新中运是青出于蓝而胜于蓝

新中运有说叫运-15的,也有说叫运-30的。叫什么不重要,新中运青出于蓝而胜于蓝更重要。
新中运只有模糊的图片,有人用AI增强了。到底有多精确不好说,但主要特征应该都保留了。
与运-8相比,最大的改动有三点:
1、机体加宽了
2、低平尾改高平尾了
3、机翼面积加大了
机体加宽是刚需。运-8的原型安-12设计的时候,对中运的车辆和装备运载能力没有太多、太明确的要求,主要还是运载空降步兵,当然机舱狭窄一点为好,便于制造,重量和阻力也小。现在军队里,不算驾驶员的话,车辆比人多。新中运要能运载装甲车辆是刚需。坦克就免了,轻坦有可能,大八轮必须,直升机拆掉旋翼和尾桨尾撑后,也需要能装进去。这决定了新中运的机舱直径必须比运-8大很多,看起来粗短就不奇怪了。
具体载重量不清楚,坊传30吨,很有可能。这介于运-8的20吨和运-20的66吨之间,也在C-130的19吨和A400M的37吨之间。这是很合适的吨位。再大的话,轻载出动会浪费;再小的话,很多装备运不了。
时代不同了,空降兵也机动作战了。伞战之外,还有大山猫。新中运不仅要能装运,还需要一点数量,前提是确保空投空降和前线跑道能力。
运-8和C-130都是低平尾。这在结构上简单皮实,但对机尾空降作业的气流影响很大。安-12和C-130都有尾门,但这主要是在停机坪上装卸货物和车辆用的,伞兵空降还是以两侧舱门跃出为主,机尾尾流不是多大的问题。随着尾门空投越来越主流化,低平尾改为高平尾很有必要。
高平尾还有尾翼翼面的气动环境干净、控制作用有力的好处,这对低空低速的空投空降作业特别重要。美国空军在越南战争时代试验了超低空超低速的托盘伞降系统(LAPES)。



