日刊展望中國運—20運輸機

雷炎

2016年7月，中國空軍正式接收重量級飛機——綽號“鯤鵬”的運-20大型運輸機。從2013年1月首飛到現在差不多三年，運20就加入人民空軍序列，說明該機狀態良好，試飛也比-較順利。對于運-20的服役，日本軍事刊物也給予高度關注，知名的《航空情報》、《航空愛好者》、《J Wing》等刊物針對該機航程、載重量、最大起飛重量、最大航程、續航時間等性能進行深入探討，有些見地頗值得國人參考。

運-20、C-17、伊爾-76這世界三大大型運輸機相聚于2014年珠海航展

研制背景

中國人談到的“大飛機”，一般是指起飛重量超過100噸的運輸類飛機，或是載客超過100人的民航客機。中國自主研制的第一款大飛機是上世紀70年代研制的運-10，但最終因技術條件不成熟而中斷開發，接著中國航空工業在大型飛機領域便是長達30年的沉寂。直到2006年2月26日，中國國務院舉行常務會議，原則批準大型飛機研制重大科技專項立項，國家在整個大飛機項目上投資500億-600億元人民幣，要在軍用大型運輸機、民用大型客機、航空發動機三個領域實現技術突破，并要求伴隨相關項目實現產業集成。

日本《航空情報》報道，在航空發動機領域，2012年4月15日，中航工業在北京決定將原中國航空研究所（606所）、中國航空動力機械研究所（中航工業608所）、中國燃氣渦輪研究院（中航工業624所）、貴州航空發動機研究所（中航工業649所）等研制單位加以結合，成立“中航空天發動機研究院公司”，然后又與沈陽黎明航空發動機、貴州黎陽航空發動機、成都發動機公司、西安航空發動機等公司實施再次重組，成立“中航發動機公司”，該公司是迄今中國唯一的航空發動機生產商，產品幾乎涵蓋中國所有投產或在研的航空發動機。

在民用大型客機領域，2008年5月11日，原中航商用飛機公司、上海飛機設計研究所、上海飛機制造公司（原運-10生產商）、上海飛機客戶服務有限公司、上海航空工業公司聯合組建“中國商用飛機公司”，目前主要產品是ARJ-21支線客機，并正在研制C-919大型干線客機。

在軍用大型運輸機領域，2013年1月6日，原西安飛機公司旗下的西安飛機國際航空制造公司（簡稱西飛國際）、陜西飛機工業有限公司（運-8系列運輸機生產商）、中航飛機起落架公司、西安航空制動科技公司、西安飛機工業公司聯合成立“中航飛機股份有限公司”，主要產品是“新舟”系列渦槳式直線客機、運-7、運-8系列戰術運輸機和在研的運20大型運輸機。值得一提的是，該公司是在2013年1月26日運-20飛機在西安閻良試飛基地首飛前20天正式掛牌，這也顯示出中國決策層對運-20寄予的厚望。

除發動機外，運-20得益于后發優勢，綜合性能優于伊爾-76基本型

氣動布局取中庸

不同于中國一些保密級別較高的裝備，運-20首飛活動得到官方全面報道，新華社披露大量圖片，并伴有最基本的技術參數介紹。日本《航空愛好者》雜志主筆石川潤一就根據中國官方資料推測，運-20全長47米、翼展45米、高15米，最大起飛重量220噸，最大載重66噸，氣動布局采用翼下懸掛式四臺發動機、T型垂尾、懸臂梁式上單翼。機身采用寬體設計，多支柱野戰起落架，機組人員為三名。

從曝光的圖片不難發現，運-20是一架設計路線趨向中庸的運輸機。從機體規模來看，它比美軍裝備多年的C-17大型戰略運輸機幾乎小了一圈，但又比俄羅斯伊爾-76運輸機稍大。運-20在總體設計上參考了伊爾-76的某些方案，但在機尾等位置又融合C-17的一些特點。

機翼是飛機產生升力的主要部件，機翼設計的好壞，直接決定飛機的定位和性能。運-20采用懸臂梁式上單翼、外置中央翼盒、超臨界翼型、活動式三縫增升襟翼的設計。

所謂外置中央翼盒，就是機翼的中央翼盒從貨艙頂部而過，置于機體之外，通過保形整流罩以機體相連，在機背上方形成較為突出的鼓包，伊爾76也采用這種設計，與之形成鮮明對比的是，美國C-17采用內置中央翼盒，機翼從機身內部穿過，機體外觀較為平滑。外置中央翼盒的最大好處是機翼不擠占機內貨艙的寶貴空間，保證貨艙的最大有效高度，而且保形整流罩可提供額外儲存空間，一般會用來安置油箱，再者就是可以產生一定的升力。當然“有一利必有一弊”，外置中央翼盒和保形整流罩增加了機體額外的重量和不小的飛行阻力，其次就是使機體整體重心上移，對飛機操作有一定影響。

