日刊展望中国运—20运输机

雷炎

2016年7月，中国空军正式接收重量级飞机——绰号“鲲鹏”的运-20大型运输机。从2013年1月首飞到现在差不多三年，运20就加入人民空军序列，说明该机状态良好，试飞也比-较顺利。对于运-20的服役，日本军事刊物也给予高度关注，知名的《航空情报》、《航空爱好者》、《J Wing》等刊物针对该机航程、载重量、最大起飞重量、最大航程、续航时间等性能进行深入探讨，有些见地颇值得国人参考。

运-20、C-17、伊尔-76这世界三大大型运输机相聚于2014年珠海航展

研制背景

中国人谈到的“大飞机”，一般是指起飞重量超过100吨的运输类飞机，或是载客超过100人的民航客机。中国自主研制的第一款大飞机是上世纪70年代研制的运-10，但最终因技术条件不成熟而中断开发，接着中国航空工业在大型飞机领域便是长达30年的沉寂。直到2006年2月26日，中国国务院举行常务会议，原则批准大型飞机研制重大科技专项立项，国家在整个大飞机项目上投资500亿-600亿元人民币，要在军用大型运输机、民用大型客机、航空发动机三个领域实现技术突破，并要求伴随相关项目实现产业集成。

日本《航空情报》报道，在航空发动机领域，2012年4月15日，中航工业在北京决定将原中国航空研究所（606所）、中国航空动力机械研究所（中航工业608所）、中国燃气涡轮研究院（中航工业624所）、贵州航空发动机研究所（中航工业649所）等研制单位加以结合，成立“中航空天发动机研究院公司”，然后又与沈阳黎明航空发动机、贵州黎阳航空发动机、成都发动机公司、西安航空发动机等公司实施再次重组，成立“中航发动机公司”，该公司是迄今中国唯一的航空发动机生产商，产品几乎涵盖中国所有投产或在研的航空发动机。

在民用大型客机领域，2008年5月11日，原中航商用飞机公司、上海飞机设计研究所、上海飞机制造公司（原运-10生产商）、上海飞机客户服务有限公司、上海航空工业公司联合组建“中国商用飞机公司”，目前主要产品是ARJ-21支线客机，并正在研制C-919大型干线客机。

在军用大型运输机领域，2013年1月6日，原西安飞机公司旗下的西安飞机国际航空制造公司（简称西飞国际）、陕西飞机工业有限公司（运-8系列运输机生产商）、中航飞机起落架公司、西安航空制动科技公司、西安飞机工业公司联合成立“中航飞机股份有限公司”，主要产品是“新舟”系列涡桨式直线客机、运-7、运-8系列战术运输机和在研的运20大型运输机。值得一提的是，该公司是在2013年1月26日运-20飞机在西安阎良试飞基地首飞前20天正式挂牌，这也显示出中国决策层对运-20寄予的厚望。

除发动机外，运-20得益于后发优势，综合性能优于伊尔-76基本型

气动布局取中庸

不同于中国一些保密级别较高的装备，运-20首飞活动得到官方全面报道，新华社披露大量图片，并伴有最基本的技术参数介绍。日本《航空爱好者》杂志主笔石川润一就根据中国官方资料推测，运-20全长47米、翼展45米、高15米，最大起飞重量220吨，最大载重66吨，气动布局采用翼下悬挂式四台发动机、T型垂尾、悬臂梁式上单翼。机身采用宽体设计，多支柱野战起落架，机组人员为三名。

从曝光的图片不难发现，运-20是一架设计路线趋向中庸的运输机。从机体规模来看，它比美军装备多年的C-17大型战略运输机几乎小了一圈，但又比俄罗斯伊尔-76运输机稍大。运-20在总体设计上参考了伊尔-76的某些方案，但在机尾等位置又融合C-17的一些特点。

机翼是飞机产生升力的主要部件，机翼设计的好坏，直接决定飞机的定位和性能。运-20采用悬臂梁式上单翼、外置中央翼盒、超临界翼型、活动式三缝增升襟翼的设计。

所谓外置中央翼盒，就是机翼的中央翼盒从货舱顶部而过，置于机体之外，通过保形整流罩以机体相连，在机背上方形成较为突出的鼓包，伊尔76也采用这种设计，与之形成鲜明对比的是，美国C-17采用内置中央翼盒，机翼从机身内部穿过，机体外观较为平滑。外置中央翼盒的最大好处是机翼不挤占机内货舱的宝贵空间，保证货舱的最大有效高度，而且保形整流罩可提供额外储存空间，一般会用来安置油箱，再者就是可以产生一定的升力。当然“有一利必有一弊”，外置中央翼盒和保形整流罩增加了机体额外的重量和不小的飞行阻力，其次就是使机体整体重心上移，对飞机操作有一定影响。

