中國運30為何仍然採用螺旋槳發動機?低空性能非常優秀
運-30採取了渦槳發動機,而不是常規大型運輸機採用的渦扇發動機。相較後者,渦槳發動機在速度特性上有一定的缺陷,但在起降性能上優勢卻十分明顯。這是因為,螺旋槳在高速旋轉時會在機翼上表面形成切洗氣流,從而降低機翼上表面的壓強,進而為飛機機翼提供額外的升力。此外,螺旋槳飛機相當於涵道比無限大的渦扇發動機,空氣密度越大越省油,飛行穩定性越好,因而在低空的性能表現非常卓越。
一般的渦槳發動機與渦扇發動機在載荷相同的情況下,起飛重量要輕15%,油耗節省20%。此外,也正是因為渦槳發動機的在低空性能穩定,速度也不快,因而在低空持續盤旋、小半徑盤旋的能力比較強。這種飛機可以在某一作戰區域上空持續以較低的速度持續觀察地面合適空投點,並在峽谷、盆地等狹窄的地形里保留較長的滯空時間,是運-20戰略運輸機所不能比擬的。這種短距起降和大航程特性將使得運-30特別擅長於在複雜的高原、山地和邊遠地區的低等級機場起飛降落,將物資從基幹機場及時運達前線。
運-30的機體結構有奇怪的特點:一是運-30採取的高平尾布局本身對於垂尾強度的要求很大,而野戰跑道顛簸特性將使得垂尾的壓力進一步增大,加大結構疲勞程度。此外,高平尾飛機在起飛時如果處於大迎角狀態,此時機翼會將大部分的氣流遮擋住,讓尾翼附近處於空氣稀少狀態。該處就形成空氣低壓區,尾翼附近較遠處的空氣處於高壓區,這將對飛機施加一個壓力,特別容易使其進入失速螺旋,因而C-130這類短距起降飛機都採取的是低平尾方案。二是較長的機身會如運-8那般對重心形成較大的震顫應力,影響飛機的結構堅固性。
以上兩個推斷就出現了矛盾,一方面螺旋槳體制有助於提升飛機升力和短距起降能力,一方面高平尾布局又不適合飛機實施短距起降,那麼將這兩種矛盾的性質集中於運-30的設計理念到底為何呢?實際上,這兩種特性雖然矛盾,卻並非不能兼顧,就野戰跑道對顛簸對垂尾強度造成的影響而言,這種顛簸的不良影響固然存在,但卻可以通過事先在飛機設計時採用高性能材料和飛機出廠前的地面靜力疲勞試驗來消除。
此外,起落架加入減震結構也是解決顛簸震顫問題的一大法寶,這點在下文會進行詳述。高平尾飛機短距起降性能不好也並非絕對,如C-17飛機雖然採取了高平尾設計,但仍然可以實現短距起降,這是因為雖然機翼的氣流確實會影響高平尾的氣流狀態,但這種情況只出現在飛機出現非常大迎角的情況下,在普通起飛迎角時不會出現這種問題。此外,高平尾設計可以增強飛機空投物資和人員時的穩定性和投放精度,即後艙門打開時出現的氣流突變不會影響高平尾翼周邊的氣流,這對於飛機抵達前線後高質量的執行空投任務其意義不言而喻。因此,運-30這種設計看似不合邏輯,實際上卻是經過精心考量,綜合平衡得到的結果。
相較運-20,運-30的起落架設計方案也必然不同。其中,運-20採取了兩點式起降架方案,這種起降架方案在在飛機降落時,尾翼機腹的起落架同時著地,可以最大限度的減少飛機對於單起落架的強力壓迫,不至於出現折斷,這對於大型飛機而言至關重要。但劣勢在於兩點布局的不穩定性導致其在簡易跑道起降時容易出現側翻,非常不安全。特別是在高原野戰跑道起降時,由於空氣密度小,飛機著陸起飛速度大,起落架受損的概率相當高。
而C-17、C-130、運-8一樣都強調能在野戰跑道起降,因而都採取了三點式起落架布局,由於三角形的穩定性,無論出現多大的顛簸,都不會發生飛機側翻,當然這對其降落架的強度提出了很高要求。查詢我國關於起落架研製的論文可知,在2012年,我國就已經突破了超高強度鋼起落架鍛造技術,實現這一技術並不難。
起落架減震技術是C-17和A-400M等具有野戰跑道起降飛機普遍使用的技術,其中A-400M使用了三減震支柱小車式起落架,每個大行程搖臂式減震支柱布置並列雙輪,左右共12個機輪,這一減震設計超過了C-17這種雙減震結構。運-30對於減震的需求很可能並沒有A-400M和C-17那樣複雜,畢竟飛機的最大起飛重量有差別,減震系統越複雜,飛機的空重也越大,但雙減震一般是最低標準,再少就影響飛機平衡性,因此運-30很可能採取雙減震模式。


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