五星红旗高高飘扬——评运-20 首飞

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作者：TopGun

五星红旗高高飘扬
                　　有两个字对中华民族航空工业的腾飞至关重要：川陕。
　　在不久前的川中蜀地，八一军徽曾在 J-20 威龙的垂尾上耀眼夺目：

　　而现在，在大秦上郡之地的陕西西安阎良，五星红旗又随着运-20 的首飞而在空中飘扬。下图就是运-20 首飞的照片，垂尾上的五星红旗清晰可见：

　　运-20 是中国战略空运的基石，也是中国战略空运时代的开始。中国可以凭借运-20 将力量迅速投射到遥远的、甚至连地面车辆都难以到达的地方。所以这面国旗既代表了祖国对运-20 的希望，也代表了中国航空人报效祖国的雄心壮志。
　　下面，我从气动和结构上对运-20 的机体设计提一些个人看法。
机翼与机身的结合
1、两种不同的翼身结合
　　运-20 的机翼高高地安置在机身上部。机翼的中央翼基本上是从外面安装在桶形机身的上方，如下图所示：

　　从上图可以看出，运-20 机身背部有高高鼓起的整流罩。这个整流罩正好包住机翼的中央翼和中央翼与桶形机身的安装点。

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　　与运-20 不同的是，美国 C-17 的机翼却是中央翼从桶形机身内部一穿而过，从而避免了运-20 那种高高的整流罩。下图是 C-17 正面照：

　　下图是 C-17 的中央翼从机身内部一穿而过的示意图：

　　运-20 这种中央翼基本外置的设计，虽然设计难度小，但是相对巨大的中央翼整流罩产生的阻力比较大、整流罩本身因为尺寸大所以重量也比较大。
　　C-17 中央翼基本从机身内穿过的设计，机身结构设计的难度大一些，却换取了两个主要好处：
　　A、机翼和机身的整流要求小。不但阻力小，而且为整流付出的重量代价也小；
　　B、上述小的整流阻力可以使机身的直径更大从而扩展货舱容积。因为机身加粗会增加阻力，而 C-17 凭借中央翼基本穿过机身所节省的阻力，正可以用来加粗机身直径使 C-17 拥有更大的货舱空间。这也是为什么从外观比例上看，C-17 比运-20 要“肥”一些。
　　当然，中央翼基本从机身内穿过的设计导致 C-17 在货舱中部靠前的顶棚上有一个突出来的中央翼，如下图所示：

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　　但是正如前面 2 中所说，这个从天花板中突出的中央翼换取了更宽的货舱。所以是值得的。作为对比，下图是伊尔-76。伊尔-76 与运-20 一样，是中央翼基本外置设计，所以其货舱顶棚因中央翼而突出的部分非常小，与 C-17 不可同日而语：

2、技术的复杂性使类似运-20 的翼身结合方式仍在广泛应用
　　虽然 C-17 使用的中央翼基本穿过机身有阻力低、可以增大机身直径的优点，但运-20 的中央翼基本外安装也有设计简单、结构简单的优点。所以现代的很多运输机仍然使用类似运-20 的翼身结合方式。比如欧洲的 A400M、乌克兰的 An-70，均是如此。下图是空中客车的 A400M 正面图，可以看到类似运-20 的翼身结合方式：

　　下图是 A400M 翼身结合处机身部分的开口和整流罩的基本结构。这个开口比 C-17 那种中央翼基本穿过机身的开口要小、要简单：

　　所以，作为中国的第一种大型运输机，运-20 采用这种相对简单的翼身结合方式，是非常合理的。

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起落架
　　运输机的起落架非常重要，因为这直接关系到运输机的场地适应能力，从而直接关系到战斗力。
　　为了在未经铺设的跑道和低等级跑道起降，运输机起落架的轮胎压力要低一些、轮胎要大一些、轮胎数量要多一些。
　　为了在诸如大雪覆盖的跑道上起降，运输机起落架轮胎的车辙印记最好不要重叠，以免后面的轮胎陷入前面轮胎碾压过的车辙中。
　　在这方面，伊尔-76 做得非常好。伊尔-76 的主起落架每侧有八个轮胎，而且这八个轮胎形成多达四个车辙印记。这使得伊尔-76 可以在条件恶劣的场地起降。下图是伊尔-76 放下起落架的照片：

　　但是伊尔-76 付出的代价是沉重的起落架重量和巨大的起落架舱。伊尔-76 的起落架舱是如此之大，以至于需要四个巨大的整流罩。相比之下，绝大多是运输机仅仅需要两个。巨大的整流罩也增加了飞行阻力。下图中伊尔-76 机腹下面和侧面，可以见到两对共四个大鼓包，就是起落架舱的整流罩：

　　C-17 很好地平衡了这个矛盾。一方面，C-17 每侧的主起落架有六个轮胎产生三个车辙印记；另一方面，C-17 只需要一对共两个并不很大的起落架舱整流罩。请见下图：

　　运-20 的起落架在场地适应能力上，明显不如伊尔-76，应该也不如 C-17。因为运-20 主起落架的轮胎数量不如伊尔-76，轮胎的车辙印记数量也少于伊尔-76 和 C-17。虽然这仅仅是简单的清点数量，还没有比较轮胎的压力、尺寸，但也能说明一定问题。下图可见运-20 的起落架布置：

　　不过运-20 的起落架舱的整流罩明显比伊尔-76 小，从而减小了阻力。运-20 的起落架也应该比伊尔-76 的轻。这些都为运-20 虽然使用与伊尔-76 同样的发动机，但采用更大直径的机身提供了条件，可谓失之东隅，收之桑榆。

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尾舱门
　　现代运输机的尾舱门主要有两大类：以 C-17 为代表的两片式，苏俄的伊尔、安东诺夫广泛使用的多片式。
　　C-17 的尾舱门只有两片：上面一片向上开启、下面一片向下开启。下图中 C-17 正打开尾舱门进行空投：

　　这种简单的尾舱门不但结构简单、可靠性高，而且重量轻。但是这种舱门很容易形成一个宽而瘪的后机身，从而使阻力加大。C-17 通过精心的气动修行和安装扰流片克服了阻力大的难点。下图是 C-17 肥扁的尾部和尾部的扰流片：

　　运-20 与伊尔和安东诺夫一样，使用了多片的尾舱门。这种尾舱门在关闭时可以很容易地形成低阻力的气动外形，但是因为需要开关多个舱门，所以结构复杂，重量较大。下图是伊尔-76 尾舱门打开时的样子：

　　图中，伊尔-76 的上面一片舱门向上开启；两侧的两个舱门向侧面开启；下面还有一个舱门向下开启成为跳板。运-20 应该也是这种尾舱门。

本章小结：
　　1、运-20 是中国构建战略性的力量投射手段的开始。运-20 的开发单位前途无量；
　　2、运-20 气动设计和结构设计主要采用了比较成熟的技术，与 C-17 相比仍有差距。