大型运输机只是比普通飞机更大一些,为什么那么难研发?

上帝之杖

军用的运输机实际上要比普通的商用飞机复杂很多,哪里是你说的“只是比普通飞机更大一些”呢?我现在能够想到的就包括“起降性”和“操纵性”两个方面,会大大提高军用运输机的研发难度。

1,起降性能要求高。

大型运输机都是有军事用途的,不是说跟普通客机一样,想要多长跑道有多长的跑道、旁边还有各种辅助措施帮助你安全降落,有些时候战地机场就是那么短的跑道,甚至于还不能保证跑道本身的质量(比如说上图的军用运输机就被要求在简易沙石地机场上起降)。在某些特殊情况下,跑道还要更短、起降条件还要更加恶劣(比如说下面这张图就是加装了火箭推进器的特种运输机,当时是为了营救人质用的)。

所以说为了满足高强度的起降要求,所以机体的强度要做额外的设计,飞机发动机也有特殊的要求。实际上,如果是普通的客机的话,这种强度的起降早就让飞机散架了。

2,操纵性能要求高。

不同的飞机有不同的操作要求,比如说飞机的爬升率最高只能多少,如果超过了这个限度,那么飞机就会出现危险。普通客机的操作要求相对比较严格一些,就是因为飞机不能承受那些极端的飞行状态——当然,因为要考虑乘客的舒适度,这些严苛的飞行条件也不会出现。曾经就出现有机组用军用飞机的操作习惯来操纵民用客机,结果就是机毁人亡。下面这张图就是一次军方租用民用客机运送货物,结果因为爬升过快导致飞机失速,最终坠毁(可能原因)。

而相对的,出于军事目的,军用运输机的操纵性就要求更高了,这对飞机的强度、气动外形、控制系统,甚至于对于整个动力系统(飞机发动机)都是有很高的要求的。这就无疑加大了研发的难度。

3,但是军用运输机实际研制难度未必比民用客机大。

刚刚说的只是技术难度,军用运输机的技术难度确实是远远高于民用客机的,但是因为是军方出钱、出于军事用途的,所以这种飞机的设计往往不计成本,同时这类飞机对于诸如舒适度、节能等等指标也不太在意,所以说相对需要盈利、锱铢必较的民用客机,这类军用飞机反而可以放开束缚大胆设计,最终的研制难度也未必比民用客机大。

所以说中国已经有了Y-20大型运输机了,但是C919商用客机还在设计和完善中。之所以不把Y-20装上座椅变成民用客机,就是因为军用运输机是没有办法在民用市场上实现盈利的。


SilentTurbine

感谢受邀回答这个问题,以下内容仅为个人一些简单的认识和想法,供抛砖引玉,欢迎更多讨论和回复。

说起来这个问题有些伤人,大家可以掰着手指头算算,世界上能够自行设计、生产战斗机的国家,起码是个手指头不够用。可能够制造出大型运输机的国家,尤其是战略百吨级运输机的国家,三个半(空客严格来说不算单独研发,所以只能算半个)。这就可见大型运输机的研发之大。

举个大家可能不是很关注的例子,大型运输机的起落架寿命要求。日常战斗机一天起降2-3个架次基本上是极限了,而大型运输机一天起降2-3个架次是稀松平常,甚至可能会在一段时间内长时间的进行这样重复起降工作。这就足以说明在这个设计难度上,大型运输机已经超过了战斗机的要求。

大型飞机的设计,其实最早各国都有走弯路,美俄都曾走过小飞机放大不就好了的情况。可实际上,航空是一个全系统的大工程!如果你不能通过总体高度来规划设计,无疑造出来的飞机100%就是个废柴,比如实际上最大的水陆两栖飞机,由美国休斯公司于1947年11月2日试飞的“云杉鹅”又称H-4“大力神”号水上飞机。起飞重量181.4吨,已经接近运-20了。但是仅仅进行了2次水上滑跑,并没有实际飞上蓝天。为什么?就是设计出来不符合实际,操控极度困难,没有人能够真正驾驭翱翔蓝天。

所以,很多时候,造一架大飞机,例如大型运输机,更多的是要看一个国家在航空领域的短处,而不是长处。这个时候有个最好的例子,日本!日本现在已经造出了C-2大型运输机,轮水平应该快要迈入战略运输机的门槛了,可C-2从试飞开始就麻烦不断,不是舱门关不上,就是发动机有问题,前两天甚至自己滑出了跑道!不对啊?大家印象中不是“日本制造”是“精密,良心,严谨”的代名词吗?(全部带引号!)引用欧洲空客的专家对日本航空设计者的评价:“家庭作坊水准”!(Home project)

日本在工程力学,材料技术,大工程组织领域都存在严重的不足,尽管日本看似民用高技术很强,可是根本没有办法理解为什么要造一架大型客机,以及怎么样去造一架大型客机,说白了就是大方向没有人掌舵,自己在自己的小圈子里绕圈圈。

