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中国版安-225?下一代运输机什么需求?

2024-03-29军事

从2016年7月6日运20正式加入人民空军算起,转眼时间已经过去六年。

伴随着一次次的重大节点和不断的升级改进,运20不单单在稳步的增产和推进国产化,更是开始逐步成为各种特种机平台。和其他20家族的新锐一样,运20正稳步成为人民空军的基石。

在运20之前,人民空军的主力大型运输机是伊尔76。彼时人民空军运输机部队虽然很稚嫩,但已经勉强可以称为一支战略运输的力量。

大型战略运输机在汶川大地震中发挥出巨大的作用,成为灾区天空的明星和空中生命线的主力,并凸显出无法取代的巨大价值。

当我们回望半个世纪前,1976年唐山大地震时。我们全国动员的空中生命线还以各类中小型民机为主力,进行蚂蚁搬家式的空运。

在2008年后,以大中型军用运输机/民用客机为主力的空中生命线有了翻天覆地的变化。在运载能力有了巨大提升的同时,空中航线的峰值架次却明显减少,对于机场调度的压力更是急剧下降。

而伊尔76这类中大型运输机其拥有的大容量货仓和大尾门,而且天花板自带行(hang)吊,对机场设施要求低,不需要专用的辅助设备,极端一些情况下可以不依赖任何额外设备,仅仅依靠飞机本身装载设备和人力就能完成大多数类型货物的装卸。

在运输救灾所用的大体积、小重量、低密度的散货时,伊尔76这类中大型运输机与民用客货机相比,装载效率更是得到了无法想象的提升。

另外,空客当时将全球第一架a380原型机投入了救援物资运送。这也说明,空客飞机在中国卖的好不是没有道理的。

不过,当部队长期使用伊尔76之后,还是发现了不少问题。虽然这款飞机拥有170吨的最大起飞重量和40吨以上的最大载重,在对比国产运8时确实称得上大型运输机,在抢险救灾也确实发挥了巨大的作用。

但当我们将目光转移到他的本职工作军用运输时,就会发现诸多问题。

第一个问题是,货仓尺寸不够用。这款设计于上世纪60年代的老家伙,受限于仅有3.45米的地板宽度和3.4米的货舱高度,伊尔76在装载方面,尤其是车辆装载上的「限高限宽」令人难以接受。

我们举个隔壁「某不愿透露姓名的全球第三,南亚第一军事力量」在使用大型运输机过程中一个偏向于行为艺术的例子。

在边境斗争最激烈的时候,他们用一个很神奇的办法伊尔76把t72坦克运上了高原。他们是真的把3米52宽度的T-72塞进3.46米宽的伊尔76货仓,还运上了克什米尔高原。

那么印度人怎么解决的呢

只不过奇迹和魔法可不是免费的。他们必须先把T-72两侧的裙板全部拆掉,这样车体宽度小于3.46米,然后就可以把去掉裙板3.38米的坦克塞进3.46米宽的货仓。

坦克两边和运输机舱壁之间连一个拳头都塞不进去,其空间之逼仄,载重之极限,只能理解为挑战自我极限的行为艺术。

各类大中型军用运输机货舱尺寸的直观对比

当然南亚某大国所遇到的大型车辆装载受限,货仓容积不足的问题我们早就遇到过。

例如在运输远火,红旗9导弹发射车这类特车底盘或者VN-1这种轮式步兵战车时,这类车辆的尺寸已经逼近极限,装载就比较困难了。当遇到更大一些车辆,比如红旗9雷达车这类高度达到四米级别的大型装备时,伊尔-76就无能为力了。

第二个,也是更令人头疼的问题是,不能独立自主的建造某类装备而只能向其他国家购买,就必然会遭到该国家的刁难。

唯一能生产伊尔76的国家俄罗斯不但交货能力的低下,而且商业信誉极为堪忧。

在中方遭遇的一系列刁难之中,最著名事件就是俄罗斯拿我们购买伊尔76的预付款去建了新厂房,俄罗斯甚至还提出中方能否再提前预付一部分款项,供生产新飞机的「原材料采购」。

