ARJ21能改翼吊發動機嗎_風聞
晨枫-军事撰稿人-古今多少事,都付笑谈中03-15 07:27

在C919之前,ARJ21是中國商飛唯一量產的客機。不算早夭的運-10,這也是中國第一架量產的噴氣客機,如果不把新舟那樣渦槳客機算上的話。渦槳在技術上也可以牽強附會地算入噴氣發動機,因為基本發動機是與渦扇和渦噴相同的渦輪發動機,只是最後靠轉化為螺旋槳的機械能產生推進力,而不是渦扇、渦噴那樣直接用噴氣流產生推進力。渦槳自己也有少量的噴氣,但不產生多少推進力。

ARJ21採用在支線客機裏較為寬大的3+2座位形式,而不是以前更加流行的2+2。3+2每排乘坐的旅客更多,經濟性更好。機艙寬大、高暢,不僅舒適感好,頭頂行李箱也較大,沒有2+2的行李箱空間侷促、標準攜帶行李也常常放不下的尷尬。3+2較大的機體直徑還有一個常被忽略的好處:機窗位置抬高,接近肩線,看外面不需要俯身探頭。小直徑機艙的座位相對於機體最寬處較高,有時連頭頂行李箱都取消了,機窗尺寸較小才有利於氣密,接近艙壁垂直位置看出去變形小,所以機窗位置通常較低,往外看很不舒服。旅客主觀感受也是很重要的。
ARJ21採用下單翼,這是客機的典型佈局,縮短起落架,理論上有可能用自帶舷梯直接上下飛機。機體騎坐在中央翼盒上,受力良好,噴氣客機用上單翼的非常少了。
發動機尾吊後,機翼形狀乾淨,氣動效率高,但機尾發動機短艙與後機體的相互氣動干擾形成阻力。這事情沒辦法,跑得了和尚跑不了廟,尾吊還是翼吊,發動機短艙阻力只是換一個地方。機艙前部噪聲很小,但機尾座位的噪聲很大,對旅客舒適度影響很大。另一個問題是:尾吊發動機不便於維修,在改進中換髮也比較麻煩。
發動機尾吊還使得平尾必須高置。T形尾翼的結構重量較大,在大迎角飛行中容易進入深度失速,F-104戰鬥機就是因為這個問題摔了好多。但客機極少有大迎角飛行的要求,這不算多大的問題。
利弊相較,支線客機採用發動機尾吊的很多,如巴西的ERJ系列和加拿大的CRJ系列。公務機裏,尾吊發動機更是主流。


巴西的ERJ-145(上)和加拿大的CRJ-700(下)都是發動機尾吊的


發動機尾吊更是公務機的主流,這是環球快車6000(上)和利爾噴氣60(下),都在加拿大的龐巴迪旗下
在小型支線客機裏,發動機推力較小,噪聲較低,飛行時間也短,忍一忍就過去了。公務機的主要客艙在前艙,後艙用於衞生間、行李間、廚房等,是在需要,隔音加料就是了,反正成本和重量不是問題,所以問題也不大。但ARJ在支線客機裏算大的,為了高原使用,也為未來加長預留空間,發動機特意加料,“推力過剩”,後艙噪聲的問題就有點大。
ARJ21現在依然在早期成長階段,要給時間,給機會。但從長遠來説,可能需要轉為翼吊發動機。巴西和加拿大也是這樣做的。

