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中國版安-225?下一代運輸機什麽需求?

2024-03-29軍事

從2016年7月6日運20正式加入人民空軍算起,轉眼時間已經過去六年。

伴隨著一次次的重大節點和不斷的升級改進,運20不單單在穩步的增產和推進國產化,更是開始逐步成為各種特種機平台。和其他20家族的新銳一樣,運20正穩步成為人民空軍的基石。

在運20之前,人民空軍的主力大型運輸機是伊爾76。彼時人民空軍運輸機部隊雖然很稚嫩,但已經勉強可以稱為一支戰略運輸的力量。

大型戰略運輸機在汶川大地震央發揮出巨大的作用,成為災區天空的明星和空中生命線的主力,並凸顯出無法取代的巨大價值。

當我們回望半個世紀前,1976年唐山大地震時。我們全國動員的空中生命線還以各類中小型民機為主力,進行螞蟻搬家式的空運。

在2008年後,以大中型軍用運輸機/民用客機為主力的空中生命線有了翻天覆地的變化。在運載能力有了巨大提升的同時,空中航線的峰值架次卻明顯減少,對於機場排程的壓力更是急劇下降。

而伊爾76這類中大型運輸機其擁有的大容量貨倉和大尾門,而且天花板內建行(hang)吊,對機場設施要求低,不需要專用的輔助裝置,極端一些情況下可以不依賴任何額外裝置,僅僅依靠飛機本身裝載裝置和人力就能完成大多數型別貨物的裝卸。

在運輸救災所用的大體積、小重量、低密度的散貨時,伊爾76這類中大型運輸機與民用客貨機相比,裝載效率更是得到了無法想象的提升。

另外,空客當時將全球第一架a380原型機投入了救援物資運送。這也說明,空客飛機在中國賣的好不是沒有道理的。

不過,當部隊長期使用伊爾76之後,還是發現了不少問題。雖然這款飛機擁有170噸的最大起飛重量和40噸以上的最大載重,在對比國產運8時確實稱得上大型運輸機,在搶險救災也確實發揮了巨大的作用。

但當我們將目光轉移到他的本職工作軍用運輸時,就會發現諸多問題。

第一個問題是,貨倉尺寸不夠用。這款設計於上世紀60年代的老家夥,受限於僅有3.45公尺的地板寬度和3.4公尺的貨艙高度,伊爾76在裝載方面,尤其是車輛裝載上的「限高限寬」令人難以接受。

我們舉個隔壁「某不願透露姓名的全球第三,南亞第一軍事力量」在使用大型運輸機過程中一個偏向於行為藝術的例子。

在邊境鬥爭最激烈的時候,他們用一個很神奇的辦法伊爾76把t72坦克運上了高原。他們是真的把3公尺52寬度的T-72塞進3.46公尺寬的伊爾76貨倉,還運上了克什米爾高原。

那麽印度人怎麽解決的呢

只不過奇跡和魔法可不是免費的。他們必須先把T-72兩側的裙板全部拆掉,這樣車體寬度小於3.46公尺,然後就可以把去掉裙板3.38公尺的坦克塞進3.46公尺寬的貨倉。

坦克兩邊和運輸機艙壁之間連一個拳頭都塞不進去,其空間之逼仄,載重之極限,只能理解為挑戰自我極限的行為藝術。

各類大中型軍用運輸機貨艙尺寸的直觀對比

當然南亞某大國所遇到的大型車輛裝載受限,貨倉容積不足的問題我們早就遇到過。

例如在運輸遠火,紅旗9飛彈發射車這類特車底盤或者VN-1這種輪式步兵戰車時,這類車輛的尺寸已經逼近極限,裝載就比較困難了。當遇到更大一些車輛,比如紅旗9雷達車這類高度達到四米級別的大型裝備時,伊爾-76就無能為力了。

第二個,也是更令人頭疼的問題是,不能獨立自主的建造某類裝備而只能向其他國家購買,就必然會遭到該國家的刁難。

唯一能生產伊爾76的國家俄羅斯不但交貨能力的低下,而且商業信譽極為堪憂。

在中方遭遇的一系列刁難之中,最著名事件就是俄羅斯拿我們購買伊爾76的預付款去建了新廠房,俄羅斯甚至還提出中方能否再提前預付一部份款項,供生產新飛機的「原材料采購」。