中央翼盒到底是外置還是內置，主要由運輸機的定位決定的。例如C-17，它的貨艙采用極端設計，擁有該級別運輸機中能夠設計出來的最大尺寸貨艙，其貨艙尺寸為20.8×5.5×4.5米（貨艙長度不合貨橋），其5.5米的貨艙寬度僅比C-5超級運輸機略窄29厘米，但4.5米的最大高度卻比C-5還要高出30厘米，甚至比世界上最大的運輸機——烏克蘭安-225還要高出10厘米。如此高大的貨艙，C-17選擇內置中央翼盒當然不在話下，雖然一定程度上會影響貨艙的最大高度，但貨艙實用載貨高度仍有3.96米。很顯然，內置中央翼盒只有大型乃至超大型運輸機上才能采用（如美國的C-5、C-17，烏克蘭的安-22、安-124、安-225），總體尺寸比較緊湊的運輸機是無法接受貨艙在高度上這么大的損失，像近些年問世的新型軍用運輸機，如歐洲A400M、烏克蘭安-70、日本XC-2等型號均采用外置中央翼盒。

在翼型設計上，運-20采用超臨界機翼，這種方案在中國起步較早，當初搞運-10客機時就曾應用過，后來又用K-8/教練-10中級教練機上改裝過超臨界機翼驗證機，之后又在ARJ-21支線客機上成功應用，如今用在運-20身上，自然水到渠成。超臨界機翼最早由美國航天局（NASA）蘭利研究中心的空氣動力學專家理查德·惠特科姆博士（Richard Whitcomb）在1967年提出。飛機機翼是靠流經機翼上下不同的氣流速度產生的壓力差來產生升力，普通亞音速民航客機或軍用運輸機進入高亞音速區域（即速度超過0.8馬赫，未達到1馬赫）時，機翼表面氣流速度已經超過音速，如果飛機繼續加速，機翼表面就會出現激波，引起氣流分離，從而產生激波阻力，使飛機整體阻力大增。超臨界機翼就是通過對機翼剖面的特殊設計，讓氣流在通過機翼時加速性放緩，使飛機在繼續加速過程中推遲產生激波或者使產生的激波變弱，這種設計可以使飛機保持較高的經濟航速，還具有內部容積大、結構重量輕、翼展較短等優點。

石川潤一指出，伊爾-76由于設計年代較早，沒能趕上采用超臨界機翼，倒是美國C-17采用了這一時髦技術，所以就出現這樣的局面：伊爾-76翼展達到50.5米，比C-17的翼展（50.29米，不算外飄的翼梢小翼）還長，可是伊爾76的最大載重卻只有C-17的一半，很大原因就在于超臨界機翼所帶來的“四兩撥千斤”的技術效益。運-20也是類似的情況，它的翼展達45米，和歐洲A400M的42.4米翼展，烏克蘭安-70的44.5米翼展也相差不大，但最大載重卻比它們高出50%以上，這也顯示出運用超臨界機翼的巨大威力。

在襟翼增升方面，運-20采用活動式三縫增升襟翼設計，這種設計一般見于大型民航客機上。襟翼在飛機飛行時和機翼融為一體，以減少阻力，當飛機需要起飛、降落或低速飛行需要增加升力時，襟翼才會伸展開來，并向下偏轉。當這種襟翼展開時，會大大增加機翼向下的彎度和機翼面積，并改變機翼剖面形狀。其翼面形成的三條橫向縫隙，會將機翼下的高壓氣流引向襟翼上部，大大增加機翼上部的氣流流動速度，減小壓力，并延緩上表面氣流分離，進而使升力系數提高。根據計算，這種三縫增升襟翼，可使全機升力系數提高1.5倍左右（未扣除配平損失），不足之處是這種襟翼十分復雜，有多達10余個活動翼面，滑退、偏轉機構較為繁瑣，制動機構、滑軌、整流罩等也比較多，在野戰條件環境下可靠性將面臨考驗。

短場起降與戰術需求

飛機野戰起降能力的高低，主要取決于兩個因素：是否配備強勁的起落架：是否有強化的機體結構。

運-20的前起落架采用并列雙輪設計，機身兩側各有三個雙輪式主起落架。主起落架一共有12個機輪，加上前起落架，一共14個機輪，在降落時只有前起落架的兩個機輪和主起落架最前面的四個機輪與跑道進行首次接觸，產生六道車轍印。這六個機輪由于是飛機最前面率先與跑道接觸的六個機輪，抓地能力較強，而后面跟著的八個機輪由于是走在前面這六個機輪碾壓過的車轍印里，抓地性就會大減。在短距起降方面，因為運-20目前使用的俄制D-30KP渦扇發動機帶有蚌殼式反推裝置，可以把發動機尾噴口氣流從兩側導向機體正前面，產生反推效果。機翼上的三縫增升襟翼，在飛機降落時也能產生較強的增升效果，降低飛機的降落速度，縮短滑跑距離。

