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驰援武汉!运20迎来服役后首次实战,表现超出想象

来源:https://www.lycgs.com 时间:2020-02-14 18:56 编辑: 手机版

自武汉疫情爆发以来,空军派出多批次运输机执行支援任务,但在此之前一直都是俄制伊尔76的身影。没有看到国产运20,各位网友心中不免遗憾,12月13日上午9时起,空军再次派出一批11架运输机,其中包括6架运20。

鲲鹏来了

这是运20自服役以来首次执行非军事任务。那么,运-20在全球运输机领域,处于什么水平呢?首先用一张表格来表示运-20、伊尔76、C-17三种大型运输机的基础参数和性能参数差异。

从上表可以明显看出,就体积和最大航程而言,运-20和伊尔-76基本持平,小于C-17。就最大载重和最大起飞重量而言,运-20大于伊尔76,小于C17,就最大速度而言,运-20小于其他两种型号。这实际上反映出了两个问题:从最大起飞重量来看,运-20的升力要大于伊尔-76,但小于C-17;从最大速度和飞机体积来看,运-20的飞行时阻力要大于伊尔-76(运-20的货舱面积大于伊尔-76,必然阻力更大),飞机动力则不如C-17。但问题是,运-20的翼展本身要小于伊尔-76,它是怎么拥有比伊尔-76更大的升力的呢?这就是运-20的第一个突破——独特的机翼设计。

运20机翼与机身采用了创新了大十字对接方案

运-20机翼几何构型采取悬臂式上单翼,这样的设计可以保持飞机整体的重心较低,使得飞机飞行平稳,但考虑到运-20载重量较大,重心本身就很低的因素,为了增加飞机在空中的机动性,则给上单翼设计了一定的下反角。也因为采取了上单翼的设计,为了防止机翼产生的强下洗气流干扰尾翼工作,运-20使用了T型高平尾的尾翼布局,这些设计与伊尔-76的机翼类型基本一致,而运20的创新点在于采取了全新的超临界翼型。

超临界翼型

普通翼型和超临界翼型的区别在于在机翼的末端,超临界机翼会有个向上的凹口,与传统机翼翼型相比这会有效减少飞机机翼的激波效应区,提升飞机在跨音速时的飞行性能。不过运-20本身最大的速度才700千米/小时,远没有达到音速飞行时激波的速度门限,为何还要采取超临界翼型设计呢?这是因为为了保证足够的升力,运输机的机翼做的一般都比较厚,在飞行时,虽然机翼前端的气流不会到超音速,但气流一旦顺着机翼向上下表面流动时就会在局部超过音速,出现音速激波。

传统翼型的激波区面积大,强度高,这种阻力要远大于亚音速飞行时的正常阻力。而采取超临界机翼构型就可以有效减少超音速区域面积和激波阻力强度,让强激波变成弱激波,最终大大减少飞机飞行阻力。这一减阻效应对于使用推力较小的俄制D-30KP-2却在机舱面积和载重都大于伊尔-76的运-20来说弥足珍贵。此外,在襟翼增升方面,运-20采用了复杂的后退式三缝增升装置该设计复杂度高于C-17,增升效果十分显著,一般可以增加1.5倍的飞机载重,这将直接影响飞机的最大起飞重量。正是这两种增升的设计,使得运-20能够在动力与伊尔-76相同的情况下,最大载重和最大起飞重量都超过伊尔-76不少。

后退式三缝增升装置

运20为了减轻机体整体重量满足飞机使用的各类性能,在新材料技术上的应用另外一个自主研发的亮点。玻纤增强环氧树脂就是其中的一种,和传统钢结构材料相比,该材料具有重量轻、强度高、膨胀系数低,尤其在复杂环境下抗侵蚀能力非常突出。该材料以往只能依赖进口,国产品牌的力学和烟毒特性一直不过关。2009年3月,703所正式为此材料立项,经过3年的努力,制造出了这一产品,运用在了运-20的厨房隔板、地板等部位,使得运-20的防火性、安全性大大增加。

另外一个例子是运-20采用的超高强度钢起落架。大型飞机在起飞降落时起落架受力极大,起落架材料的好坏直接关系到飞机安全,美国飞机包括C-17在内的运输机和民航飞机90%采取300M钢,该钢材的强度级别为1900到2100MP,也就意味着在1平方米的钢材上可以承受最大2100吨的重量。我国的高强度钢研制始于上世纪80年代,在1990年研制成功了与300M钢同性能的4OCRNi2Si2MoVA钢,在随后发展出了一系列抗疲劳技术,最终应用在了运-20的主起落架上。

我国自主生产的碳-碳复合材料也被应用到了运-20的刹车片上,这是一种时下非常热门的碳纤维材料,能够有效承受飞机起落架刹车时刹车片摩擦产生的高温,同时比普通刹车片重量减轻超过100千克。目前在外国也只有顶级的客机A320和美国的B-2隐形轰炸机使用了该材料。从上面对材料的分析来看,运-20的技术水平远超过伊尔-76,与C-17持平。