已研丁真,鑒定為純純的建窘

當中印兩國面臨相同的問題時,兩國卻選擇了方向完全相反的解決方案。

印度根據自身條件選擇了購買C17,而解放軍選擇了完全不同的獨立自主研發道路。於是,我們便看到了運20橫空出世。

現階段根據已公開的官方資訊,運20最大起飛重量200噸以上,最大載重量55噸以上,保守估計總體效能優於伊爾-76MD,與最新的伊爾-76MD-90A各有所長。

運20相比伊爾76系列最明顯的優勢是更大的貨艙尺寸和容積。伊爾76(非加長型)的貨艙長度20公尺、地板寬3.45公尺、高度3.4公尺,運20的貨艙長度約20公尺、地板寬度4公尺、高度4公尺。

直觀的大致尺寸圖

運20有效緩解了我軍大型運輸機貨倉容積不足和大型裝備裝載能力受限問題。而獨立自主的建造能力,解決了人民空軍運輸機部隊最急迫需求的裝備數量問題。

今天我們為什麽需要一款新的大型戰略運輸機?歸根結底是我們有了新的需求,但需求這個東西很難在三言兩語內概括清楚。但是筆者可以用對比的方法來讓大家直觀的感受一下。

首先我們按照不同體型和噸位,來選擇幾種載荷作為「裝載貨物」。

小型:以三代猛士CSK-181裝甲突擊車為標準模型:長5.65公尺,寬2.38公尺,高2.12公尺。

中型我們取VN-1輪式步兵戰車:寬度3公尺,長度約7.8取8,高度3到3.2公尺,在這裏取最高的3.2公尺。

大型則以紅旗9防空系統的雷達車和發射車為例:雷達車寬度3.05公尺,長15公尺,高3.95公尺。紅旗9發射車長13公尺 高3.8公尺。在這裏,兩車裝載所需高度統一按照4m計算。

在這裏我們先來對比大運「禦三家」:伊爾76、運20、C17。如果這三型運輸機用上面的貨物模型進行一場開心俄羅斯方塊的話,就會發現一些端倪。

三台csk-181裝進運20貨倉長寬高三個尺度均有一定冗余。在同等情況下,伊爾76也沒啥大問題。但是,隔壁C17就可以塞六台。

從上到下分別是運20,伊爾-76MD與C-17A

盡管運20拉六台裝甲猛士在重量方面沒有任何問題,但是飛機的地板,或者說地板寬度卻嚴重制約了運20的發揮。

運20那4公尺寬的貨倉無論如何也沒辦法像C17一樣並排放兩列小型車輛,C17寬度達到5.5公尺寬的貨倉確實提供了不少便利。

C-17A的龐大貨艙

中型尺寸車輛方面,禦三家則拉不開差距,都只能單列運裝載。

而運載大型車輛時,伊爾76可以結束比賽了,因為他壓根運不了。對於運20來說,貨物尺寸也已經接近貨倉物理尺寸上限,裝載困難等問題也是免不了的。而C17裝載大尺寸貨物時,兩側空間寬裕到還能各放一列單人床。

圖中運20在上,C-17A在下

對比了這麽多,我們發展下一款大型戰略運輸機時,我們的第一需求必然是更大的貨倉。

首先要解決的是,最起碼貨倉運載大尺寸車輛時不那麽困難,其次要考慮的不只是能塞進去,還要考慮能不能多拉億點?

這個需求在某種程度上是無限的。當你能地板加寬可以並排兩列裝6輛猛士的時候,就會想我能不能再寬再長億點兒,來並排裝08式步兵戰車?

但是這種面對加水,水多加面的行為,給我們留下的最深刻的印象一定是,這新運輸機一定小不了

回顧過去,運-20當初立足於當時的航空工業基礎上,腳踏實地打造的一型效能合格的戰略運輸機。

運20解決了國產戰略運輸機的有無問題,也解決掉相當一部份我們在使用伊爾76時所遇到的問題。但我們的發展目標必然不可能局限於此。

如果說伊爾76讓空軍「嘗到肉味兒」,那運20就是基本滿足了運輸機部隊「大口吃肉」目標。

雖然能管飽,但以發展的眼光來看,我們很難能說運20是一款能完全滿足未來數十年使用先進的運輸機。

那我們的航空工業有沒有讓空軍「吃上好肉」的基礎?我們有沒有能力發展一型超越運20超大型戰略運輸機?

