央视《国防军事》在2月26日报道了西部战区空军航空兵某团的战备情况,该团已经成批量装备运-20大型运输机,近日运用运-20进行空投空降、模拟发动机停车、极限飞行等课目训练。该团曾参与运送医务人员和物资驰援武汉、“高加索-2020”国际军事战略演习等行动。

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在过去的一年来,运-20大型运输机的表现非常亮眼,两次参加驰援武汉抗疫空运行动,数次出国为巴基斯坦、泰国等国家送去急需抗疫物资。首次飞赴欧洲,运送中国人民解放军三军仪仗队前往俄罗斯参加卫国战争胜利阅兵式活动,并多次赴国外参加军事演习。

在新闻报道中,首次出现了运-20尾舱门开启的内部画面,曝光了很多运20不常见的画面,包括运20开启气密门的一幕。千万不要小看这个尾门设计,它决定着运输机的很多性能,包括货物装卸效率、尾门承重能力、尾门空间利用效率,甚至还决定了运输机后机身的气动外形设计,选择不同尾门设计的背后,反映出不同的需求舍取。

仔细观察,会发现运-20运输机的尾门是四扇门设计,和俄罗斯的伊尔-76运输机几乎一模一样。运-20拥有四扇尾门,有两扇主门向上和向下打开,两侧还各有侧尾门,向机体两侧外部打开。此外,细心的网友还发现在运-20尾门之间的机舱内部还有一扇竖立的门,向后上方开启,这是一扇气密门。

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一般来说,大型军用运输机除了运送武器装备等货物,还有人员运输的要求。运输机如何不做密封,那么在运送人员时会因为飞行高度较高导致人员发生高原反应,所以现代军用运输机也需要像民航客机一样进行客舱密封。

我国早期的运-8运输机的原设计安-12飞机是上世纪50年代末的技术,机身是非密封的,在空军服役以后,运送兵员时受到很大的限制。后来我国自行研制了运-8的气密技术,并应用于运-8后期型和运-9运输机上。

运-20运输机的设计也有密封要求,在10000米的高空要保持相当于3000米高度的气压。运-20机尾的那个隔断的门,就是用于机舱封闭的气密门。
由于运-20两侧多了侧尾门的辅助,向上收起的那扇尾门宽度和面积都可以做得比较小,机体后部可以缩小收窄,尾椎明显更加尖锐,极大地减小了机体后部的气动阻力,有利于提升飞行性能。

(这是运-20的气密门)

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(运-20的下尾门可以兼做跳板)

(运-20运输机4扇尾门和气密门开启的动画演示)

但四扇式尾门设计结构比较复杂,缝隙很多很大,无法实现货舱的气密,所以运-20和伊尔-76都只能在货舱内部加装一扇气密门,不过这样一来,会明显增加飞机的结构重量和尾门的开关复杂程度。

而美国C-17运输机则采用简单的蚌式双门设计。西方国家很多运输机都喜欢采用两扇式尾门设计,例如C-17、A-400M、C-130的尾门均是如此。两扇式尾门在开门时,面积更大的那扇向上收起,面积稍小的那扇向下打开,可以充当跳板,两扇尾门的宽度和货舱宽度基本相同。

两扇式尾门有很多优点,由于只有两扇形状规则的尾门,结构非常简单,打开和关闭都非常迅速。其次是由于形状规则,间隙较少,尾门的密闭性也非常好,不需要采取额外措施保证货舱气密要求。所以采用两扇式尾门的运输机不需要再单独加装一个气密门。

但这样一来机尾的宽度较大,阻力增加。两扇式尾门和货舱的宽度基本相同,导致这些运输机的后部机身比较宽胖,和常见的飞机尾部收窄设计背道而驰,这样会带来较大的阻力,不利于提升运输机的飞行性能。要想弥补这个缺点,只能通过增大发动机推力来解决。

好在C-17运输机的动力十分澎湃,配备了4台推力高达18.9吨的F117-PW-100发动机,所以美国人并不在乎机尾那一点点气动阻力。由于有顶级航空发动机的支持,C-17运输机可以不用过多考虑尾门增加的阻力,也完全不担心推力不足的问题。

由于拥有顶尖航空发动机技术,美国人的飞机设计通常优先考虑作战性能,其次才考虑气动结构和发动机推力的相互关系,例如美国的F-15和F-22战斗机,它们在气动外形设计上都平平无奇,但它的飞行性能都十分优越,基本就是靠先进的大推力发动机推出来的。

我国的运-20运输机应用了大量先进技术,例如采用了超临界机翼,这一成果的使用使得运-20取得了更大的载重能力和远航能力,在使用了超临界机翼技术后,运-20直接就比伊尔-76多运了5吨的载重量。运-20采用了顶置中央翼盒设计,翼盒不穿透机体,可以保持机体内径的完整,利于按最大机舱高度装载单件的超限货物,能够运输美国C-17不能装载的超高货物。

不过,由于运-20目前和伊尔-76一样都安装4台D-30KP-2发动机,其推力较小,只有12.5吨。因此必须在设计上优化气动,尽量减少阻力,所以才搞出来结构复杂的四尾门+气密门的设计。

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D-30KP-2发动机无法让运-20运输机拥有更加优秀的飞行性能。为了达到性能指标要求,运-20就非常强调整机的先进气动设计,希望通过降低飞行阻力来提升整体飞行性能。而四扇式尾门设计能够让运-20的后机身更具流线型,气动阻力更小,运-20最终就选择这项尾门设计方案。
有图片显示运-20的早期设计也是与美国C-17类似的两扇式尾门,但后来的定型机还是采用了伊尔-76的四门设计,估计是考虑到发动机功率较小的影响。

那么,运-20有没有可能改为美国C-17那样简单的两扇是尾门呢?

完全有可能。早在2016年运-20刚刚服役时,运-20总设计师唐长红就表示,运-20从设计初期,就预先考虑过各种改进型号的需求,运-20的进一步改进改型将把机身加长并修形,进一步提升飞机的载重能力,或者增大容积,改进尾门设计。

在未来,运-20改装国产大涵道比先进航空发动机以后,将以更大的货舱空间,更好的飞行性能,赶超美国的C-17战略运输机。

从一件小事上就能看出,一台先进的动力澎湃的航空发动机有多么重要。