如果说运-20在载重与C-17相比还有所差距,在材料上只能与其持平,那么在综合航电系统上则完全独步天下。运输机的航电系统包括仪表飞控、导航、通信、气象、发动机参数这几大类。伊尔-76运输机和C-17运输机因为生产时间较早,在出厂时并不具备将航电大规模信息化改造的技术条件,因此其座舱内显得十分凌乱(C-17后来虽然停产,但其也经过了信息化改造,让航电系统水平大幅度提高,在此只讨论起出厂时的技术水平),飞行员需要时刻注意各种复杂的仪表,并对各种飞控操作部件进行操作,飞行驾驶体验极差。通信导航的精度也不高,直接影响了飞机的全天候起飞和降落能力。而运-20则利用 ARICN429总线将所有的航电设备全部连在一起,使用一台计算机综合处理数据,并最终将其显示在个显示屏上,让飞行驾驶舒适度成倍增加。

运20座舱

运-20还非常注重对机械部件的电子化改造,伊尔-76采用的机械和液压式飞控系统极端依赖飞行员技术,往往出现操作不精确的状况。运20则利用现代化技术改用数字电传,不但使得操作更加精确,而且所有的飞控参数实时被记录下来,机载计算机则对其不断检测,这使得飞机问题能够被及时发现解决,大幅度提高了飞行安全性。此外,综合航电系统的维护难度也要远远小于传统航电系统,减轻了保障难度。这就是运-20的后发优势。

评价一架飞机不但需要评价飞机本身的好坏,还需要从其整个生产线来评价国家飞机生产能力的跃升。运20的出现恰恰就是我国大飞机生产技术出现历史性跨越的例证。在飞机设计上,伊尔-76和C-17这类传统大运输机生产时在确定了飞机的总体生产方案后,需要将生产方案所有的部件进行分解进行模型制作,模型则被再次制作成二维的三视图纸分发到各个生产厂商,生产厂商再依赖图纸重建三维模型,最终生产出产品。整个过程冗长复杂,需要极多的人力物力,并且在生产另外一型飞机时图纸就要全部作废重新制作,而如果一旦某一部件图纸数据出现错误,整个与其相关的所有部件就要重做。

在三维制图技术普遍发展的今天,运-20则使用了全新的三维标注法,将所有的模型部件的三维模型使用三维设计软件全部一次性制作完成存入计算机数据库,任何新飞机要使用时只需要直接调取即可。如果某部件出现数据错误,只需要一键操作,其他所有部件的模型数据都会自动更改,这样现代化的设计模式根本不是当年老旧的C-17和伊尔-76生产线所能匹敌的。

此外在生产运-20的部件过程中还大量使用了最新生产技术,例如机体框架采取了激光打印技术,一次性将复杂部件制作完成,不产生任何耗材。在飞机组装时使用了波音公司普遍使用的最先进的总装脉动生产线技术,通过数控定位器多自由度调姿定位技术、机翼整体壁板数控喷丸成形技术、机翼壁板自动钻铆技术、大部件自动化对接技术、数字化测量技术和轨道移动技术等先进装配技术的集成应用,全面提高了飞机的总装配技术水平和装配质量,极大的减少了组装时间和消耗,初具工业4.0特征这种现代化的生产线技术也是C-17和伊尔-76所不能匹敌的。可以说,如果运-20的发动机也能国产,那么运20的产能将远远高于伊尔-76,俄罗斯自此在大飞机制造上被我国甩出一个时代。

D-30KP-2涡扇发动机

在看到运-20拥有如此诸多优势的同时,也必须认识到其也存在一些弱点,其中最大的就是中国飞机制造业的老大难"心脏病"问题。运20使用俄制D-30KP-2涡扇发动机,与伊尔-76相同,该发动机和C-17使用的PW2040差距不小。PW2040最大推力为178千牛。而D-30KP-2最大推力则只有122千牛、差距56千牛。运-20和C-17都使用了4台发动机,两种飞机的总推力差距就达到了224千牛,相当于给C-17又增加两台D-30KP-2发动机(不计重量),自然C-17的运输能力和飞机速度都是运-20所无法匹敌的。

C-17的PW2040发动机

强劲的发动机保证C-17卓越的野战起飞能行

油耗率方面,D-30KP-2发动机的巡航油耗率为0.71,而PW2040仅为0.574。根据油耗率的定义,这就意味着毎产生1N的力,D-30KP-2发动机在一小时内就要消耗更多的燃油数量,假设将PW2040配装到运20上,在使用同样速度航行的情况下,其航程能够超过9600千米,实现洲际飞行。虽然我国计划给运-20配装国产的涡扇-18发动机,但该发动机也仅仅是D-30KP-2的仿制品,其性能可能还不如前者,仅仅是解决了运-20产能的问题。只有当我国的涡扇-20成熟之后,才有可能实现真正的动力突破,让运-20的最大起飞重量、最大速度进一步提升。

总体来说,运-20的面世代表了我国大飞机生产的历史性突破,达到了完全超越伊尔-76,部分超越C-17出厂原型机的目的。除了发动机,几乎所有其他重要部件都实现了国产化,同时也让我军奏响了全球机动、全球到达的战略空军新篇章。

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