通常而言研制一款新飛機我們需要關註的主要問題是:航空工業有沒有相關基礎技術?有沒有能力把飛機研發出來?怎麽樣量產?

而超大型戰略運輸機有些許不同,首先需要保證所使用環境的航空基礎設施能否支持其運作,然後才能談飛機要怎麽研發生產。

超大型運輸機的起降能力指標則和很多人的刻板印象不同,應當是一個因地制宜的問題。不能說現在世界上有什麽,哪個飛機紙面數據好看,我們就仿造一個中國版。

舉個例子。美國人當年造C5的時候核心需求是跨洋運輸,在航空樞紐機場之間運作就可以了。那我們有必要制定一模一樣的指標嗎?顯然不現實。

我們有青藏高原,全球機場海拔TOP10之中八座在中國。而位居第十名的果洛瑪沁機場海拔都有三千七百多米。

世界海拔高度前十的機場

我們的預設戰場之一就在高原,美國人設計C5,蘇聯人設計安124的時候需要考慮這些嗎?別說考慮了,美蘇當年新飛機想試飛這種高原機場起降科目就連合適的機場都找不到。

僅一個高原機場起降問題,我們的運輸機起降能力需求必然要求比C5、安124強不少。刻舟求劍式的尋找數位生搬硬套,必然會脫離實際,乃至引發後續的一系列問題。

只不過為了方便讀者理解,下文依舊為大家刻舟求劍式的搬運數位,簡要對比安124和波音747-400這兩型400噸級的大飛機在多載時對跑道的需求。

比較過程將著重說明以下三個問題:伺候這個級別巨獸到底需要什麽級別的基礎設施?軍用運輸機起降能力相比民航飛機能最佳化到什麽地步?

安124-100型在海拔1000公尺的機場,可用為跑道2900公尺,有5公尺/秒的逆風,跑道坡度+0.5°的條件下,可以以352噸的起飛重量安全起飛。

安124起飛重量分配

而57噸的內油,意味著安124可以800km時速的巡航速度飛行三個小時。

2400km能到這些地方

而且,在實際的使用環境中運輸機很少裝載如此極限重量的貨物。

以運輸96-100噸級貨物需求(也就是兩輛50噸級主力戰車或四輛VN-1型輪式步兵戰車)為例,安124的投送距離可以達到3800km以上。

直觀的說,3800km的飛行距離就是幾乎國內最長的航線之一,廣州白雲機場直飛烏魯木齊機場的航線距離。

比較直觀的示意圖

作為對比,波音747-400在可用跑道為2600公尺,環境風速和跑道坡度均為零,機場在海拔2000英尺(610公尺)時,飛機的起飛重量就可以達到348噸。

那麽為什麽安124這一理論上起降能力更好的軍用運輸機,用2900公尺跑道才能以352噸起飛,而民用的747-400卻能用2600公尺跑道達到348噸的起飛重量?

原因主要有以下四點:

1,安全冗余。由於安124使用的大推力發動機不如波音747-40,可靠性欠佳,軍用運輸機也在戰爭環境中風險也更大。因此,安124這個起飛條件是包括單發失效的。

也就是說起飛過程中,任何一個發動機出現停車、動力衰減等故障,飛機照樣能保證3%的最小上升梯度正常起飛。波音747-400在這裏沒有考慮起飛單發失效問題。

2,機場海拔。波音747-400的機場為海拔2000英尺(610公尺),而安124則為1000公尺。如果將747機場海拔高度提升至4000英尺(1219公尺),起飛重量將衰減至338噸。

3,兩者動力系統有差別。安124使用的D18T發動機最大推力約23噸,而我們計算波音747-400起飛重量時,所使用的發動機為通用CF6-80C2B1F,起飛推力可達57900磅,莫約26.3噸,實際上如果使用羅-羅的發動機起飛推力還會略大一些。

4,氣溫不同。安124起飛重量的算例中,環境溫度為25°C。

如果波音747-400考慮溫度影響,在環境溫度為15°C時,機場海拔依舊為2000英尺(610公尺),則起飛重量將衰減至342噸。

而如果把機場海拔提升至4000英尺(1219公尺)時,波音747-400的起飛重量將銳減到約320噸。

總結一下,安124在發動機在存在代差、推力小、機場海拔高、環境溫度高且跑道有坡度等種種不利條件下,依舊可以用只長400公尺的跑道達到比波音747-400還要大的起飛重量。並且安124還有更高的發動機冗余。

那麽,如果下一代運輸機把發動機造的足夠可靠,不需要考慮起飛單發失效問題;如果大馬拉小車,換上推力30噸甚至35噸級的怪獸,軍用運輸機在起降能力上可以最佳化到什麽地步?