總體來看，運-20并未刻意強化野戰起降能力，其起落架設計類似A400M或安-70這樣的戰術運輸機，與跑道做首次接觸的機輪數量不及全機機輪的一半，抓地能力有限，但這種設計的好處是主起落架艙體積較小，重量輕，空中阻力小，而且結構簡單、可靠性高。盡管運-20的野戰起降能力只能說一般，但考慮到運-20絕大多數情況只會在中國國內使用，而且還會作為諸如空中加油機之類的二線機型的改裝平臺，不會有太多野戰起降的機會。

至于運-20的抗毀傷能力，中國官方沒有權威公布，現在可以確定的是它使用四余度數字化電傳飛行控制系統，有助于提高飛行效率，并且采用液壓機械備份裝置。日本《航空情報》推測，運-20的駕駛艙、大梁等關鍵部位使用了裝甲保-護，油箱實施了惰性氣體加壓，另外紅外干擾彈、金屬箔片、導彈報警裝置、電子對抗系統肯定也會配備。事實上，這些裝備的部署倒不是說有多高的技術難度，而是取舍的問題，關鍵要看中國軍方對運-20的定位，要不要特別強化抗毀傷能力，或者說留下未來升級加裝的空間，這些都是有可能的。當然如果飛機成本超標或是超重，這些東西也是首先被剔除的設備。

貨艙設計是關鍵

一架運輸機，真正的價值還是看它的運力，而貨艙設計是其中關鍵一環，假如貨艙不夠寬大，將很難裝載大尺寸的作戰裝備。俄軍事運輸航空兵所使用的伊爾-76飛機在貨艙寬度上就吃了悶虧，它最開始是為了彌補安12戰術運輸機的運力不足，并沒有過多考慮裝載重型機械化設備的能力，其貨艙尺寸為20.5×3.45×3.4米（不含貨橋），雖然基本型有40噸最大載荷，在重量上勉強可帶一輛空車的T-72坦克，但T-72有3.52米寬，已經超過伊爾-76的3.45米的貨艙地板寬度，要想上飛機，只有把坦克兩側裙板拆掉，這時候T-72就只有3.38米寬。根據印度陸軍實際使用經驗，T-72硬塞進伊爾-76貨艙后，坦克兩邊的履帶距離飛機貨艙艙壁只有一條腿的寬度，也就是10厘米左右，相當飽和。

至于運-20，由于很多數據缺乏權威發布，外界只能進行某種程度的推論。首先，對陸軍來說，重量最大的單件核心裝備是主戰坦克，重裝機械化兵團能否快速部署，能否空運主戰坦克是首要指標，如果不具備空運主戰坦克的能力，那么該機對陸軍的意義至少降低一半。運-20的最大載重預期是66噸，這顯然是瞄準遠程投送主戰坦克這一目標去的。

第二，要看它的貨艙，運-20的貨艙尺寸沒有披露，外界只能推測，由于該機現階段使用俄制D-30KP-2發動機，它的正面進氣口直徑是1455毫米，再考慮到運-20翼展是45米，根據這些已知尺寸，不難推斷出運20的機體寬度在5.6米至5.7米之間，這個寬度是新一代運輸機為了保證起碼的貨艙寬度而必需的（如A400M機體寬度是5.64米，安-70是5.6米，XC-2是5.66米，而這三款運輸機的貨艙地板寬度都是4米左右），所以不難得出結論：運-20的貨艙地板寬度也是4米左右，由于采用傳統的外置中央翼盒，所以貨艙高度也是可以保證的，至少達到4米以上，而運-20全機長47米，跟伊爾-76基本相當，所以它們的貨艙長度也應該基本相當。這樣一來，運-20大致貨艙尺寸應為：20×4×4米（不含貨橋）。

從運-20貨艙尺寸來看，它沒有追求C-17那樣的巨型貨艙，這顯然是為了控制機體規模和研制風險，當然沒有強勁的發動機也是重要原因，但也沒有像伊爾-76那樣因為采用窄機體設計而過分犧牲貨艙的裝載靈活性。4米的貨艙寬度應該說完全夠用，比如解放軍“紅旗”9地空導彈所使用的泰安系列卡車底盤，最大寬度才2.8米，PHL-03式遠程齊射火箭炮、“東風”21中程彈道導彈、“長劍”10陸基巡航導彈所使用的萬山卡車底盤，最大寬度才3.5米，99式主戰坦克也才3.6米，運-20裝載這些裝備完全沒有問題。C-17超寬貨艙的好處是運載一般2.4米寬的重型卡車（如奧什卡什公司的M977重型卡車）時，可以并排停放兩輛，然后全機可以運載四輛，如果是運-20，則只能一前一后運載兩輛。當然這涉及另一個問題，就是全機的最大載重，因為就算貨艙放得下，飛機也不一定載得動，運20在最大載重方面不如C-17，所以在貨艙尺寸上采取保守設計，也是合情合理的。

