简述运-20与伊尔-76、C-17的比较

简述运 20 与伊尔 76 C 17 的比较 在今年的珠海航展中 首次正式向公众亮相的运 20 运输机非常 引人瞩目 运 20 是我国军工企业自行研制的新一代大型军用运输机 于 2013 年 1 月成功首飞 同一时间参加航展的还有俄罗斯研制的伊 尔 76 运输机 以及美国研制的 C 17 运输机 它俩是各自国家及外 国用户军用运输机部队的中坚力量 中俄美三个世界大国的明星运 输机共聚一堂 这还是首次 令航空爱好者们惊叹不已 这里我们 对三位明星进行简要的对比分析 伊尔 76 是三种运输机中最早研制装备的机型 早在 1960 年代前苏 联已经启动了相关工作 其目的是替代安 12 运输机 也就是我国运 8 的原型 C 17 的研制起步于 1980 年代 在世纪之交开始大量生 产装备 而运 20 是彻底尚未完成研制工作的新星 2000 年前后提 出了研制优于当时能够引进的伊尔 76 的国产运输机 2004 年相关 模型首次公开亮相 2006 年初 发展大飞机 成为国家决策 随后 大型飞机研制重大科技专项正式立项 2007 年 6 月大型运输机项 目正式立项 8 月外刊报道了较为准确的项目概貌 2009 年 11 月 5 日中国航空工业集团宣布大型运输机正在生产 三种机型最大的相同点是 它们的研制目的都是为部队提供完成战 略 战术远距离快速机动部署的能力 远距离的要求是至少能够覆 盖本国国土 同时应考虑全球部署 也就是跨越大洲的部署能力 快速指机动速度要高于铁路 海运等传统方式 同时必须尽量降低 对起降机场条件的要求 否则起降地点的选择将非常有限 甚至失 去实际意义 尽管中国目前没有远离本土空域 进行跨国大规模机 动作战的需求 但中国领土辽阔 加上各种和平时期运输任务 例 如人道主义行动 的要求 发展大型运输机有着战略层面的重大意 义和战术层面的实际价值 这一点与美俄的考虑较为吻合 运载能力 虽然三种机型年代相差很远 但三个机型的总体都采用了上单翼 翼吊发动机 高 T 尾翼 机尾跳板门的总体布局 作为运输机 最 引人注意的指标是载重量 由于运 20 的具体指标尚未公开 我们只 能进行一些推断 据报道 运 20 大致上长 47 米 翼展 45 米 高 15 米 起飞重量 220 吨 而载重量推测在 55 到 65 吨之间 而俄罗 斯伊尔 76MF 型运输机 也就是该机型较新的改型的载重量大致在 55 吨 运 20 在载重量数字上略微优胜一些 而美国 C 17 运输机的 尺寸大小 载重量指标定位较高 它的载重量大约为 70 到 80 吨 这一区别主要来自于用户对新运输机的定位 以及具体技术能力的 限制 例如起降条件要求和发动机技术水平等等因素会对载重量指 标的设置产生关键性的影响 以美军为例 C 5 银河 运输机的运 载能力更为出色 但它对起降条件要求很高 只能在少数大机场降 落 仅适合于执行空运枢纽之间的战略运输任务 以往美军使用较 小的 C 141 和 C 130 运输机完成枢纽到一线作战机场的空运任务 而 C 17 的出现 令美军拥有了一种运载能力接近 C 5 又具备在规 模小的机场 乃至泥土跑道上起降能力的运输机 非常好的的衔接 了战略和战术空运两个范畴 运 20 是否具备这种能力尚不得而知 同时 一种军用运输机是否能装重量更大 品种更丰富的货物 是 否能够灵活的满足用户的要求 并不仅仅由载重量数字指标决定 第一个重要的因素是货舱尺寸 伊尔 76 就是一个典型的负面例子 由于它的货舱宽度太小 