已研丁真,鉴定为纯纯的建窘

当中印两国面临相同的问题时,两国却选择了方向完全相反的解决方案。

印度根据自身条件选择了购买C17,而解放军选择了完全不同的独立自主研发道路。于是,我们便看到了运20横空出世。

现阶段根据已公开的官方信息,运20最大起飞重量200吨以上,最大载重量55吨以上,保守估计总体性能优于伊尔-76MD,与最新的伊尔-76MD-90A各有所长。

运20相比伊尔76系列最明显的优势是更大的货舱尺寸和容积。伊尔76(非加长型)的货舱长度20米、地板宽3.45米、高度3.4米,运20的货舱长度约20米、地板宽度4米、高度4米。

直观的大致尺寸图

运20有效缓解了我军大型运输机货仓容积不足和大型装备装载能力受限问题。而独立自主的建造能力,解决了人民空军运输机部队最急迫需求的装备数量问题。

今天我们为什么需要一款新的大型战略运输机?归根结底是我们有了新的需求,但需求这个东西很难在三言两语内概括清楚。但是笔者可以用对比的方法来让大家直观的感受一下。

首先我们按照不同体型和吨位,来选择几种载荷作为「装载货物」。

小型:以三代猛士CSK-181装甲突击车为标准模型:长5.65米,宽2.38米,高2.12米。

中型我们取VN-1轮式步兵战车:宽度3米,长度约7.8取8,高度3到3.2米,在这里取最高的3.2米。

大型则以红旗9防空系统的雷达车和发射车为例:雷达车宽度3.05米,长15米,高3.95米。红旗9发射车长13米 高3.8米。在这里,两车装载所需高度统一按照4m计算。

在这里我们先来对比大运「御三家」:伊尔76、运20、C17。如果这三型运输机用上面的货物模型进行一场开心俄罗斯方块的话,就会发现一些端倪。

三台csk-181装进运20货仓长宽高三个尺度均有一定冗余。在同等情况下,伊尔76也没啥大问题。但是,隔壁C17就可以塞六台。

从上到下分别是运20,伊尔-76MD与C-17A

尽管运20拉六台装甲猛士在重量方面没有任何问题,但是飞机的地板,或者说地板宽度却严重制约了运20的发挥。

运20那4米宽的货仓无论如何也没办法像C17一样并排放两列小型车辆,C17宽度达到5.5米宽的货仓确实提供了不少便利。

C-17A的庞大货舱

中型尺寸车辆方面,御三家则拉不开差距,都只能单列运装载。

而运载大型车辆时,伊尔76可以退出比赛了,因为他压根运不了。对于运20来说,货物尺寸也已经接近货仓物理尺寸上限,装载困难等问题也是免不了的。而C17装载大尺寸货物时,两侧空间宽裕到还能各放一列单人床。

图中运20在上,C-17A在下

对比了这么多,我们发展下一款大型战略运输机时,我们的第一需求必然是更大的货仓。

首先要解决的是,最起码货仓运载大尺寸车辆时不那么困难,其次要考虑的不只是能塞进去,还要考虑能不能多拉亿点?

这个需求在某种程度上是无限的。当你能地板加宽可以并排两列装6辆猛士的时候,就会想我能不能再宽再长亿点儿,来并排装08式步兵战车?

但是这种面对加水,水多加面的行为,给我们留下的最深刻的印象一定是,这新运输机一定小不了

回顾过去,运-20当初立足于当时的航空工业基础上,脚踏实地打造的一型性能合格的战略运输机。

运20解决了国产战略运输机的有无问题,也解决掉相当一部分我们在使用伊尔76时所遇到的问题。但我们的发展目标必然不可能局限于此。

如果说伊尔76让空军「尝到肉味儿」,那运20就是基本满足了运输机部队「大口吃肉」目标。

虽然能管饱,但以发展的眼光来看,我们很难能说运20是一款能完全满足未来数十年使用先进的运输机。

那我们的航空工业有没有让空军「吃上好肉」的基础?我们有没有能力发展一型超越运20超大型战略运输机?

通常而言研制一款新飞机我们需要关注的主要问题是:航空工业有没有相关基础技术?有没有能力把飞机研发出来?怎么样量产?

