(fā)動機布局。但飛機和人一樣，單純羅列主要身體特征，那所有的人都是一樣的。運20也一樣，在外觀上和C17、伊爾76很相似，但有一些關鍵的不同。運20的中央翼盒不穿過桶形機體，而在外

3、部和桶形機體連接，這造成了“駝背”的外觀。外置翼盒的好處是保持機體內(nèi)徑的完整，整個機艙長度里機艙高度都是一致的，有利于按照最大高度裝載單件的長大貨物。但外置翼盒的壞處也是明顯的，增加了阻力。不光暴露的翼盒本身增加阻力，用于和機體圓滑過渡的整流罩也加大，增加了重量和阻力。伊爾76對中央翼盒的位置是和運20一樣的。相比之下，C17的中央翼盒穿過桶形機體的頂部，從機艙內(nèi)部看，可以看到翼盒明顯“侵入”中段機艙的頂部，局部降低了機艙高度，使得按照

4、前段和后段的最大高度裝載單件的長大貨物不可能。但埋入機體的中央翼盒大大降低了阻力，整流罩較小則進一步降低了阻力。外置還是內(nèi)置中央翼盒的做法不能簡單地說好還是不好，或者哪一個技術水平更高?，F(xiàn)代民航客機都采用內(nèi)置中央翼盒，中國的C919也不例外，盡管和世界上其他同類客機一樣是下單翼，而不是C17那樣的上單翼。就結構而言，上置還是下置的內(nèi)置翼盒沒有原則差別，軍用運輸機的機翼受力情況比較惡劣，但民航客機的翼盒還是主起落架的安裝點，受力情況同樣嚴

5、峻。外置還是內(nèi)置翼盒的關鍵在于機艙內(nèi)部尺寸?，F(xiàn)代運輸機的主要任務不再是運送人員，從C130到C17，運兵量的增加與起飛總重或者載重量的增加簡直不成比例，只要航程足夠，用C17運兵比用C130運兵一點優(yōu)越性也沒有。但C17增加的不僅僅是載重量，也是運送長大尺寸貨物的能力。現(xiàn)代裝備不僅有坦克那樣沉重至少增加2530%。增加的直徑使迎風面積也增加38%，增加的濕面積也意味著額外的阻力。這一切都要求發(fā)動機推力相應增加。更大的運輸機當然具有更大的

6、運載能力，但成本、油耗、技術風險也相應提高，更何況有需求問題。中國空軍并不需要C17一級的運輸能力，或者說負擔不起這樣豪華的能力，運20采用外置翼盒是必然的。外置翼盒需要較大的整流罩，不光縱向需要更大的整流罩以便向機體上表面平滑過渡，橫向也需要較大的整流罩，以便整合翼根和機體之間的空間。較大整流罩的重量、阻力都增加，但內(nèi)部燃油空間也增加，所以并不是一邊倒的壞事。在載重量方面，已經(jīng)透露的66噸也是合理的，這和運20的尺度相匹配?，F(xiàn)在還不知

7、道這是配用4臺D30渦扇還是換用4臺國產(chǎn)新型大推力高涵道比渦扇后的載重量。4臺索洛維耶夫D30達到66噸的載重量似乎超過了通常認為可能達到的水平。另一方面，索洛維耶夫D30是俄羅斯的第一代渦扇，中國正在為C919配套研制的CJ1000是第三代渦扇，并有消息說中國還在用為殲10、殲11配套的“太行”的核心發(fā)動機同步研制高涵道比渦扇，這些新型渦扇的推力和耗油都優(yōu)于D30，有望使運20的性能達到新的水平。運20具有巨大的三縫襟翼，用于在起飛、

8、降落時增升。有意思的是，運20的襟翼設計和伊爾76很相像，但不同于C17。伊爾76使用后退式三縫襟翼，其中第一道襟翼和第二道襟翼之間有明顯空隙。這是供翼下高壓氣流穿過去，對翼上氣流產(chǎn)生拉動作用，增加升力。這是一個比較傳統(tǒng)的設計，簡單、有效。當然，簡單是原理上簡單，設計和制造上并不簡單，至少比非后退式的簡單襟翼復雜多了。但C17采用雙縫的噴氣襟翼，不僅有同樣的縫隙，供下翼面高壓氣流產(chǎn)生引射增升，還直接處于發(fā)動機噴流之中，極大地增強了增升作

9、用，縮短起飛、降落距離。原理類似的吹氣襟翼在F4“鬼怪”式戰(zhàn)斗機上早就有應用，但那是從發(fā)動機壓氣機引出氣流產(chǎn)生增升，C17直接用發(fā)動機噴氣產(chǎn)生增升，增升效果強烈得多。運20沒有采用噴氣襟翼可能有幾方面原因。除了噴氣襟翼本身的技術難度外，發(fā)動機推力不足可能是最大的障礙。噴氣襟翼放下后，接受發(fā)動機噴流的吹拂，將噴流部分向下偏轉，并通過縫隙引射增升，增升效果明顯。同時，噴氣襟翼要求發(fā)動機的推力軸線緊貼下翼面，這樣才能是襟翼處在噴流之中。但發(fā)動