巴西E-190已經轉為翼吊發動機了,現在發展到第二代的E2

不過還是用阻力小、結構重量輕但潛力受到限制的2+2

加拿大A220(原先稱為CS100,現在名為空客,實際上還是在加拿大製造)也是一樣

不過機艙改為3+2,使得老對手巴西航空壓力山大
ARJ21的底子不錯,有很大的發展潛力,改為翼吊發動機是必由之路。
尾吊改翼吊,中國絕對有這個技術能力。不斷聽到的質疑是:這是不是等於全新設計了?
又是,又不是,取決於這個“全新”意味着什麼。
尾吊改翼吊,氣動上確實是大改,但氣動並不是飛機設計最大的一頭,儘管是最抓眼球的一頭。反過來説,如果氣動是主要問題,世界上能造飛機的國家就該多得多了,因為大的氣動佈局問題在理論上和實踐上都有大量豐富經驗,門檻實際上也沒有那麼高,尤其是不追求極限性能的話。民航客機追求極限性能,但不是在飛行性能上,而是省油、可靠、舒適這些方面,氣動方面的要求並沒有那麼高。這當然不是説氣動方面沒要求,只是相對於結構和發動機而言。
ARJ21-2(姑且用這個名字吧)在機體尺寸方面不用改,這意味着機體設計、製造和認證的過程可以大大簡化、加速,降低改型成本。機體其實是最大的一頭。空客從A300開始,A310、A330、A340都用同一機體設計,A350還想炒冷飯,被航司機體抵制才推倒重來,就是因為機體是最大的一頭。波音那邊也是一樣,從波音707開始,727、737用的是同樣的機體,757也用了半截同樣的機體,還是因為一樣的原因。説起來,ARJ21尾吊改翼吊,可以看作波音707到727的逆過程,這在當年是短平快的模範。
有一句話:對於打仗,外行看戰術,內行看後勤。對於民航客機也差不多,在這裏,氣動相當於打仗的戰術,機體就相當於打仗的後勤。外行看氣動,內行看結構、製造、供應鏈。
尾翼改為常規的低置,這個比較簡單,還簡化垂尾的結構,減輕垂尾的重量。
機翼還是下單翼,但需要重新設計。這可能是本來就要做的:根據C919的設計經驗,採用更加先進的超臨界翼技術,設計更先進的復材機翼,在這過程中,一併考慮翼吊發動機的吊艙結構。機翼設計説簡單不簡單,説高難也未必。各國客機在改型時,最常做的事情就是重新設計機翼,這是“投入小收效高”的事情,因為機翼製造的改變比機體簡單,只要與機體對接的部份重新設計,其他的與機體無關。先進機翼是減輕重量、降低阻力的最簡單易行的途徑。
起落架需要加高。前起好辦,主起稍微費點事,可能一併把錨定點向外移動一點,增加着陸和地面滑行時的橫向穩定性。

發動機與其説是翼吊,不如説是緊貼機翼安裝。這對翼下淨空要求提高,但也沒有那麼離譜。尾吊可以使得起落架縮短,但是有限度的。主起長度還受到起飛時的離去角限制,主起太短的話,一拉起,機尾就觸地了。機體、機翼下表面的淨空要求還受到地效限制,過於接近地面的話,地效突然增加,增加着陸困難。尾吊改翼吊時,起落架長度要增加,但代價完全可控。
翼根整流罩可能需要加大,以適應較大的起落架輪胎。但翼根整流罩加大是現在的共同趨勢,可能更多地由跨音速面積律決定,而不是起落架。好在翼根整流罩是在機體筒體之外的,非結構承力件,還真就是整流罩,修改形狀和大小相對好辦。
至於簡易機場跑道雜物進入,支線客機不是軍用運輸機,沒有簡易跑道起落要求。不能用舷梯直接上下也不是大問題,絕大部分運作ARJ21一級飛機的民用機場都有登機梯。自帶舷梯其實用起來不方便,很窄,而且走上去晃晃悠悠的,不雙手拉住站不穩。沒辦法,舷梯掛在本來就很輕的機體上,為了不損壞外表面,下端實際上不接地,加上起落架的彈性,剛度和穩定性不可能有多好。

