明人摸“象”!俄罗斯重型运输机方案“大象”离飞起来还差几步?(二)
两种“大象”飞机方案,对于较宽的车辆装备就显示出差异,如下图。
窄体“大象”只能装载一列较大型卡车,宽体“大象”则可以装载两列较大型卡车,装载效率则是窄体的两倍(俄罗斯中央空气流体动力学研究院图片)
文章中对比了几种典型货机和大象方案的对比,如表3。
表3“大象”重型运输机与几型货机的对比
参数项/飞机类型 “大象”窄体型 “大象”宽体型 安-124-100 安-124-100M-150 安-225 波音747-8F 空客A380-800 F(方案) 发动机 PD-35 D-18T3 GEnx-2B67 遄达977 总推力(吨) 4x31.22 4x32 4x23.43 4x23.43 6x23.43 4x30.16 4x34.87 机翼面积(米2) 764.5 789.8 628 628 905 567.6 845.8 最大起飞重量(吨) 490.22 499.14 392 402 600 447.7 590 最大着陆重量(吨) 413 421 330 - - 346 426.83 最大载重(吨) 180 180 120 150 200 132.6 151.44 最大燃油重量(吨) 280 280 212.35 212.35 - 181.5 243.35 使用空重(吨) 215.5 223.5 175 - 360 197.1 251.9 载重比 0.367 0.361 0.306 0.373 0.333 0.296 0.257 推重比 0.255 0.256 0.239 0.233 0.234 0.269 0.237 单发失效推重比 0.191 0.192 0.179 0.175 0.195 0.202 0.177 机翼载荷(千克/米2) 641 632 624 640 663 789 697 载重-航程(千米) 180吨 4892 4907 - - - - - 150吨 7000 7000 - 3200 7000 - 10371 120吨 - - 4650 5200 - 7871(132.6吨) - 转场 18864 18654 14200 - 15400 16050 - 跑道长度(米) 3000 3000 3000 3000 3000-3500 3100 3000 “大象”的两个方案中,都可以增加可拆卸的第2层货舱地板,根据运输任务的不同,调整装载空间。同时,满足空运超大件货物需求,这种能力是其他货运飞机所不具备的,下图显示了不同机型装载方案的区别。
“大象”装备方案与安-124-100、安-225和波音B747-8F相比,空间利用上更加充分(俄罗斯中央空气流体动力学研究院图片)
文章还给出了“大象”与几型飞机的尺寸对比图,如下:
“大象”与安-225、B747-8F、安-124和A380的侧视叠加图对比(俄罗斯中央空气流体动力学研究院图片)
“大象”窄体方案与安-225、B747-8F、安-124和A380的俯视叠加图对比,“大象”窄体翼展是87112厘米,折叠翼尖小翼后是79600厘米(俄罗斯中央空气流体动力学研究院图片)
“大象”最大起飞重量490-500吨,最大载重180吨,需要跑道长度3000米,对比安-124-100最大起飞重量392-402吨,最大载重120-150吨,则需要跑道长度3000米,747-8F最大起飞重量447.6吨,最大载重132.6吨,则需要跑道3100米。在载重航程方面,“大象”也具有一定优势,如下图:
“大象”窄体方案与安-225、B747-8F、安-124-100、安-124-100-150M的载重航程对比图(俄罗斯中央空气流体动力学研究院图片)
由上图可见,“大象”分别按照起飞跑道是2500米和3000米进行计算,2500米时需要限制最大起飞重量,图中显示在相同载重范围内,“大象”比安-124-100和安-124-100-150的航程多4000~5000千米,与波音B747-8F相当,空客A380-800F(仅是方案)比“大象”具有一定优势。“大象”具有较高最大载重,仅次于安-225,载重航程能力同时具有优势,货舱尺寸也具有较大优势,货舱高度超过安-225。“大象”的综合运载能力优势明显。
起飞跑道如果都是3000米,则窄体方案和宽体方案载重航程上相差无几,起飞跑道如果是2500米,会受到最大起飞重量限制,相同载重情况下,窄体方案会牺牲更多航程,如下表:
表4“大象”两种方案不同跑道长度的载重航程对比
以上是文章基本观点和结论,TsAGI以此研究结果将作为研究取代安-124重型运输机的的基础,后续将进一步开展空气动力学、强度和飞行动力学研究。
