讲武谈兵|运-20“鲲鹏”大型运输机未来改进设想

澎湃防务特约撰稿 黄国志

2016-07-14 13:56 来源:澎湃新闻

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2016年7月6日,中国自主研发的运-20“鲲鹏”大型运输机首批2架交付空军航空兵某部,开启了中国空军和中国航空发展史一个新的时代。从目前交付空军的技术状态来看,运-20还有很多潜力可以挖掘,中航工业也必将继续推进该机未来的改进改型,笔者将对此做以分析和展望。
D-30KP-2仍是未来短期明智的选择
运-20从首飞到交付部队,动力装置都是采用4台俄制D-30KP-2涡扇发动机,而很多国人都在热切期盼国产WS-20大推力大涵道比涡扇发动机能够早日投产并装备到运-20上。虽然从总体性能上看,D-30KP-2无法与俄罗斯新一代PS-90A-76涡扇发动机和美国C-17装备的普惠公司F117-PW-100涡扇发动机相提并论,但是对于运-20的研制方中航工业和使用方中国空军来说,D-30KP-2却是未来十年国产军用大飞机最为明智的选择。
首先,WS-20涡扇发动机还需要更多时间去完善设计、提高可靠性,从设计定型到生产定型,再到完全达到使用要求还有很长一段路要走。虽然该型发动机已经安装到中国试飞院的伊尔-76空中试车台上进行了验证试飞,但并不代表其已经达到了很高的技术成熟度。因此,对于国产大推力大涵道比涡扇发动机的研制进程,我们必须按照科学规律和流程一步步地稳妥推进,切不可操之过急。
其次,D-30KP-2虽然性能已显落后,但是其成熟可靠,经过了数十年的飞行验证,是一款值得信赖、能够满足现阶段使用要求且性价比较高的发动机。运-20作为我国全新研制的大型运输机,采用D-30KP-2这种成熟发动机后,在很大程度上减小了研制风险,并且通过发动机外购,在产能上也可以尽量满足中国空军非常迫切的装备需求。
此外,随着运-20的服役,未来中国空军将有4种大型军用飞机采用D-30KP系列发动机,其他三种分别是伊尔-76系列运输机、伊尔-78空中加油机以及轰-6K“战神”巡航导弹轰炸机。这种发动机的通用化对于中国空军简化后勤保障体系来说非常重要。
下一步,应当由新成立的中国航发集团尽快完成D-30KP国产化型号WS-18的研制和量产,并且在消化吸收俄方技术的基础上进一步提升该型发动机的性能,如推力、耗油率等。如果运-20也同其他国产军机那样有A、B、C等一系列改进型号的话,笔者认为至少在运-20A/B阶段依然会采用D-30KP及其国产型号WS-18。
气动技术或成未来改进重点
运-20的主翼采用了超临界翼型,这其实也不是一项新技术了,早在1967年便由NASA兰利研究中心的惠特科姆提出了这种翼型的设计思想。超临界翼型最大的优势在于可以推迟临界马赫数,减小大型飞机在高速飞行时的阻力,而且还不必付出增加机翼重量的代价。这一技术在问世后,迅速应用到各型军用及民用大型飞机上。对于运-20来说,这也是我国首次在国产大型喷气式军用飞机上应用这一技术。
在运-20未来的改进发展中,笔者认为最有可能应用的当属下表面吹气增升技术和翼梢小翼减阻技术。这两项技术虽然都不能称作当今尖端的航空技术,但是在国产大型军用飞机上都还不曾采用过。对于下表面吹气襟翼增升技术,在运-20刚刚亮相时曾经有过争议。目前看来,运-20并没有采用这一技术。
下表面吹气增升技术的基本原理是发动机喷流沿着机翼前缘下表面吹向双缝襟翼,再由双缝襟翼的引流作用将喷流引向一个较大的下偏角度,从而达到提高升力系数、缩短起降距离的效果。不过,这一技术对于发动机吊臂以及机翼后缘襟翼的设计、材料和工艺都提出了很高的要求。
此外,翼梢小翼可以阻挡和分散翼尖涡,减少诱导阻力,在民航飞机上应用很广泛,但是在大型军用运输机上只有美国C-17采用。根据美方数据,翼梢小翼的应用改善了C-17的巡航性能,降低油耗2%左右,减小阻力约3%,应该说效果非常明显。
