深度:解析运-20机身细节 与C-17伊尔-76同一水准

2014年11月18日 15:21  观察者网  收藏本文

  那么,同为采用上单翼的大型运输机,为何C-17“环球霸王”的机翼基本上穿过机身上部,而运-20、伊尔-76的主翼却“架”在机背上呢?这主要与货舱的设计尺寸、机体的制造工艺等因素有关。

  C-17的机身直径比较粗,其货舱尺寸与C-5A很接近,机内空间相当大。C-5A战略运输机共设有4个舱室:驾驶舱、前上货舱、后上货舱、下货舱。前上货舱长11.99米:后上货舱长18.20米;下货舱是主货舱,其宽度为5.79米,高4.11米,容积985立方米。C-17货舱的最大宽度5.49米,最大高度4.50米,容积将近600立方米,可以装载一辆60吨重的M1A1型主战坦克或3架AH-64型武装直升机。该机的货舱高度甚至超过了比它个头还大的C-5A,采用“插入式”的上单翼布局对空运重型装备不会产生什么影响。

  与最大起飞重量265.35吨,最大载重量76.66吨的C-17相比,载重40吨级的伊尔-76的货舱长、宽、高明显要小一号(分别为24.5米、3.45米、3.4米,容积只有235立方米)。为了保证机内有足够的空间和高度装载大型货物,将机翼布置在机身上面,是比较合理的。运-20的机身直径虽然比伊尔-76大一些,但也没有C-17那么粗,因此,也选择了同样的机翼安装方式。

  将中央翼完全放在机身外,的确显得比较突兀,那么,会不会因此而生成额外的阻力呢?只要整流蒙皮的设计、制造比较好,阻力系数的增值并不大。而且,凸起的整流包还有可能产生一定的升力贡献,并提供额外的机内空间。

资料图:把机翼背在背上可以保证货舱的连贯性资料图:把机翼背在背上可以保证货舱的连贯性

  问:运-20的纵列式主起落架与伊尔-76、C-17相比各有什么特点?

  答:为了保证满载时能在机场安全起降,大型的军用运输机一般都采用多支柱、多轮式起落架,并配备中、低压轮胎。主起落架和机轮往往都设置在机身两侧凸出的保形舱内。鼓出来的这两个大包会产生一定的阻力,为何不像前起落架那样,飞机升空后将主起落架直接收入机身呢?在进行方案设计时,主要出于两个考虑。

  一是大型运输机的主起落架及机轮的数量比较多,将多套主起落架和小车式机轮收起后放入机身,会占据较大的内部空间。

  二是由于这些起落架均安装在机身上,而机体再粗,也无法保证有足够的主轮距。对飞机来说,若主轮距太小(左右起落架相互之间的距离比较近),在起降和地面转弯时便有可能发生侧翻的事故。

  那么,如何增大运输机的主轮距呢?目前可供选择的措施大致有下述几个。

  一是把左右起落架布置在机翼或发动机舱的下方,以保证主轮距满足使用要求。不过,对于上单翼飞机而言,这么设计会导致主起落架过长、过重。因此,该方法只适用于轻小型运输机(如安-32、运-7等),对大型运输机来说基本上不可行。

  二是将主起落架支柱设计成外张的八字形,以适当拉开左右机轮的间隔。但该方案的受力情况不是太好,重量会有所增加。

  三是在机身下部增设一对短翼,将两个主起落架和机轮安装在短翼外侧。其优点是:短翼可产生一定的升力,且阻力也不大。缺点是:这种办法只能安装一对主起落架,难以布置多支柱起落架,因此,只适合轻小型飞机使用。

  四是把多支柱主起落架前后串列安装在位于机身外的起落架舱内。这样做的优点是:既可满足增大主轮距的要求,又不必占据机身内的空间。其不足之处是:机身中部突出的大鼓包会增加全机的飞行阻力,因此,需在整流修形上多下些工夫。目前,几乎所有的大型运输机都选择了第四种设计方案。

  运-20运输机采用液压可收放式前三点起落架。升空之后,配装并列双轮的前起落架收入驾驶舱下方的机体内。该机机身左右分设三组双轮式主起落架,起飞后,它们分别收入机身两侧的整流罩内。该机在起降装置方面与伊尔-76、C-17A的最大差异是主起落架/机轮系统的设计不一样。伊尔-76采用的是双支柱8轮式主起落架,每个缓冲支柱的左右各装一对双轮;C-17A则选择双支柱6轮式主起落架,每个起落架配三个机轮。

  从停放和地面滑行的照片中不难看出,伊尔-76和C-17A的主起落架有一部分机轮位于整流罩之外或处在舱门的边缘,飞机离地升空后,它们不能直接向前、向后、向上或向内侧收入起落架舱里,其缓冲支柱必须先带着机轮旋转一定的角度后,才能将其整体纳入舱内。显然,它们的起落架和机轮的运动控制机构比较复杂。相比之下,运-20飞机主起落架的收放过程就简单多了,而简单便意味着省钱、重量轻、故障率低。安-70、安-124、C-5、XC-2、A400M等多数大中型运输机机型均选择了此类简单、可靠的起降装置方案。

资料图:伊尔-76的主起落架旋转90度收入机身资料图:伊尔-76的主起落架旋转90度收入机身

  问:运-20的前机舱门与伊尔-76相似,有合页,为推拉开关门,上下飞机还需专门的梯子。为什么不采用C-17、A400M、中国的“新舟”客机那样的可收放、直接带梯子的舱门设计?