中央翼盒到底是外置还是内置，主要由运输机的定位决定的。例如C-17，它的货舱采用极端设计，拥有该级别运输机中能够设计出来的最大尺寸货舱，其货舱尺寸为20.8×5.5×4.5米（货舱长度不合货桥），其5.5米的货舱宽度仅比C-5超级运输机略窄29厘米，但4.5米的最大高度却比C-5还要高出30厘米，甚至比世界上最大的运输机——乌克兰安-225还要高出10厘米。如此高大的货舱，C-17选择内置中央翼盒当然不在话下，虽然一定程度上会影响货舱的最大高度，但货舱实用载货高度仍有3.96米。很显然，内置中央翼盒只有大型乃至超大型运输机上才能采用（如美国的C-5、C-17，乌克兰的安-22、安-124、安-225），总体尺寸比较紧凑的运输机是无法接受货舱在高度上这么大的损失，像近些年问世的新型军用运输机，如欧洲A400M、乌克兰安-70、日本XC-2等型号均采用外置中央翼盒。

在翼型设计上，运-20采用超临界机翼，这种方案在中国起步较早，当初搞运-10客机时就曾应用过，后来又用K-8/教练-10中级教练机上改装过超临界机翼验证机，之后又在ARJ-21支线客机上成功应用，如今用在运-20身上，自然水到渠成。超临界机翼最早由美国航天局（NASA）兰利研究中心的空气动力学专家理查德·惠特科姆博士（Richard Whitcomb）在1967年提出。飞机机翼是靠流经机翼上下不同的气流速度产生的压力差来产生升力，普通亚音速民航客机或军用运输机进入高亚音速区域（即速度超过0.8马赫，未达到1马赫）时，机翼表面气流速度已经超过音速，如果飞机继续加速，机翼表面就会出现激波，引起气流分离，从而产生激波阻力，使飞机整体阻力大增。超临界机翼就是通过对机翼剖面的特殊设计，让气流在通过机翼时加速性放缓，使飞机在继续加速过程中推迟产生激波或者使产生的激波变弱，这种设计可以使飞机保持较高的经济航速，还具有内部容积大、结构重量轻、翼展较短等优点。

石川润一指出，伊尔-76由于设计年代较早，没能赶上采用超临界机翼，倒是美国C-17采用了这一时髦技术，所以就出现这样的局面：伊尔-76翼展达到50.5米，比C-17的翼展（50.29米，不算外飘的翼梢小翼）还长，可是伊尔76的最大载重却只有C-17的一半，很大原因就在于超临界机翼所带来的“四两拨千斤”的技术效益。运-20也是类似的情况，它的翼展达45米，和欧洲A400M的42.4米翼展，乌克兰安-70的44.5米翼展也相差不大，但最大载重却比它们高出50%以上，这也显示出运用超临界机翼的巨大威力。

在襟翼增升方面，运-20采用活动式三缝增升襟翼设计，这种设计一般见于大型民航客机上。襟翼在飞机飞行时和机翼融为一体，以减少阻力，当飞机需要起飞、降落或低速飞行需要增加升力时，襟翼才会伸展开来，并向下偏转。当这种襟翼展开时，会大大增加机翼向下的弯度和机翼面积，并改变机翼剖面形状。其翼面形成的三条横向缝隙，会将机翼下的高压气流引向襟翼上部，大大增加机翼上部的气流流动速度，减小压力，并延缓上表面气流分离，进而使升力系数提高。根据计算，这种三缝增升襟翼，可使全机升力系数提高1.5倍左右（未扣除配平损失），不足之处是这种襟翼十分复杂，有多达10余个活动翼面，滑退、偏转机构较为繁琐，制动机构、滑轨、整流罩等也比较多，在野战条件环境下可靠性将面临考验。

短场起降与战术需求

飞机野战起降能力的高低，主要取决于两个因素：是否配备强劲的起落架：是否有强化的机体结构。

运-20的前起落架采用并列双轮设计，机身两侧各有三个双轮式主起落架。主起落架一共有12个机轮，加上前起落架，一共14个机轮，在降落时只有前起落架的两个机轮和主起落架最前面的四个机轮与跑道进行首次接触，产生六道车辙印。这六个机轮由于是飞机最前面率先与跑道接触的六个机轮，抓地能力较强，而后面跟着的八个机轮由于是走在前面这六个机轮碾压过的车辙印里，抓地性就会大减。在短距起降方面，因为运-20目前使用的俄制D-30KP涡扇发动机带有蚌壳式反推装置，可以把发动机尾喷口气流从两侧导向机体正前面，产生反推效果。机翼上的三缝增升襟翼，在飞机降落时也能产生较强的增升效果，降低飞机的降落速度，缩短滑跑距离。