而超大型战略运输机有些许不同,首先需要保证所使用环境的航空基础设施能否支持其运作,然后才能谈飞机要怎么研发生产。

超大型运输机的起降能力指标则和很多人的刻板印象不同,应当是一个因地制宜的问题。不能说现在世界上有什么,哪个飞机纸面数据好看,我们就仿造一个中国版。

举个例子。美国人当年造C5的时候核心需求是跨洋运输,在航空枢纽机场之间运作就可以了。那我们有必要制定一模一样的指标吗?显然不现实。

我们有青藏高原,全球机场海拔TOP10之中八座在中国。而位居第十名的果洛玛沁机场海拔都有三千七百多米。

世界海拔高度前十的机场

我们的预设战场之一就在高原,美国人设计C5,苏联人设计安124的时候需要考虑这些吗?别说考虑了,美苏当年新飞机想试飞这种高原机场起降科目就连合适的机场都找不到。

仅一个高原机场起降问题,我们的运输机起降能力需求必然要求比C5、安124强不少。刻舟求剑式的寻找数字生搬硬套,必然会脱离实际,乃至引发后续的一系列问题。

只不过为了方便读者理解,下文依旧为大家刻舟求剑式的搬运数字,简要对比安124和波音747-400这两型400吨级的大飞机在重载时对跑道的需求。

比较过程将着重说明以下三个问题:伺候这个级别巨兽到底需要什么级别的基础设施?军用运输机起降能力相比民航飞机能优化到什么地步?

安124-100型在海拔1000米的机场,可用为跑道2900米,有5米/秒的逆风,跑道坡度+0.5°的条件下,可以以352吨的起飞重量安全起飞。

安124起飞重量分配

而57吨的内油,意味着安124可以800km时速的巡航速度飞行三个小时。

2400km能到这些地方

而且,在实际的使用环境中运输机很少装载如此极限重量的货物。

以运输96-100吨级货物需求(也就是两辆50吨级主战坦克或四辆VN-1型轮式步兵战车)为例,安124的投送距离可以达到3800km以上。

直观的说,3800km的飞行距离就是几乎国内最长的航线之一,广州白云机场直飞乌鲁木齐机场的航线距离。

比较直观的示意图

作为对比,波音747-400在可用跑道为2600米,环境风速和跑道坡度均为零,机场在海拔2000英尺(610米)时,飞机的起飞重量就可以达到348吨。

那么为什么安124这一理论上起降能力更好的军用运输机,用2900米跑道才能以352吨起飞,而民用的747-400却能用2600米跑道达到348吨的起飞重量?

原因主要有以下四点:

1,安全冗余。由于安124使用的大推力发动机不如波音747-40,可靠性欠佳,军用运输机也在战争环境中风险也更大。因此,安124这个起飞条件是包括单发失效的。

也就是说起飞过程中,任何一个发动机出现停车、动力衰减等故障,飞机照样能保证3%的最小上升梯度正常起飞。波音747-400在这里没有考虑起飞单发失效问题。

2,机场海拔。波音747-400的机场为海拔2000英尺(610米),而安124则为1000米。如果将747机场海拔高度提升至4000英尺(1219米),起飞重量将衰减至338吨。

3,两者动力系统有差别。安124使用的D18T发动机最大推力约23吨,而我们计算波音747-400起飞重量时,所使用的发动机为通用CF6-80C2B1F,起飞推力可达57900磅,莫约26.3吨,实际上如果使用罗-罗的发动机起飞推力还会略大一些。

4,气温不同。安124起飞重量的算例中,环境温度为25°C。

如果波音747-400考虑温度影响,在环境温度为15°C时,机场海拔依旧为2000英尺(610米),则起飞重量将衰减至342吨。

而如果把机场海拔提升至4000英尺(1219米)时,波音747-400的起飞重量将锐减到约320吨。

总结一下,安124在发动机在存在代差、推力小、机场海拔高、环境温度高且跑道有坡度等种种不利条件下,依旧可以用只长400米的跑道达到比波音747-400还要大的起飞重量。并且安124还有更高的发动机冗余。

那么,如果下一代运输机把发动机造的足够可靠,不需要考虑起飞单发失效问题;如果大马拉小车,换上推力30吨甚至35吨级的怪兽,军用运输机在起降能力上可以优化到什么地步?