註意,以上情況都是建立在有充足「安全」冗余條件下的民航運作模式。

介紹對超大型運輸機運作所需的基礎設施暫且告一段落。接下來介紹的部份是中國的航空基礎設施現狀。

以民用機場為樣板,便能一窺中國航空基礎設施這些年來的發展。

首先,可以肯定的是現在中國航空基礎設施相比運20研發的年代有了天翻地覆的變化。

中國在運20立項之年釋出的【全國民用機場布局規劃】,裏面這樣描述道:

截止2006年底,全國(不含港澳台地區)共有民航運輸機場147個,其中軍民合用機場45個。按等級劃分,4E級機場25座、4D級機場35座、4C級機場58座、3C級機場29座。

而到了2022年底,全國(不含港澳台地區)共有254座民航機場,分別為4F級15座、4E級39座、4D級37座、4C級158座、其余4座。

左為2007年數據,右為2021年數據

這裏的4F、4E、4D等是民航機場等級,大家可以簡單認為前面的數位代表機場跑道的長度,而後面字母代表機場跑道的寬度。

我們以4F為例,其在標準條件下,要求可用跑道長度大於等於3600公尺,可用最大飛機的翼展在65m-80m之間,要求主起落架外輪外側間距達到14-16公尺。

以地處西北的西安鹹陽國際機場為例。該機場目前擁有3000×45公尺(北)和3800×60公尺(南)兩條跑道。而且,機場目前正在進行三期擴建工程。

機場計劃將現北跑道直接改為平行滑行道,在其北側新建長3800公尺,寬45公尺的新北一跑道,然後在新北一跑道北側新建等規模的北二跑道。

機場南側也將在現南跑道外新建一條3000公尺長的南二跑道,最終形成一個4條並排大跑道的超級航空港綜合體。

那中國目前最多的4C級機場又是什麽規格呢?

4C按照規範一般可用跑道長度為1800公尺到2400公尺,可用最大飛機的翼展24~36公尺,主起落架外輪外側間距在6~9公尺。理論上來說跑道長度大於1800公尺,只要能起降例如C919、空客A320這一級別的飛機即可。

各類跑道標準

但現狀是,中國絕大部份4C級機場都是頂標乃至超標建設,跑道平均長度達到2748公尺。

這也意味著,在中國的4C級機場裏有2400×45公尺的大跑道不算什麽,修到2600公尺跑道乃至更高才是普遍現象。

即使是入選中國最小機場TOP10,又被稱為山頂機場的河池金城江機場,也照樣削平65個山頭修了2200公尺跑道。

而根據2016年釋出的【全國民用運輸機場布局規劃】所述:

計劃到2025年,全國民用運輸機場規劃布局370個,其中規劃建成約320個,進一步完善華北、東北、華東、中南、西南、西北六大機場群,建成以3大世界級機場群、10個國際樞紐、29個區域樞紐為核心航空基礎設施。

遠景規劃中,2030年民用運輸機場規模更是達到408個左右。

羅列出這些數據,便可以管中窺豹「超大運」服役時中國航空基礎設施可能狀態。

那麽,機場這種固定目標在高烈度戰場環境下能生存嗎?機場開戰被B21摧毀了怎麽辦?

國土防空話題暫且按下不表。但隨著航空基礎設施在不斷建設,我們對航空基礎設施的快速建設能力也是在同步增長的。

舉個例子,2006年的野戰機場建設一般是修個土跑道,說白了就是找個開闊地帶平整一下,把土壓實了就要運輸機往下降。

土跑道.jpg

而16年到現在,更多是依托我們較為完善的公路網,對某些路段進行快速機場化改造。

而在可預見的未來,解放軍工程兵將擁有在一周之內,從零開始建設一座包含超過3000公尺鋪裝跑道、全套航空管制設施、後勤維護、艙儲、維護在內的臨時性大型綜合航空站,可以滿足大批次大型戰略運輸機乃至超大型運輸機的持續起降運作。

文章的最後,還是要丟擲一系列問題。我們的超大運可能是什麽樣的?我們航空工業有沒有能力研制這樣的超級巨獸?