总体来看，运-20并未刻意强化野战起降能力，其起落架设计类似A400M或安-70这样的战术运输机，与跑道做首次接触的机轮数量不及全机机轮的一半，抓地能力有限，但这种设计的好处是主起落架舱体积较小，重量轻，空中阻力小，而且结构简单、可靠性高。尽管运-20的野战起降能力只能说一般，但考虑到运-20绝大多数情况只会在中国国内使用，而且还会作为诸如空中加油机之类的二线机型的改装平台，不会有太多野战起降的机会。

至于运-20的抗毁伤能力，中国官方没有权威公布，现在可以确定的是它使用四余度数字化电传飞行控制系统，有助于提高飞行效率，并且采用液压机械备份装置。日本《航空情报》推测，运-20的驾驶舱、大梁等关键部位使用了装甲保-护，油箱实施了惰性气体加压，另外红外干扰弹、金属箔片、导弹报警装置、电子对抗系统肯定也会配备。事实上，这些装备的部署倒不是说有多高的技术难度，而是取舍的问题，关键要看中国军方对运-20的定位，要不要特别强化抗毁伤能力，或者说留下未来升级加装的空间，这些都是有可能的。当然如果飞机成本超标或是超重，这些东西也是首先被剔除的设备。

货舱设计是关键

一架运输机，真正的价值还是看它的运力，而货舱设计是其中关键一环，假如货舱不够宽大，将很难装载大尺寸的作战装备。俄军事运输航空兵所使用的伊尔-76飞机在货舱宽度上就吃了闷亏，它最开始是为了弥补安12战术运输机的运力不足，并没有过多考虑装载重型机械化设备的能力，其货舱尺寸为20.5×3.45×3.4米（不含货桥），虽然基本型有40吨最大载荷，在重量上勉强可带一辆空车的T-72坦克，但T-72有3.52米宽，已经超过伊尔-76的3.45米的货舱地板宽度，要想上飞机，只有把坦克两侧裙板拆掉，这时候T-72就只有3.38米宽。根据印度陆军实际使用经验，T-72硬塞进伊尔-76货舱后，坦克两边的履带距离飞机货舱舱壁只有一条腿的宽度，也就是10厘米左右，相当饱和。

至于运-20，由于很多数据缺乏权威发布，外界只能进行某种程度的推论。首先，对陆军来说，重量最大的单件核心装备是主战坦克，重装机械化兵团能否快速部署，能否空运主战坦克是首要指标，如果不具备空运主战坦克的能力，那么该机对陆军的意义至少降低一半。运-20的最大载重预期是66吨，这显然是瞄准远程投送主战坦克这一目标去的。

第二，要看它的货舱，运-20的货舱尺寸没有披露，外界只能推测，由于该机现阶段使用俄制D-30KP-2发动机，它的正面进气口直径是1455毫米，再考虑到运-20翼展是45米，根据这些已知尺寸，不难推断出运20的机体宽度在5.6米至5.7米之间，这个宽度是新一代运输机为了保证起码的货舱宽度而必需的（如A400M机体宽度是5.64米，安-70是5.6米，XC-2是5.66米，而这三款运输机的货舱地板宽度都是4米左右），所以不难得出结论：运-20的货舱地板宽度也是4米左右，由于采用传统的外置中央翼盒，所以货舱高度也是可以保证的，至少达到4米以上，而运-20全机长47米，跟伊尔-76基本相当，所以它们的货舱长度也应该基本相当。这样一来，运-20大致货舱尺寸应为：20×4×4米（不含货桥）。

从运-20货舱尺寸来看，它没有追求C-17那样的巨型货舱，这显然是为了控制机体规模和研制风险，当然没有强劲的发动机也是重要原因，但也没有像伊尔-76那样因为采用窄机体设计而过分牺牲货舱的装载灵活性。4米的货舱宽度应该说完全够用，比如解放军“红旗”9地空导弹所使用的泰安系列卡车底盘，最大宽度才2.8米，PHL-03式远程齐射火箭炮、“东风”21中程弹道导弹、“长剑”10陆基巡航导弹所使用的万山卡车底盘，最大宽度才3.5米，99式主战坦克也才3.6米，运-20装载这些装备完全没有问题。C-17超宽货舱的好处是运载一般2.4米宽的重型卡车（如奥什卡什公司的M977重型卡车）时，可以并排停放两辆，然后全机可以运载四辆，如果是运-20，则只能一前一后运载两辆。当然这涉及另一个问题，就是全机的最大载重，因为就算货舱放得下，飞机也不一定载得动，运20在最大载重方面不如C-17，所以在货舱尺寸上采取保守设计，也是合情合理的。