三、对“大象”项目的评价
这篇文章发表后不久,2018年6月,包括俄罗斯军事航空运输机部队司令、上议院国防安全委员会主席以及联合飞机公司(UAC)副总裁等军方、政府和企业官员都对外表示要重启安-124生产。对此安东诺夫的反应是安-124知识产权属于安东诺夫,俄罗斯无权单独重启生产,同时,安东诺夫拥有安-124飞机的设计,性能,寿命和适航性等关键数据和信息,包括维持结构完整性所需的测试数据等,俄罗斯缺少这些也就没有能力重启生产。
在2018年6月重启安-124生产的报道中声称:“重启的安-124将进行大幅升级,包括新的航空电子、起落架和发动机等,将是架全新的飞机,会被赋予新的代号”。从目前掌握的报道信息分析,所谓“重启安-124生产”极可能就是“大象”。为获得完全的飞机设计参数和数据,因此有必要开展空气动力学、强度和飞行动力学研究,排除安东诺夫的限制。同时,为投入民航运营,取得各国的适航认证,也有必要规避与安东诺夫关于飞机知识产权争端,因此最后必须是全新生产的俄罗斯飞机。同时,尽可能借鉴安-124方案、技术以及生产经验,可以大幅缩短研制周期。
作为着眼于新一代重型运输机方案探索,具有预先研究性质的试验项目,“大象”方案则略显创新不足。TsAGI文章前面讨论的选择常规布局的理由,是因为新概念布局运输机方案存在各种缺陷,因此,从“稳妥”角度仍选择常规布局方案,反映出“大象”具有很强的型号背景,如此选择是合理的,较少创新可以降低未来工程化应用的不确定性。
TsAGI文章中主要对比了民用货机,没有与另一款重要的重型军用运输机C-5进行比较分析。从载重航程和货舱尺寸指标看,安-124比C-5具有优势,“大象”方案则肯定超过C-5。但C-5翼展更小,主起落架24个轮胎呈分散并列布局,对起降跑道要求更低,可以在较简单的机场起降,对各种军事空运极为有利。
美国C-5和安-124重型运输机起落架布局对比图,图片来自网络
“大象”起落架布局图(俄罗斯中央空气流体动力学研究院图片)
“大象”方案起落架布局继承安-124起落架布局,实际上和安-225一样,主起落架轮胎有28个,但仍为串列布局。这种布局对跑道强度有较高的要求,限制了能够起降机场的数量,这对民航货运来说是不利的因素,对于军事空运也会受限很多,“大象”没有对此进行改进设计比较遗憾。
四、“大象”与伊尔-106的关系
俄罗斯从2013年开始提出未来运输机系统(PAK TA)项目,计划在此项目框架下研制载重50吨、80吨和120吨的系列军用运输机,以替换各型老旧运输机。2015年,伊留申总经理对外称将在PAK TA项目框架下研制载重80吨以上军用运输机,并将其命名为“埃尔马克”(Ermak),2016年总经理正式宣布命名为伊尔-106,载重可能在80~120吨之间,并计划2027年投入服役。
媒体将上述计划称之为“重启伊尔-106项目”,伊尔-106是1987年伊留申击败安东诺夫和图波列夫设计局赢得的军用运输机研制项目,用以取代伊尔-76和安-22军用运输机,由于苏联解体导致项目终止。
原伊尔-106项目的方案图,原伊尔-106设计最大载重80吨,最大起飞重量258吨,最大特点是由4台涵道桨扇发动机提供动力,机头可像安-124一样打开,货舱截面宽6米,高4.2米,接近安-124
2018年12月,伊留申首席设计师接受采访,称:“新的伊尔-106将是原伊尔-106的深度升级版,将充分吸收原伊尔-106的研究成果,除了采用全新航电设备,发动机将配备还未完成研制的NK-93涵道桨扇发动机,最大推力为24-26吨,正常情况最大载重80吨,紧急情况下超载可达到110-120吨。”首席设计师还表示:“新伊尔-106货舱尺寸和安-124一样(也许在原伊尔-106基础上进行了改进),将是替代安-124的合理选择,货舱可以满足俄军所有军事空运需求,根据俄罗斯国防部的要求,这架飞机将在2025年至2026年间完成设计被制造出来。”2019年5月,伊留申在公司年度报告中说:“新伊尔-106研发工作已完成计划中“预合同”研制阶段,已经签署了第三至第五阶段研发工作的国家合同。”2019年9月报道,伊留申希望在2020年获得批准开展制造原型机,计划在2027年开始批产交付。
TsAGI的职责是开展概念研究、探索技术方案,到具体型号研制仍要交给飞机制造公司完成,因此“大象”方案出来之后,有媒体报道其就是正在开展的新伊尔-106项目,伊留申将以“大象”为基础,制造新伊尔-106的原型机。