有了对比,有了参照,我们就不难理解“为什么大型大型运输机只是比普通飞机更大一些,可研发难度这么大”这个问题了。希望我的回答能够对您有些许帮助或启示。


军事天地

无论是军用还是民用的大型运输机,从外表上看确实只是比普通飞机个头大,但对于航空产品而言由于大型飞机涉及的气动力、动力装置配置、载重能力、航程与经济性的要求更高,要同时满足这些技术要求对设计者而言是一项严峻的考验。


以气动力和结构设计为例,从经济性的角度要求飞机具有较好的升阻特性,选择合适的吨位量级,减轻飞机的结构重量,但从飞机的结构设计的角度又要求飞机具有足够的强度,尤其是超大型货运飞机运输载荷少则几十吨、多则几百吨,对机体结构的设计提出了很高的要求;从运载能力角度讲飞机的翼展和面积需要足够的大,必须选择高升力的翼型,但又要考虑飞机具有足够的爬升能力,能够达到较高的经济飞行高度;从远航能力的角度要求飞机配备大推重比低油耗的发动机,具有较大的储油空间同时不能增加太多的气动阻力;从起降性能的角度要求飞机的增升装置和着陆后的反推装置具有较高的效率。

除了飞机的设计和发动机的技术难点,大型运输机对制造工艺和材料的要求也是极为苛刻的。大型运输机货舱的框架需要具有整体受力的结构,这些结构的设计和制造技术都是高难度的。以空客380为例,它的机翼大梁必须是整体成形的高强度合金构件,而全球具备这种大部件制造能力的厂家只有区区几家,为此欧洲航空公司经过精挑细选选择了一家日本的制造公司作为承包商,这些构件制造完毕后需要通过远洋航运抵达欧洲,大飞机的制造难度可见一斑。

大型运输机的最大的技术难点还在于机电设计制造技术。航空产品是一个大型平台,更是各类机械和动作器的合成体,这些机械和动作器是由大量的电子线路、芯片和液电驱动系统组成的,大型飞机的机械动作器都是技术和精确性要求很高的系统,越是大型机械对机电系统的设计制造要求就越高。


兵工科技

我们只是平时出行太习惯了普通客机,觉得习以为常了,普通的飞机并不普通。其实普通飞机在我们觉得很普通大前提下,依然世界只剩下波音和空客两家公司可以制造成熟的大型商用客机。而大型军用运输机因为需求不同,而不可同日而语。
C-919客机试飞图


我们先看题主眼中的普通飞机,目前世界上能制造150座以上的大型客机的只有A,B,C三家。A,B两家公司相对成熟,而C公司是最新公司,属于后起之秀,目前主推型号是 C-919客机,还在试飞当中。依托国内市场,未来前景广阔。

由于制造大型客机是用来运输旅客,其安全程度依然要求很高,需要的都是必须成熟的安全配套系统。比如,飞控系统,导航系统,发动机系统,大型锻件,机翼结构,机体构造,大型风洞外形设计,起降系统,安全系统,电子系统,等等,这些几乎一个国家都很难独立完成。


C-919客机的系统国内外供应商

这也是大型客机为什么基本上都是全球采购的主要原因之一。各自独立分工还有是为了降低成本,提高产业化技术快速升级,都有相当的好处。这样也大大降低了飞机的整体制造成本,降低了企业风险,同样也是提高了安全性。
C-919正在安装机翼


而军用运输机则完全不同,军用运输机是国家的军事国防需要,与商业需求完全不同。商业飞机需求是取决于市场需求,而军用运输机是一个国家战略需求。可以说研制民航飞机可以全球采购,但是研制大型军用运输机则基本必须自己生产,这涉及到一个国家的国防军事安全问题。战争时期关键部件不可受制于人。

运-20运输机

在这样要求下,必然其研发和制造成本要比民航客机高很多。几乎每一个子系统都要自己国家掌握,那么其研制成本要远远高于全球分工的民航产业成本。这样就造就了军用大型运输机的整体成本居高不下。



但是由于国防的需要,必然要国家在技术实力拥有的前提下,必须自行研制。比如我们的运-20大型军用运输机,其军方采购数量必然不如民航的C919数量,自然在成本上会相对更高的研制费用。就像制造10个特制零件需要零件成本+模具成本,那么同样制造1000个特制零件就完全不同了,这就是军用运输机和民航客机的成本和研发的不同之处。
为运-20测试配套的WS-20涡扇发动机


其实整体上两者的研发难度都不小,一般小国根本无法做到。能够研制制造200吨级以上大型运输机的国家只有美,俄,中3国,而且在发动机领域上中方还是有所欠缺。可见其研制难度有多大。
难得一见的运-20和C-17同台合影

所以淡然小司认为,这些高大上的大玩具可不是说说而已,那是需要拥有绝对的实力的国家才能完成。军用运输机对于国家来说更为迫切,而民用客机不是急需的产品,这就是为什么我们国家先拥有研制制造难度更大的运-20运输机。而民用客机C919还在研制实验当中的重要原因。


