话说运-20(上)-MINGYI

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话说运-20(上)

阅读量：3646666 2019-10-21

网上写运-20的文章已经有很多很多了，着重点基本上都在和C-17/伊尔-76的对比、货舱尺寸、发动机、超临界机翼、外置翼盒等几个热点方面，主流的观点是运-20的设计“参考”了C-17和伊尔-76，多项新技术追平欧美，总体性能超越伊尔-76系列最新的伊尔-476，但还不及C-17。这个观点当然不错，但是我觉得它并没有真实反映出运-20的水平，不要被老旧的发动机迷惑了，“胖妞”运-20真的很先进。

细节决定成败，我们就借助网络上的海量图片围绕运-20转一圈，细品一下这只大国鲲鹏。
所有资料及图片均来自公开网络，所有分析均为个人观点，如有不实不妥之处，敬请指正。
机头

运-20的机头是全机气动设计中最出彩的部分，和787、A350、C919等最新一代客机的保型设计相似，风挡和机头曲线融为一体，没有折线，气动构型更平顺，可以显著降低空气阻力。

运-20是当代大型军用运输机中第一种采用双曲面整体承载式风挡的机型，正面两扇风挡作为承力结构的一部分可以显著降低结构重量（787的承载式风挡结构比777的非承载式减重近300公斤）。

> 第一批入役的2架运-20，最外侧的风挡已经打开
不过运-20的风挡是混合结构，6扇风挡中正面2扇为承载式，外侧4扇为非承载式，可开启用作为逃生出口，驾驶舱视野非常开阔。顺便说一句，熊猫眼的A350并没有采用承载式风挡，仍是常规的6扇式平板风挡，其它军用运输机也都如此。

> 相比之下欧洲新锐A-400M的平板风挡设计要保守得多

比较当代主流的大型军用运输机，运-20的机头最尖锐、流线型最佳、减阻效果最好。

运-20的机头两侧安装了大量传感器设备，主要是分布式大气数据系统，包括空速管、迎角传感器、侧滑角传感器、总-静压传感器、总温传感器等，多重冗余、互为备份。
最值得注意的是雷达罩上方的前视红外探头，在早期建造的物理样机上还没有这个设备，雷达罩也更大一些，显然是在研制过程中新增加的。

该探头至少有45度的俯视角，配合驾驶舱内的衍射平显，在夜间及恶劣气候条件下低空空投时，对前下方空投目标区的观察视野将比C-17上的脚部侧窗要好得多。

> 我在2015航展上拍摄的C-17机头特写，机头侧面的脚窗主要用于目视观察空投目标区，C-130也有同样的设计。
我没去珠海亲眼见过运-20，但是对C-17相当熟悉，几乎每年的Abbotsford航展都能见到，也曾在驾驶舱里和美军飞行员聊过几次。和C-17相比，在运-20上尚没有发现导弹来袭告警探头一类的告警与电子对抗装置。

> C-17前舱门后方配备的“LAIRCM - 大型飞机红外对抗系统”激光转塔，能够发射高强度激光使来袭导弹的红外导引头失去探测能力。右上方为伸缩式滑行灯，和运-20的形式相同。
中国早已研制成功类似的导弹告警与对抗系统，广泛装备在歼轰-7、歼-10、歼-11、轰-6K等作战飞机上。运-20为何没有配备，可能的一个解释是：和C-17频繁在阿富汗、伊拉克等高威胁环境起降不同，中国空军运输机主要在本土内线环境使用，地面威胁程度很低，目前生产的初期型运-20主要用于填补空军战略、战术运输的巨大缺口，导弹告警系统可以在今后的改进或者改型中按需添加。C-17在服役初期也没有全套配齐这些设备，都是后来逐步加装的。