使得运载苏军新型坦克的操作较为困难 通常需要拆卸装甲裙板 更宽的货物则无法装载 货舱宽大意味着 阻力增大 如果没有更大推力的发动机则无法弥补 这也是最初某 些运输机货舱较窄小的主要原因 另一个因素是货舱装载重物的配 平能力 特别是空投操作时的配平能力 假如一种运输机只能在货 舱指定的狭小空间上装载重物 或者空投时重心变化会令飞机失控 那么它的实用性就变得很低 应该说运 20 通过在伊尔 76 基础上加 宽 加高货舱 较好的解决了货舱尺寸问题 据称运 20 的载货空间 超过伊尔 76 三分之一 由于伊尔 76 运输机已经可以运载和空投三 辆重达 8 2 吨的我军最新型伞兵战车 所以运 20 的配平能力也应当 不成问题 机翼 如何做到货舱的最大化 而又不过大的增加阻力和结构重量 一直 是运输机设计的难题之一 这也是这三种运输机的设计差异之一 最容易对运输机货舱空间造成影响的因素是机翼与机身的结合部分 有许多飞机的结合构件穿越机身 这是运输机设计上需要尽量避免 的 因为这等于隔断了货舱空间 因此绝大多数运输机将结合构件 安排在机身顶部或者底部 这样货舱就不受影响了 这一机翼安装 位置的其它重要考虑包括给翼下吊挂的大尺寸涡扇飞机提供足够的 安装和维护操作空间 同时尽可能避免地面沙石异物打中机翼的可 能性 这对需要在泥土跑道上起降的战术运输机非常重要 这一机翼布局要求为机翼和机身的结合部件安排整流罩 降低阻力 因此这三种运输机顶部都有巨大的整流罩 这个整流罩如果不做进 一步的优化 仅仅起到减小阻力的作用 但飞机设计师们精益求精 给它找到更大的用处 一些更大的运输机 例如 C 5 和安 124 把机翼结合件安排在高于货 舱的分隔空间内 因此它们的机翼结合件整流罩实际上成为了机身 主体的延伸部分 提供了额外的空间 这两种运输机的机身空间其 实被分隔为了上下两部分 上面就是整流罩延伸产生的空间 装有 机翼结合件和其它能够安排进去的设备 下方才是货舱 这些分隔 构件保证了强度 但要占用宝贵的重量 C 17 则通过材料和设计上 的改进 实现了无需带有隔板的中央翼内置结构 也不再需要设置 机翼结合件整流罩 既节省结构重量 也减少了 外置 机翼结合 件产生的阻力 C 17 的机翼结合件后方延伸出一个额外的空间 构成了后部高大货 舱空间的一部分 因此 C 17 的货舱后部要比前部更高 或者说前部 并未像 C 5 那样有额外的上层隔间 机身后部显得比前部要翘起一 些 这在装载上也有很大好处 这是因为大尺寸货轮进出尾部跳板 门时需要占用较多高度 但进入货舱放平后占用的高度就下降了 C 17 的这一设计难度很大 即使欧洲刚刚投产装备的 A400M 运输机 以及乌克兰的安 70 也仅仅使用了传统的中央翼整流罩外置布局 必须补充的是 C 5 和安 124 完整的上下隔间设计使得机头可以安 排大尺寸货舱门 而 C 17 则无法做到 运 20 的机身背部有较为高大的整流罩 说明它也采用了不影响货舱 空间的机翼结合件设计 这也暗示了运 20 和伊尔 76 的联系 后者 一样采用了这种 外置 中央翼的成熟设计 如前所述 这一设计 需要一个整流罩 但阻力和重量方面都不如 C 17 的设计那样出色 但设计难度小 成熟可靠 因此也是一种可取的设计 此外 C 17 的设计也有若干折衷 例如 内置 机翼结合件终究要占用一定的 货舱空间 所以 C 17 的机身截面设计时有所增大 以弥补这方面损 失的空间 进一步的问题是 C 17 需要非常出色的发动机来克服以 上特点带来的额外阻力 