發動機來源

首飛的運20使用四臺俄制D-30KP-2發動機，它由俄羅斯“土星”科學生產聯合體制造，總重2.3噸，推力12.5噸（123千牛）、推重比5.43，之前曾作為伊爾-76MD運輸機和轟-6K轟炸機的發動機，在中國有較多儲備。四臺D-30KP-2發動機累計可產生50噸推力，當運20以220噸最大起飛重量起飛時，可以獲得0.22的推重比。

作為運-20的動力源，D-30KP-2確實讓人感覺有些落后，它是蘇聯第一種大涵道比渦扇發動機，就航空史的角度來看，已找不出比它更老的型號了。老舊的設計也限制了D-30KP-2的改進，即無法采用數字控制，也無法和飛控系集成，還消耗更多的燃油、產生更多的噪音。況且作為一款全進口的發動機，中國為D-30KP-2建立一套生產后勤系統也不劃算，所以運-20“換發”勢在必行。

但運-20又能換什么發動機呢？就在運-20首飛后不久，中國空軍指揮學院戰略研究室教授喬良便透露，中國正在為運-20研制國產發動機，而且接近尾聲，未來運-20的載重量還能再提升10噸左右。與此同時，網絡上出現中國試飛院擁有的伊爾-76飛行實驗平臺掛載新式大涵道比發動機的照片，照片顯示該機左側發動機明顯不同于右側原裝的D-30KP-2，具有現代大涵道比發動機的典型特征，直徑明顯加大，且長度更短，有中國空軍試驗型號的典型黃色涂裝，據信它就是為運-20配套的大涵道比發動機，型號可能是渦扇-20。如果相關信息屬實，運-20將從現在最大運載66噸，一步跳躍到76噸，基本和C-17相當，但真實情況究竟如何，還有待進一步觀察。

地位考證

目前美國空軍運輸體系，在戰術運輸機方面有C-130，戰役和戰略運輸有C-17，跨洲際戰略運輸則是C-5。俄羅斯空軍在戰術運輸方面有安-12，中程有伊爾-76（升級版為伊爾-476），戰略運輸有安-124和安-225。

不過像C-5和安-124、安-225這樣的超級運輸機，都是美俄出于全球戰略而引進的跨洲際飛行運輸機，除開這樣需要全球行動的軍事大國外，其它國家一般用不著，中國在較長時間里也看不出有這樣的需求，所以運-20服役后搭配現有的運-8（或者升級版運-9），就可基本滿足中國軍隊在國內及周邊區域的所有空運任務。

運-20首飛不久，不少中國軍迷乃至媒體軍事專家紛紛表示運-20可以改裝成空中預警機、電子戰飛機、加油機等空中平臺，這種觀點當然不能說錯，但果真這么做的話，或多或少卻透露出一種無奈。冷戰后，發達國家流行在武器裝備中大量使用“民標套件”，美歐在空中加油機、預警機、反潛巡邏機、電子戰飛機、空中實驗機等對飛行性能要求不高的二線機型中廣泛使用民航客機，后者有產量大、裝備量大、零部件儲備量大、使用成本低廉、相關專業人才廣泛等優勢。也正因為是民航客機，這些飛行平臺在全球任何一座民用機場都能方便得到維修和后勤服務。相比之下，拿軍用運輸機作為上述“空中力量倍增器”的改裝平臺，可就痛苦多了，以運-20為例，它是作為一款大型運輸機設計的，如果將其改裝成空中加油機、預警機等空中平臺，那么為空中運輸設計的巨大貨艙、推力巨大的發動機、抗毀傷能力、野戰起降能力等等，無形中都成為一種巨大的浪費，而且在空中還將形成死重，影響平臺性能，且采購和維護成本上勢必十分高昂。

沒有合適的民用機型作為空中平臺，這一點曾困擾著中國空軍，相比之下，俄羅斯可選擇的余地要大一些，俄空軍曾廣泛使用圖波列夫、伊留申系列客機改裝空中平臺。中國的選項則基本沒有，以至于不得不拿運-8這樣的戰術運輸機來改裝“高新”系列實驗機和空警-200預警機，用轟-6這樣的轟炸機來改裝空中加油機。即使運-20服役后，這樣“不匹配”的狀況短期內也難有根本改觀，只有等中國在民航客機領域有所建樹后，才會逐步得以改善。

[編輯/行健]