按照中央军委命令,2月13日凌晨,空军出动运-20、伊尔-76、运-9共3型11架运输机,分别从乌鲁木齐、沈阳、西宁、天津、张家口、成都、重庆等7地机场起飞,向武汉空运军队支援湖北医疗队队员和物资。上午9时30分许,11架空军运输机全部抵达武汉天河机场。这是我国国产运-20大型运输机首次参加非战争军事行动,也是空军首次成体系大规模出动现役大中型运输机执行紧急大空运任务。

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。