这对发动机技术不如美国的国家来说不切 实际 尾翼 三种运输机的另一个共通点是都采用了高置 T 形尾翼布局 也就是 平尾安装在垂尾的顶部 这是一个优点 缺点都很突出的设计 该 布局的优点是平尾有着较高的速度阻滞系数 效率比其它布局好 平尾为垂尾气流提供了有利的遮挡 提高了垂尾效率 飞机的主机 翼会产生很强的气流尾涡 与机翼在接近的水平面上的平尾 比较 容易避开机翼尾涡的干扰 此外高 T 尾翼也通常离发动机安装位置 和发动机喷流更远一些 在某些尾挂发动机布局的飞机上只能采用 高 T 尾翼 具体到军用运输机方面 高 T 尾翼可以使得机身货舱尾 部部署大门变得更简单 也提供了较大的装载操作空间 这一布局 的缺点是 支撑平尾的垂尾结构必须加固 重量增大 且不适合用 于后掠角大的尾翼 也就是说不太适用于高速飞机 最大的争议 来自于特定迎角角度下主机翼和尾翼之间的不利干扰要比其它布局 更为危险 但这一问题主要影响需要做出激烈机动动作的高速飞机 例如战斗机 对运输机来说问题不大 发动机 三种运输机都才用了大涵道比涡轮风扇发动机 它最突出的优点是 经济实惠 燃油消耗相对较低 主要原因是这种发动机外涵道的空 气不进入燃烧室 而是与内涵道流出的燃气相混合后排出 内外涵 道气体混合后 降低了喷嘴平均流速与温度 较低的流速带来较高 的推进效率和较低的噪声 而根据热机原理 较低的温度能带来较 高的热力学效率 两种因素共同作用 使得涡扇发动机在相同油耗 的情况下能获得比涡喷发动机更大的推力 大涵道比发动机的推力 主要来自于前风扇驱动的外涵道气流 根据网络现有信息 2005 年 4 月我国自行研制的第一台高推重比涡 扇发动机核心机点火成功 随后网上出现了我国测试飞机携带大涵 道比涡扇发动机的照片 据信该发动机是国产涡扇 20 发动机 在通 过各项严格试验后 将被用于国产大型飞机 例如运 20 目前运 20 配备的是俄罗斯 D 30KP 2 涡扇发动机 这与伊尔 76 运输机使用的 发动机是同一家族的产品 D 30KP 2 虽然是前苏联研制的较为先进 的该级别发动机 但与西方最先进的几种发动机相比有明显差距 首先其涵道比较低 还没有真正到达 4 或者 5 这样被公认为大涵道 比发动机水平的比值 推进效率也比较差 D 30KP 2 的巡航耗油率 在 0 72 公斤上下 而西方先进产品的涵道比大约在 5 以上 巡航耗 油率大约为 0 6 公斤 这里谈及的西方先进产品指的是已经研制成功 大量装备 军民两 用的多种发动机 西方刚刚完成研制的新型发动机的性能要更为出 色 C 17 使用的是非常出色的普惠公司 PW2040 涡轮风扇发动机 此型发动机的前身是普惠公司的 PW2037 发动机 这是一种民航发 动机 被波音 757 200 才用 而 PW2040 是它的改型 用于波音 757 200 货运型和加大航程型 PW2040 的涵道比为 5 9 是名副其 实的大涵道比发动机 最终这一经历了完整研发改进过程 经受了 大量实际应用考验的发动机被军方指定为 C 17 的发动机 当时此型 发动机已累积了数百万飞行小时的使用经验 据称假如伊尔 76 能够搭配西方标志性的 CFM 56 涡扇发动机 航程 可以比原有水平提高 20 为此 前苏联 俄罗斯正在研制新型 PS 90A 涡扇发动机 涵道比为 5 巡航耗油率降低到 0 6 但因为俄罗 斯近年科研工作进展的缓慢 该发动机依然处于科研阶段 小节 运 20 作为一个以伊尔 76 为基础进行重大改进的全新运输机 摆脱 了