  答:带梯子的舱门多用于机身离地高度较低的运输机、公务机和通用飞机。其转轴位于舱门的下缘,机门的内侧附有一套固定式的或可伸张、合拢的梯子。舱门开启时是从上向下绕铰链轴打开的,关闭的过程则相反。此类组合式机舱门的设计很巧妙,优点也很明显:一举两得,使用方便。转场时,飞机不必自带登机梯,也不需要机场为其准备相应的出入机舱的设施。缺点是:构造复杂、重量稍大、成本较高。不过,对于军用运输机来说,这根本算不上什么问题。

  前后滑动式推拉门在运输机上并不常见(一些玻璃窗盖、口盖采用此法),而使用左右转动式常规舱门的机型则比较多。其铰链轴位于舱门的侧缘,开锁后,采取推转和拉转的方式即可启闭。旋转式舱门的合页有的位于门的内侧,也有些装于外侧,这是有讲究的。前者只能向里开启(开启时需占用一定的机内空间),后者必须向外推才能打开。

  带梯子的舱门并非高科技产品,我国完全有能力设计、制造。关键在于做何抉择。对于大型运输机来说,随机携带一个供乘员上下飞机的小梯子也占不了多少地方。而使用配备电动或机械偏转装置的下折式带梯舱门,收放时反而会觉得操作过程复杂了点、麻烦了点。

  另外,配置哪一种前、后舱登机门,在设计和使用性能上可能还有其它的一些考虑。与伊尔-76一样,运-20采用的也是将铰链轴合页设在外部的左右开闭式舱门(合页还进行了整流),即该机的舱门选择了向外打开的方式。为什么要这样设计?一些照片显示,伊尔-76运输机在空中飞行状态,其机身侧面的舱门是可以逆气流开启的,以用于空投和伞降。显然,运-20的舱门也具备此种能力。

  问:伊尔-76和运-20的飞行速度都在800千米/小时以上,在此速度下,舱门还能向外推开吗?另外,下翻式的带梯舱门在飞行时是否也能启闭?

  答:首先,在高亚音速状态下,由于气流的力量太大,舱门基本上是推不开的。而且人员和物资也不可能在800千米/小时的速度下离机。我们以弹射救生为例来说明这一问题。一般而言,当飞行速度超过400千米/小时后,受气流压力的影响,飞行员已很难依靠自己的力量爬出座舱了,必须借助外力离机。而当飞行速度达到800千米,小时以上时,如果不采取保护措施,弹射跳伞的飞行员便会面临受伤或死亡的威胁。显然,运输机实施空投、空降时的飞行速度最好控制在400千米/小时左右。

  在较低的飞行速度条件下,左右转动式舱门比较容易推开,用于观察、空投和跳伞,而自带梯子的下翻式舱门很难做到。因为侧开式舱门的铰链轴是垂直于飞行方向的,在前方来流吹袭下,顶风受力的主要为门面,舱门各处负担的气动力比较平衡,它会均匀地将一部分力传给铰链及两个合页。若承力太大,舱门有向关闭的方向转动的趋势,对结构不会造成什么损害。而外形复杂的带梯舱门放下后,所受的气动力很难预测,有可能会发生抖震等情况。舱门的重力以及气动力、震动力等将全部传给顺气流方向安装的合页与铰链,前后两个合页及插在里面的转轴所承受的力和力矩是不一样的,拉扭力过大,且不均衡,机件就容易损坏。显然,除非遇到特殊情况,这种舱门是不宜在空中打开的。

  简而言之,如果只在地面停放时使用,自带梯子的下翻式舱门的长处多一些,而若想在空中飞行时也能安全启闭,那么,侧开式舱门的适应性更好。

  问:作为试验机,运-20表面似乎没有空速管,机头雷达罩上方的突起是不是压力感知器,能替代空速管吗?

  答:对驾驶员来说,飞机的速度、高度、升降速度等参数是影响飞行安全、作战效能的关键信息,因此获取准确、连续的速度、高度读数非常重要。那么,怎样才能使飞行员知道座机当前的速度呢?在固定翼飞机上一般都是依靠空速管来进行相关数据测量的。

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(新浪军事)

文章关键词: 运-20 伊尔-76 C-17 大型运输机 傅前哨

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