但發動機翼吊的好處就大了。發動機的重量對機翼減載,使得機翼翼根的強度要求降低。這有點反常識,但考慮到翼根主要受力是升力產生的向上彎折力矩,發動機重量正好平衡掉一部分,就不難理解了。這和飛翼的結構氣動效率最高是一樣的道理,只是沒有飛翼那麼極端。
發動機進氣條件乾淨使得推進效率提高。尾吊發動機受到機體附面層堆積的影響,機體越長,堆積層越厚,需要尾發的短翼翼展越長,以避開附面層,實際上阻力不小。現在翼吊都“縮脖子”,吊架不僅短,而且基本上沒有前向暴露面積,這方面的阻力反而小。
重心是個問題,翼吊後重心前移。這就是筒形機體的好處了,一段一段分段製造,前後調整一下長度,不難做到。客機加長、縮短就是這樣做的。
飛控需要修改,但飛控律不用修改,參數修改就可以。這是調試問題,不是太大的問題。沒幹過自控的人談虎色變,以為這是天大個事;幹過了就心裏有底了。
油路要改變,但實際上簡單了。油箱還是在機翼,尾發需要很長的油路,翼下反而就近了。
維修和換髮容易多了。波音737可以長壽60年,最大原因就是早早採用了翼吊佈局,同時代的道格拉斯DC-9(後來改型為麥道-80/90系列)、法國“快帆”都先後淡出了。空客推出對標的A320時,直奔翼吊了。
這肯定是新機型,但是在老機型基礎上實際上有限的修改就可以獲得的新機型,並非想象中的重起爐灶。在設計和製造上,改動介於CRJ到A220和波音經典型到NG/MAX之間。不急,但要考慮起來。
這牽涉到一個問題:中國還需要對ARJ21這樣的支線客機多下功夫嗎?
高鐵深刻地改變了中國人的出行習慣,高鐵網絡還在繼續延伸、密集,中國高鐵碾壓世界的現狀在可預見的將來不會改變。但高鐵與民航是互補的。在整個東部,人口密集,地形平坦,高鐵具有極大優勢,尤其是5小時旅行圈內。但中國還有中西部,人口沒有那麼密集,高鐵不可能像東部那樣密集和便利,這就是支線航空的空間了。
即使在東部地區,晝夜航線的流量也不均勻。日間出行方便,流量大,大飛機合適;深夜流量就小,可能小飛機才合適。國內點到點的深夜出行需求可能不大,但考慮到接駁航班出發較早,“飛夜班”還是有需求的。早出晚歸也是一些人的剛需,這些人數量不大,小飛機正好。
另一個就是接駁航線(feeder routes)。遠程出行還是需要民航,但除了少數在設計和建造時已經有所考慮的樞紐,高鐵轉飛機還是個麻煩事。如果高鐵不是直達,中間還要轉車,麻煩就更大了。在這種情況下,支線航線向樞紐彙集,“餵飽”幹線航線,是很現實的需求。現在這個需求或許還沒有那麼大,但到了鶴壁人要去美國、枝城人要去阿根廷、蚌埠人要去日本的時候,這個問題就突出了,在同一個機場轉機畢竟方便多了。
中國更有廣袤的大西北,人煙稀少,交通距離遠。用C919開闢航線有流量不足的問題,高鐵更有流量不足的問題,公路和普鐵則時間太長,需要支線客機承擔大量運輸任務。
支線客機在中國還是有很大需求的。在一帶一路國家裏,支線客機也有很大需求,但那是第二步的考慮了。那裏使用、保養條件可能較差,需要飛機更加皮實,售後支援更加及時、到位,等水到渠成吧。
很多人對ARJ21不看好,不光是有了C919後的喜新厭舊,還有ARJ21的軍用潛力較低的緣故。必須説,不管是ARJ21還是C919,軍用潛力都不是首要考慮,那只是條件合適就順手的事,不會為了軍用要求而削足適履。
但即使在現狀態,ARJ21是有可觀的軍用潛力的。客機軍用有加油機、預警機、巡邏機等。作為加油機,ARJ21確實小了些,但預警機的大趨勢是小型化。這不僅是雷達和機載數據處理設備小型化的結果,也是戰場節點分散化的需要,尤其是以對地面和低空目標為主的戰場監視飛機。美國曾有計劃用灣流550公務機或者環球快車6000為基礎,研發E-8C“聯合星”的下一代,計劃因為各種原因而擱置了,但證明了用支線客機/公務機為平台是可行的。

美國曾經計劃用環球快車6000為基礎的戰場監視平台替換E-8C“聯合星”


以“灣流”公務機為基礎的“特種任務飛機”更是早就投入使用

巴西ERJ也用於海上巡邏機
至於電子偵察、干擾、訓練、VIP運輸等用處,那就更多了。
作為軍用,ARJ21需要增加航程和留空時間。老規矩:改軍用後,地板下行李艙空間利用起來,大大增加油箱容量,“推力過剩”現在一點不過剩了,正好用於增加起飛重量。

當然,ARJ21改軍用的話,需要解決進口系統不便軍用的問題。C919也有這問題。這問題在得到解決,並不完全是因為軍用問題,更多的是為美歐禁運未雨綢繆,但這裏就不扯遠了。
ARJ21又名“翔鳳”,鳳凰一旦展翅,就要一飛沖天。ARJ21不僅能改翼吊發動機,還有很大的發展前程。