发动机来源

首飞的运20使用四台俄制D-30KP-2发动机，它由俄罗斯“土星”科学生产联合体制造，总重2.3吨，推力12.5吨（123千牛）、推重比5.43，之前曾作为伊尔-76MD运输机和轰-6K轰炸机的发动机，在中国有较多储备。四台D-30KP-2发动机累计可产生50吨推力，当运20以220吨最大起飞重量起飞时，可以获得0.22的推重比。

作为运-20的动力源，D-30KP-2确实让人感觉有些落后，它是苏联第一种大涵道比涡扇发动机，就航空史的角度来看，已找不出比它更老的型号了。老旧的设计也限制了D-30KP-2的改进，即无法采用数字控制，也无法和飞控系集成，还消耗更多的燃油、产生更多的噪音。况且作为一款全进口的发动机，中国为D-30KP-2建立一套生产后勤系统也不划算，所以运-20“换发”势在必行。

但运-20又能换什么发动机呢？就在运-20首飞后不久，中国空军指挥学院战略研究室教授乔良便透露，中国正在为运-20研制国产发动机，而且接近尾声，未来运-20的载重量还能再提升10吨左右。与此同时，网络上出现中国试飞院拥有的伊尔-76飞行实验平台挂载新式大涵道比发动机的照片，照片显示该机左侧发动机明显不同于右侧原装的D-30KP-2，具有现代大涵道比发动机的典型特征，直径明显加大，且长度更短，有中国空军试验型号的典型黄色涂装，据信它就是为运-20配套的大涵道比发动机，型号可能是涡扇-20。如果相关信息属实，运-20将从现在最大运载66吨，一步跳跃到76吨，基本和C-17相当，但真实情况究竟如何，还有待进一步观察。

地位考证

目前美国空军运输体系，在战术运输机方面有C-130，战役和战略运输有C-17，跨洲际战略运输则是C-5。俄罗斯空军在战术运输方面有安-12，中程有伊尔-76（升级版为伊尔-476），战略运输有安-124和安-225。

不过像C-5和安-124、安-225这样的超级运输机，都是美俄出于全球战略而引进的跨洲际飞行运输机，除开这样需要全球行动的军事大国外，其它国家一般用不着，中国在较长时间里也看不出有这样的需求，所以运-20服役后搭配现有的运-8（或者升级版运-9），就可基本满足中国军队在国内及周边区域的所有空运任务。

运-20首飞不久，不少中国军迷乃至媒体军事专家纷纷表示运-20可以改装成空中预警机、电子战飞机、加油机等空中平台，这种观点当然不能说错，但果真这么做的话，或多或少却透露出一种无奈。冷战后，发达国家流行在武器装备中大量使用“民标套件”，美欧在空中加油机、预警机、反潜巡逻机、电子战飞机、空中实验机等对飞行性能要求不高的二线机型中广泛使用民航客机，后者有产量大、装备量大、零部件储备量大、使用成本低廉、相关专业人才广泛等优势。也正因为是民航客机，这些飞行平台在全球任何一座民用机场都能方便得到维修和后勤服务。相比之下，拿军用运输机作为上述“空中力量倍增器”的改装平台，可就痛苦多了，以运-20为例，它是作为一款大型运输机设计的，如果将其改装成空中加油机、预警机等空中平台，那么为空中运输设计的巨大货舱、推力巨大的发动机、抗毁伤能力、野战起降能力等等，无形中都成为一种巨大的浪费，而且在空中还将形成死重，影响平台性能，且采购和维护成本上势必十分高昂。

没有合适的民用机型作为空中平台，这一点曾困扰着中国空军，相比之下，俄罗斯可选择的余地要大一些，俄空军曾广泛使用图波列夫、伊留申系列客机改装空中平台。中国的选项则基本没有，以至于不得不拿运-8这样的战术运输机来改装“高新”系列实验机和空警-200预警机，用轰-6这样的轰炸机来改装空中加油机。即使运-20服役后，这样“不匹配”的状况短期内也难有根本改观，只有等中国在民航客机领域有所建树后，才会逐步得以改善。

[编辑/行健]