运-20的双轮前起落架向前收起，形式和C-17相同，主要是为了避免在野战机场非铺设跑道起降时机轮带起的沙石进入起落架舱。

> 从这个角度看运-20和C-17确实非常像
运-20的机头部分，由成飞设计制造。成飞自1988年为麦道制造MD-80/-90机头开始，已成为中国大型飞机机头专业化研制基地，C919的机头也是由成飞民机设计制造的。

前机身

运-20的机身由复杂的曲线构成，从机头的雷达罩开始逐渐加粗，只有中部主起落架短舱之间大约1/3的长度是平直的筒型，之后是向上翘起的机尾，收缩到窄小尖锐的尾椎。而世界上其它主流大型军用运输机的机身平直段长度基本上都在1/2以上，以尽量提高货舱容积和货物装卸的便利性。

运-20这样的设计是基于陈旧发动机的不足推力，依靠先进的计算机流体力学辅助设计能力，追求机身的极致减阻效果，其设计权重甚至超过装载容积。
运-20机身有个特点就是门很多，除了前后两侧各有一扇登机门，在机身侧壁的中间高度还有4扇尺寸较小的应急逃生门，机身两侧共有8扇舱门。

四川卫视曾播放过运-20货舱的内景，可以看到应急逃生门是向内翻下开启的（铰链在底部），舱门离货舱地板高度近2米，底下还专门做出一层台阶。

多出4扇应急舱门会增加机体结构的复杂性和重量，但将大大加快机载乘员遇急逃生时的离机速度。至于为什么会安装得这么高，我认为它意味着运-20具备水上漂浮能力，在水面迫降后应急舱门的开口正好位于水面以上，是非常人性化的设计。另外和所有大型军用运输机一样，在驾驶舱顶部还有一扇飞行员专用逃生舱门。

> C-17没有配备专门的应急逃生舱门，它的应急出口就是后跳伞舱门，垂直向上滑动打开，收纳在机身侧壁内。
在运-20的应急逃生门下方标有黄色的虚线框，上面霸气地标注着“紧急时请砍开此区域”，供外部救援人员破拆机身打开紧急出口；货舱内部对应位置也用红色虚线框标出。此区域特意避开机身侧壁内的管线和加强框架结构，也就是在机体结构上故意留出一个“弱点”，方便救援。

类似的标志在外军飞机上很常见，民航客机上也都有，只是没有标注得这么直白，但在中国大型军机上则相当罕见，这同样是注重实战生存性的人性化设计。

> C-17货舱内部的破拆区域标志，旁边连安全斧都配好了（战斗力就在细节之处）

运-20的前登机门尺寸很大，由2副带整流罩的大型铰链向外开启，和伊尔-76的前舱门设计相同，需要借助外部登机梯上下。C-17和A400M的前舱门均为外翻式，舱门背面自带登机梯，但不能在空中开启。

这样的设计差异主要是由中俄和欧美运输机不同使用习惯造成的。当前主流大型军用运输机都可以实现三门四路空投伞兵，但是跳伞路线不同。除了尾门的2路，C-17另外2路是从后跳伞舱门离机的，为此还专门在机门前方安装了可收放的打孔扰流板，以减轻气流对出舱伞兵的干扰。

> 82空降师组织跳伞训练，伞兵们从C-17的两个后跳伞舱门跳出

> 这扇舱门外部还有一个贴合机身曲线的整流罩，开启时整流罩和舱门一起向上收入舱门顶部的缝隙内，设计相当精巧。
而伊尔-76则是从前登机门离机的，舱门向外开启作为挡流板，伊尔-76的主起落架舱整流罩较长，没有设后舱门。

> 4路跳伞的俄罗斯伞兵，可以看到伊尔-76两个开启状态的前舱门
运-20同时具备前、后登机舱门，但仍然继承了伊尔-76的前门离机方式。后登机舱门尺寸较小，尚未看到照片以何种方式开启，不过理论上让运-20拥有了5门6路跳伞的能力。