原伊尔-106的研制是对标美国正在研制C-17A,是一款战略战术运输机。同时,安-124在1987年刚开始批生产,因此1987年立项研制的原伊尔-106并不是为了取代安-124。加上同20世纪在80年代中期开始研制的安-70战术运输机,苏联是希望形成能够取代原安-12、伊尔-76、安-22的空运装备体系,形成安-70中型战术级、伊尔-106大型战略战术级和安-124重型战略级三级空运装备体系。
时过境迁,新伊尔-106以原伊尔-106为基础,从公布的性能指标看,空运能力可以一定弥补安-124退役所产生的运力空缺,但仍不足以完全取代安-124,且,从性能指标上看,“大象”比新伊尔-106要大的多,发动机方案也不一样,“大象”还在进行方案验证,新伊尔-106正在争取进入工程研制。因此可判断“大象”并不是为新伊尔-106做技术验证,“大象”和新伊尔-106应该没有直接关系。
两型飞机各有优缺点:“大象”要更大,空运能力更强,但机场适应能力弱,单机和运营成本都会较高,大批量装备成本高周期长,投入民航货运能降低一定成本。新伊尔-106更小一些,空运能力基本够用,对标C-17A应具备较好的战术空运能力,能够适应简易跑道等,单机和运营成本相比较低。发展哪个,主要看俄罗斯在有限资源下,更愿意支持哪型机发展。
五、总结启示
1.俄罗斯对重型运输机有很强的军用和民用需求
俄陆军新一代坦克装甲车辆陆续投入服役,但空天军现役运输机已不能满足空运这些新装备的要求。现役的伊尔-76货舱宽度有限,现役T-90主战坦克都要拆除侧裙板才能装运,新一代主战坦克T-14“阿玛塔”坦克更宽更重,伊尔-76已无法运载。伊尔-76原可以运载3辆BMP-3步兵战车,但新一代BMP-4至少增重5吨,意味着同样数量步兵战车,伊尔-76需要出动更多架次才能完成。安-22已严重老化,仅存2架,安-124仅有10架左右在使用(大部分封存提供备件),俄乌冲突使该机难以升级延寿,特别是发动机。安-124在俄罗斯介入叙利亚冲突中更是凸显自己的战略价值,直接空运了大量装备和补给,包括直升机、S-400防空导弹系统等,使俄军能够在远离国土的地方维持强大的作战能力。因此,俄军在2020-2030年间需要新的机型来填补安-124和安-22退役后的重型运载能力空白。
俄伏尔加-第聂伯等航空货运公司凭借安-124宽大的货舱和大开口舱门,在世界超重/超大航空货运市场上处于垄断地位,赚取了丰厚的利润。有数据显示,同样装备这类运输机的乌克兰安东诺夫航空公司(装备6架安-124-100和1架安-225),每年可创造1亿至1.5亿美元的利润,使安东诺夫设计局能够存活下去,而安东诺夫航空公司在在世界超重/超大航空货运市场上仅占35%的份额,其余大部分均由伏尔加-第聂伯占据。但是安-124机队机龄普遍近30年,维护成本持续增加,寻找替代机型成为当务之急,如果没有后继机型,俄航空货运公司将失去丰厚的收益。俄航空货运公司多次对安-124后继机提出需求,希望政府尽快启动下一代重型运输机研制,以维持其超重/超大航空货运市场的垄断地位。
2.运输机体系化发展的经验值得借鉴
俄罗斯在目前经济困难情况下,仍分阶段启动老旧机型的替换工作,维持较完整的运输机体系:小/轻型运输机伊尔-112V正在抓紧研制,用于取代载重10吨以下级的安-26;在和印度合作“多用途重型运输机”(MTA)项目终止后,俄罗斯决定独立研发载重20吨级的伊尔-276中型运输机,用于取代安-12;新改进的载重50吨级伊尔-76MD-90A正在批生产;如果载重80吨级的“伊尔-106”能实现型号发展话,可用来替换安-22;“大象”则可以替代安-124覆盖120吨级以上的载重能力。可能过程会很漫长,但是形成较完整的空运能力体系是大国的重要标志,是军事力量重要延伸,俄罗斯正在实实在在的开展具体工作。
3. 发动机是关键
无论是“大象”还是新伊尔-106都要依靠大推力发动机的研制成功,安-124延寿升级困难重要原因在于D-18T发动机停产。俄罗斯还未研制过这种等级的大推力发动机,特别是能够满足适航要求的大推力发动机,技术不确定较高。例如C-5M升级换装的是成熟民用发动机,伊尔-76MD-90A的升级换装的是在伊尔-96客机使用的发动机的改型,性能都较升级前有大幅提高,C-17A直接使用的是民用发动机改型。相反,为军用运输机配套全新研制的发动机风险较大,例如安-70就因为配套D-27桨扇发动机缺陷导致项目启动近30年仍未完成,A400M研制进度大幅拖后很大程度是因为配套的新研TP400-D6发动机问题不断。因此,俄罗斯发展重型运输机,必须首先解决发动机问题。
因此,如果总结“大象”要飞起来还差什么,可以总结为:一是差钱,二是差发动机。
坛主:炫笔伏逼于2020_05_25 23:37:02编辑
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