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在近期热映的国产科幻大片《流浪地球2》中,不仅出现了很多未来感十足的机械设备和航天器,同时也有不少各国现役主战武器装备登场,其中,最为引人瞩目的是影片开头颇为炫酷的垂直起降型歼-20隐身战机,主创人员称其为歼-20C。
既然科幻影片要具备一定的科学技术基础,影片中的歼-20C又是基于现实中的歼-20隐身战机而改进设计的。那么,我们不妨分析一下垂直起降型歼-20隐身战机的技术可行性有多大?
《流浪地球2》中出现的垂直起降型歼-20战斗机。
值得称道的细节设计
从影片镜头以及诸多制作花絮,我们可以了解到主创团队不仅完成了歼-20C垂直起降隐身战机的方案设计和三维建模,甚至还打造了等比例的实体道具,特别是歼-20隐身战机的双人座舱道具,几乎能够以假乱真。在歼-20C垂直起降隐身战机的很多细节设计上,可以看得出主创团队确实非常用心,具备一定的专业水平。
首先,作为一架垂直起降隐身战机,歼-20C最为重要的机载设备之一就是机身前部的升力发动机。很多媒体在对歼-20C的升力发动机进行分析时都认为其应当是与美国F-35B垂直起降隐身战机类似的升力风扇。该机的升力风扇采用两级对转设计,直径达1.27米,依靠与主发动机主轴连接的驱动轴来提供动力。不过,笔者认为,歼-20C垂直起降隐身战机采用的应当是类似于苏俄雅克-38以及雅克-141的2台前后串列式涡扇升力发动机。
从总体设计布局和性能上看,雅克-141的串列式涡扇升力发动机与F-35B的大直径两级对转升力风扇各有优劣。但是,对于歼-20C这样一款最大起飞重量有可能超过40吨的重型战机来说,升力风扇很难能够满足垂直起飞时的升力要求。
《流浪地球2》关于歼-20C垂直起降战斗机的海报。
美国F-35B垂直起降隐身战机的升力风扇可以产生9吨的推力,已经是当今世界最高的技术水平了。如果歼-20C要具备在最大起飞重量的情况下实现垂直起飞的能力,则升力发动机的推力至少要达到16吨,两台主发动机可以提供至少24吨的总推力,才可以满足最基本的起飞推力要求。
而升力风扇在转速一定的情况下,要大幅提升推力,只能进一步增大直径,这又要受到机身宽度的限制。所以,采用2台串列式涡扇升力发动机是歼-20C最为明智的选择。按照2044年的技术水平,中国航发工业应当能够研发出重量足够轻、尺寸足够小且可以提供8吨推力的涡扇发动机。
其次,笔者注意到,在歼-20C的2台串列式涡扇升力发动机后部两侧,主创团队还特别设计了垂直起飞时所必需的辅助进气口,这也是几乎所有垂直起降喷气式战机必备的设计。当战机进行垂直起降时,为了避免向下喷出的高速气流吹起来的异物被吸入机身两侧的主进气口,通常都要利用设在机身背部的辅助进气口来提供主发动机所需的空气。不过,与F-35B和雅克-141采用的大尺寸辅助进气舱口设计不同,歼-20C的辅助进气口类似于鱼鳃式设计,与米格-29的辅助进气口很相似,应当是考虑到了隐身设计要求。