运-20另一个特点是灯很多，单在前机身一侧就有5盏不同用途的照明灯：应急逃生门上方是用于观察机翼前缘状态（比如是否结冰）的上部照明灯；应急逃生门下方有一盏侧向照明灯，向地勤维护提供照明；再下面是一盏可伸缩滑行灯，在起降阶段向前伸出照亮跑道，也可用于照亮前登机门的装载、跳伞等作业，不用时缩回机体内减小阻力；前登机门边有舱门灯；主起落架整流罩前端还有常规的着陆灯。

机身后部也有类似的专用灯具，减少了对地面设施的依赖，增强了野战机场作业、维护的便利性和独立作战能力。
运-20的前机身和中机身部分由西飞研制生产。

机翼

在媒体对运-20的介绍中，超临界机翼总是一个亮点。超临界机翼前缘钝圆，上表面平坦，下表面接近后缘处反凹，后缘变薄且向下弯曲，这样的构型可以推迟高亚音速飞行时机翼波阻急剧增大的现象，提高机翼的临界马赫数，减轻机翼结构重量。

实际上超临界机翼并不是一种“新”技术，德国航太中心早在1940年就已提出这种机翼构型，霍克·西德利公司在1959–1965年间改进了设计，1972年首飞的A300既以此为基础设计出世界上最早实用化的超临界机翼。
大西洋对岸的NASA工程师理查·惠特科姆于1967年提出相似的设计，在一架改装的TF-8A SCW上进行了广泛的试验并取得专利，但从世界范围看他并不是提出超临界机翼概念的第一人。

> 1973年1月10日拍摄的TF-8A SCW验证机
空客的全系列客机，波音的757、767、777、787、747-8，俄罗斯的伊尔-96，中国的ARJ-21和C919均采用超临界机翼，军机中则有AV-8B、S-3、C-17和A-400M。所以运-20采用超临界机翼只能说是赶上了潮流，并不算创新设计，
因为机翼尺度的关系，远距离用肉眼是很难分辨出超临界机翼和普通机翼区别的。

> C-17翼梢特写，可以大致看出超临界翼型的剖面轮廓
为了实现野战机场短距起降能力，运-20的机翼采用了非常复杂的增升设计：前缘设有全展向多段前缘缝翼，后缘内翼段和中翼段安装了后退式三缝襟翼，外侧为副翼，上表面还有6块用于增阻和控制姿态的大型扰流板。

运-20没有采用C-17那样的吹气襟翼，是很多人认为技术水平没有C-17高的原因之一。双缝吹气襟翼直接承受发动机高温喷流的吹拂，通过缝隙引射可以产生强烈的增升效果，但对主翼及襟翼材料、发动机安装位置和推力都有很高的要求。运-20在发动机推力不足的情况下采用常规三缝富勒襟翼还是非常谨慎务实的。

> C-17依靠大推力发动机和吹气襟翼实现了非常强悍的短距起降能力
从机翼的水平形状以及正面看，运-20的机翼又和伊尔-76非常接近，尤其是外置翼盒的设计如出一辙。

外置翼盒加上庞大的整流罩自然会增加阻力和结构重量，但它也有相当的好处，首先是保持了货舱的完整性，不会挤占内部空间，可以装载大尺寸货物；同时还增加了机体容积，可以携带更多设备和燃油。所以对于直径较小的运-20、A-400M等军用运输机来说，外置翼盒是综合权衡后的必然之选，并不意味着设计水平上的落后。

运-20的机翼从剖面上看像C-17，从正面和顶上看像伊尔-76，似乎各学了一半，但实际上它的设计水平是非常高的。
最大起飞重量265吨的C-17翼展为51.75米，而实际上在它的初始设计中最优化的翼展应为53.4米，但美国空军提出了在120x90米的野战停机坪上停放3架C-17的硬性规定，为了留出足够的安全间距不得不缩短翼展，并加装了NASA专门为其设计的2.9米高翼梢小翼，以弥补翼展不足造成的升力损失。