注意,以上情况都是建立在有充足「安全」冗余条件下的民航运作模式。

介绍对超大型运输机运作所需的基础设施暂且告一段落。接下来介绍的部分是我国的航空基础设施现状。

以民用机场为样板,便能一窥我国航空基础设施这些年来的发展。

首先,可以肯定的是现在我国航空基础设施相比运20研发的年代有了天翻地覆的变化。

我国在运20立项之年发布的【全国民用机场布局规划】,里面这样描述道:

截止2006年底,全国(不含港澳台地区)共有民航运输机场147个,其中军民合用机场45个。按等级划分,4E级机场25座、4D级机场35座、4C级机场58座、3C级机场29座。

而到了2022年底,全国(不含港澳台地区)共有254座民航机场,分别为4F级15座、4E级39座、4D级37座、4C级158座、其余4座。

左为2007年数据,右为2021年数据

这里的4F、4E、4D等是民航机场等级,大家可以简单认为前面的数字代表机场跑道的长度,而后面字母代表机场跑道的宽度。

我们以4F为例,其在标准条件下,要求可用跑道长度大于等于3600米,可用最大飞机的翼展在65m-80m之间,要求主起落架外轮外侧间距达到14-16米。

以地处西北的西安咸阳国际机场为例。该机场目前拥有3000×45米(北)和3800×60米(南)两条跑道。而且,机场目前正在进行三期扩建工程。

机场计划将现北跑道直接改为平行滑行道,在其北侧新建长3800米,宽45米的新北一跑道,然后在新北一跑道北侧新建等规模的北二跑道。

机场南侧也将在现南跑道外新建一条3000米长的南二跑道,最终形成一个4条并排大跑道的超级航空港综合体。

那我国目前最多的4C级机场又是什么规格呢?

4C按照规范一般可用跑道长度为1800米到2400米,可用最大飞机的翼展24~36米,主起落架外轮外侧间距在6~9米。理论上来说跑道长度大于1800米,只要能起降例如C919、空客A320这一级别的飞机即可。

各类跑道标准

但现状是,我国绝大部分4C级机场都是顶标乃至超标建设,跑道平均长度达到2748米。

这也意味着,在我国的4C级机场里有2400×45米的大跑道不算什么,修到2600米跑道乃至更高才是普遍现象。

即使是入选中国最小机场TOP10,又被称为山顶机场的河池金城江机场,也照样削平65个山头修了2200米跑道。

而根据2016年发布的【全国民用运输机场布局规划】所述:

计划到2025年,全国民用运输机场规划布局370个,其中规划建成约320个,进一步完善华北、东北、华东、中南、西南、西北六大机场群,建成以3大世界级机场群、10个国际枢纽、29个区域枢纽为核心航空基础设施。

远景规划中,2030年民用运输机场规模更是达到408个左右。

罗列出这些数据,便可以管中窥豹「超大运」服役时我国航空基础设施可能状态。

那么,机场这种固定目标在高烈度战场环境下能生存吗?机场开战被B21摧毁了怎么办?

国土防空话题暂且按下不表。但随着航空基础设施在不断建设,我们对航空基础设施的快速建设能力也是在同步增长的。

举个例子,2006年的野战机场建设一般是修个土跑道,说白了就是找个开阔地带平整一下,把土压实了就要运输机往下降。

土跑道.jpg

而16年到现在,更多是依托我们较为完善的公路网,对某些路段进行快速机场化改造。

而在可预见的未来,解放军工程兵将拥有在一周之内,从零开始建设一座包含超过3000米铺装跑道、全套航空管制设施、后勤维护、舱储、维护在内的临时性大型综合航空站,可以满足大批量大型战略运输机乃至超大型运输机的持续起降运作。

文章的最后,还是要抛出一系列问题。我们的超大运可能是什么样的?我们航空工业有没有能力研制这样的超级巨兽?