笔者认为,当运-20发展到可以换装WS-20涡扇发动机阶段的时候,就可以考虑采用以上两个技术,从而形成一个几乎全新的大改型号。采用下表面吹气襟翼增升技术后,发动机吊臂要重新设计,以便使发动机外涵道边缘与机翼前缘在几乎同一水平面上。当然,机翼前缘襟翼也要改成分段式。
短期内将专注运输用途
运-20的服役是否意味着中国大型特种飞机有了一个新的改装平台?对此可谓是“仁者见仁,智者见智”。
对于中国空军来说,随着空警-500的批量服役,空中预警机的需求缺口在一定程度上得到了弥补。根据中航工业的说法,空警-500采用更为先进的技术、总体性能不逊于空警-2000,在某些指标上甚至有所超越。与此形成对比的是,目前中国空军对于大型运输机的需求非常迫切,空中运力急需得到补充。在这种情况下,运-20应该不会很快改装为空中预警机等大型特种飞机,而是专注于运输用途。
事实上,随着ARJ-21以及C919等国产支线/干线民航客机的交付使用,这些机型更适合改装为特种飞机。
从国外发展情况来看,苏/俄装备的军用特种飞机大多以运输机和轰炸机为改装平台,欧美则以干线和支线客机为主。这一差异在预警机、加油机和电子侦察机等方面表现得尤为明显。
从使用角度来讲,预警机、加油机等需要长时间巡航执行任务的特种飞机还是比较适合以干线和支线客机为改装平台。干线和支线客机能够提供比运输机、轰炸机更舒适的环境、更低的油耗以及更大的内部空间,尤其是利用民机平台改装还更具经济性。
撤侨行动新助力
除了军用,运-20作为我国唯一的国产大型运输机,还将担负大量非军事用途,比如运送救灾物资以及大型工程机械设备,以及国外撤侨等。近期,随着南苏丹国内局势的恶化,我国已经做好了从该国撤出相关人员的准备。而以往担负这一任务的,几乎都是从俄罗斯采购的伊尔-76系列运输机。该机虽然在航程上能够满足要求,但是机舱内设备相对简陋,环境较差,尤其是噪声大,对于撤离人员的身心有很大影响。因此,在此前北非国家的撤侨任务中,除了伊尔-76,我国还紧急抽掉了一部分民航客机参与行动。如今,随着运-20的服役,未来我国撤侨任务将增加一支全新的生力军。
刚刚交付空军的2架运-20主要担负飞行员及地勤人员培训等任务,虽有一定参与南苏丹撤侨任务的可能性,但是笔者认为不大。如果正式展开撤侨任务,中国空军还是会派出伊尔-76运输机。这是因为运输货物装备和运送人员不同,后者要求对机舱内部设备进行相应的改装,并不是一蹴而就的事情。以美国C-17大型运输机为例,运送人员时,最重要的是在机舱内加装座椅并做好固定措施。根据运-20的机舱内部尺寸,在两侧机舱内壁已经装有折叠座椅的基础上,需要在机舱中部加装2~3排座椅。这些座椅不仅要完全固定在机舱地板上,而且要保证一定的舒适度,避免增加人员的旅途疲劳。此外,机舱内一些原本用于货物吊运的设施以及与运送人员无关的设备也要尽量拆除,以保证人员有足够的活动空间和放置行李物品的空间。待所有设施改造完成后,预计1架运-20一次可以运输100人以上,从我国境内直飞非洲没有任何问题。
除了机舱内部的改装,撤侨行动也将对运-20的诸多性能进行考验。比如,非洲国家多数机场跑道条件较差,有的甚至达不到大型运输机起降的要求,而且有的还处于战火之中。在这种情况下,运-20的野战起降能力(主要是主起落架设计)、战场抗毁伤能力(关键设备冗余备份、装甲防护、导弹告警)以及短距起降能力(发动机反推力装置、机翼增升)等都要得到相应的增强。
“鲲鹏”已经翱翔于祖国蓝天,我们期待在更多重大行动中看到她的英姿。

(“讲武谈兵”是由现代兵器杂志社资深编辑黄国志为澎湃防务开设的个人专栏,以客观严谨的态度,辅以活泼精炼的语言,力图“破除防务迷雾”,为读者更好地认识我国与国外在装备技术上的差距提供参考和借鉴。每周一或二倾情奉献。)
责任编辑:庄晓丹澎湃新闻报料:4009-20-4009   澎湃新闻,未经授权不得转载
关键词 >> 运-20,大型运输机

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