这是在几米的极低空以勉强超过失速的速度在空投场通过中,用阻力伞拉出托盘上的货物或者车辆,直接落地。在理想情况下,阻力伞抵消所有前进速度,托盘相当于从几米高的高度直接落地。只要设计得到,托盘上的货物或者车辆可以保证完好无损,解开固定索带就可卸货或者直接开走。但这样的极限飞行状态对飞控的要求极高,高平尾格外有效的气动控制很受欢迎。对于山区、海岛、复杂气象运作,这样格外有效的气动控制同样受欢迎。
新中运的机翼面积明显加大,平面形状与C-130相似。现在还没有确切数据,但目测下来,比C-130还大。但新中运的机翼不是照抄C-130,还不只是因为增加了翼梢小翼。
在相同翼展、翼面积时,前缘平直的机翼产生升力的效率最高,这是因为流经机翼的气流都“乖乖”地从前向后流动,不管用伯努利理论、下洗气流理论还是环流理论解释升力产生机制,这样简单、平顺的流动都是最有的。前缘后掠的机翼将从前向后的流动分解为沿着前缘后掠方向的斜向流动和垂直于前缘的法向流动,只有法向的流动是产生升力的,这也是后掠翼为什么能推迟超音速飞行时激波阻力产生的道理,因为在后掠翼前缘的法向上,超音速气流的法向分量速度低于音速,避免了激波阻力的产生。
问题是,从前到后的气流流动是因为动力在推动飞机前进,后掠翼这么一分解,激波阻力的问题解决了,但沿着后掠角的斜向流动对产生升力无用,还在翼尖形成额外的涡流。说额外,是因为升力意味着机翼下表面压力高于上表面,在翼尖之外不再有机翼的物理阻隔,下表面高压就“水往低处流”,横着向上流动,形成翼尖涡流。这部分流动也不产生升力,不进则退所以可以等效为阻力。后掠翼还火上添油,增加了翼尖涡流阻力。
在每一点滴升力都要争抢的超低空超低速环境下,肯定是平直翼更好。顺便说一句,C-130的肯定是平直翼,但安-12也是平直翼,那一点点前缘后掠还构不成后掠翼,只是没有C-130那么平直而已。要波音707那样前后缘都后掠的才算正经的后掠翼。最平直的平直翼当算塞斯纳172那样的,前后缘都是平直的。C-130那样后缘带前掠,是为了在不增加翼展的情况下,增加翼面积和改善翼根受力。翼面积越大,升力越大。但后缘前掠过度容易导致气流分离,那又弄巧成拙了。气流像个大小姐,没点规矩不行,但规矩做太大了,人家就不理你了。
C-130的机翼平面形状作为下厨房的大小姐还行,但还要高空高速的大小姐就不大行。新中运还是需要一点速度和航程的,所以不能简单照抄C-130的肥厚机翼,而是采用了超临界翼。
机翼的形状有两个要素,一是平面形状,平直翼、后掠翼说的就是这个;另一个是剖面形状,一般是某种下半扁平的钝头半水滴形。在亚音速下,头较钝和上表面饱满有利于气流吸附,也就是说,顺着翼型流动。气流一旦脱离,就是大小姐不理你了,那不行。但气流在上表面加速中,速度超过音速的话,就会形成激波阻力。尽管飞行速度还不到音速,但翼型对气流的加速还是可以使得气流达到局部超音速的。这是肥厚机翼到高亚音速是就阻力迅速增加的原因。
超临界翼换一个思路。上下翼面在前半段都相对平缓,所以气流加速不显著,不至于过早产生激波阻力。但在后半段,下表面向上挖空,上表面向下急速弯曲,好像在机翼后缘形成向下的钩子一样。这样,下表面气流在动压下被迫向下拐弯,上表面气流在保持吸附中加速,也向下拐弯,最终形成强大的下洗气流,产生升力。好处是可以在较高速度和较小后掠下依然推迟激波阻力的产生。
换句话说,新中运既保留了C-130机翼的低空低速优势,又保持了安-12机翼的高速低阻优势。
这也是新中运必须有翼梢小翼的原因:下表面气流加速和高压的产生主要在后半段,翼梢小翼尤其需要在后半段挡住侧卷过来的涡流,前半段倒是用处不大。
当然,翼梢小翼可以等效为翼展的增加,大翼展机翼有利于提高升阻比,这些都是老生常谈了。新中运的航程可能比C-130或者安-12都要大。
超临界翼是新时代的主流,但中国是在ARJ-21、C-919、运-20的设计中才掌握相关技术的。一旦中国掌握,接下来就是白菜化,就是青出于蓝而胜于蓝,这是颠簸不破的真理。这不,新中运来了。
这也意味着新中运的超临界翼不是首创。C-17、运-20都是超临界翼,但那是不同级别的更大飞机。A400M、安-70都是超临界翼。C-130J倒不是,还在用传统机翼,所以速度还是那样,提不高。
在发动机方面,新中运用的发动机型号不明,有可能是AEP400。涡桨6C竟是伊夫琴科AI-20的基本设计,再用新技术更新也跳不出老格局。这还是传统涡桨,不是更先进的桨扇。桨扇的速度更快,但桨叶技术太复杂,还有难以解决的噪声问题。噪声不光是恼人,还对结构带来疲劳问题。新中运只需要安-12的速度,但不需要运-20的速度,用桨扇没有多少额外的优越性。
同样,由于低空低速优先,用两台大涡扇替代四台大涡桨并非良策。推力的产生说到底是动量平衡,用高速小流量的气流和低速大流量的气流产生同样的推力,但后者的推进效率更高。简单粗暴地说,就是因为前者的高速是用高温换来的,而温度本身并不直接产生升力,这部分能力“浪费”了。推进气流的速度与飞行速度差别越小,温度越低,“浪费”越小。涡扇用风扇额外拉动推进气流,所以比涡喷更省油;涡桨好比涵道比无穷大的涡扇,比涡扇更省油。
在推力特性方面,涡扇和涡桨也好比汽油发动机和柴油发动机一样。跑车用汽油发动机,高空高速优先的飞机用涡扇;卡车用柴油发动机,低空低速优先的飞机用涡桨。


巴西C-390用双发涡扇,是因为有双发支线客机的基本技术可以借鉴;日本C-2用双发涡扇,也因为有完全不同的使用要求,还是后方机场之间的远程空运为主。新中运的低空低速和前线运作要求至少和C-130一样高,而C-130的低空低速和前线运作是在越南战场上考验过的。都号称能越野,汉兰达和陆地巡洋舰能一样吗?



自由撰稿人