淡然小司

大型运输机难于研发,主要是两个方面,一个是资金,一个是技术。二者缺一不可。



先来谈资金,任何研发,都需要资金支持,而现代战机动辄几百亿的研发费用是很多国家无法支撑的,后期装备更是几亿美元一架,如果只是需求量只有几十家或者一百架,那么成本都收不回来。所以从装备规模需求来说,只有大国,也只有大国空军才能去研发,甚至是几个国家联合研发,分摊费用,增加装备数量,以减少采购费用。



第二个是技术,我们会发现,真正能独立自主研发的国家屈指可数,目前只有中,美,俄三国,加上欧洲联合能够研制大型运输机和客机。大型飞机有几个技术难点。 1.整体设计,打飞机与小飞机不同,它体型更大,对工艺的要求更高,同时涉及的各种设备和使用功能更多,技术难度更大。 2.材料技术,研制大型飞机没有过硬的材料科学做基础是不行的,飞机要保证强度和韧性,同时对材料寿命和重量都有严苛的要求,这种材料不是集中,而是涉及很多机体和设备,所以对基础研究要求非常高。



3.动力系统,了解航空发动机的朋友知道,航空发动机号称“工业皇冠上的明珠”,可见其研制难度,能研制航空发动机的国家本就很少,而大型飞机要求动力系统推力大,油耗小,体积小,重量轻,可靠性高,维护保养方便。这些随便拿出一样都不是好解决的问题。 4.飞控系统,对于现代飞机来说,面对各种环境,各种气象条件,飞行控制越来越难,而大飞机由于自身重量大,给飞行安全控制带来很大影响,飞行控制系统要保证飞机在各种条件下的安全飞行。 5.起飞,降落装置系统。千万别小看这个系统,飞机起飞,降落时事故概率最高,而大型飞机对起落架安全可靠性要求很高,大型飞机起降频繁,同时重量很大,对于支撑结构和刹车系统都有非常高的要求。


军情大家谈

大型运输机,与一般的小飞机相比,最大的区别在于:大小和重量;

通常来讲,越大的飞机就越重;越重的飞机产生的惯性也越大;惯性越大需要滑行的距离就越远;

滑行的距离越远,理论上,机场的跑道就必需足够长;可难就难在,机场的跑道长度是有限的;

尤其是一些具有战略意义的岛礁机场,地方小,跑道非常短;

还有就是大国都在研究的“轰炸机上航母”,这是前沿科技,难度非常高,要知道航母的甲板也就300多米长;

处在这些特殊环境的机场,管你大飞机,小飞机,反正跑道就这么点长;

所以,你问大型运输机为什么难研发?其实最大难点就是:飞机设计者必须想办法如何确保那么重的大家伙能在长度有限的跑道上正常起降;

只要把这个问题解决了,就说明这个国家或者说这个公司基本具备“开发出大型运输机”的能力;

至于像什么飞机的内部结构、气动布局、耐用性、维修频率等等,只是衡量该架大型运输机先进程度的具体指标而已;

但目前的现状是,世界上只有少数国家能解决这个难点;所以,放眼世界,具有开发大型运输机的国家,也就那么几个而已;😃


秋天的枫叶遇到风

大型运输机为什么那么难?一是航空发动机,大型飞机要有大推力航空发动机,世界上能生产大推力发动机的国家屈指可数,除了俄罗斯卖给中国发动机,别的国家没人卖。可以说,如果没有俄罗斯D30发动机,也就没有中国的大运。第二,大型运输机不是小飞机的简单放大,因为材料性能不会同步放大,大有大的问题,比如设计问题,机翼载荷分配,气动力设计,起落架设计,设计不是想象的那样,比如机翼需要承载600吨,设计能否达到目标?近50米的机翼,600吨载荷如何分布才合理,分布合理了结构设计如何实现,设计完成后怎么模拟、怎么试验,测试结果怎么转化,模拟方法怎么验证,交变载荷如何简化,这些全是问题,没有经历过,根本没法想象。制造问题,大的部件需要大的机床,各种机床,这对小飞机不是问题,大飞机全是。原材料问题,稳定可靠的大型板材、管材,各种材料尺寸规格得大,还得有。甚至,生产大飞机的厂房都比小飞机大得多。第三,试飞问题,所以,问题一大堆,都需要解决。一句话,难,真难,否则,全世界至今也不会就美、俄、中、欧才有大型运输机。


面对现实科学发展

更大程度上可能是军用大型运输机,它的研发的要求比民用的客机要求更高。

首先是尺寸上面整个军用的大型运输机他运输的东西不是说单个的人很有可能是是那种大型的坦克或者是装甲车辆,这个时候不仅要求你整个飞机的承重能力要有强,而且整个飞机,它的运输就是坦克的进出啊,或者是装甲车站进出要方便你不可能说你为了运输一辆坦克,你把整个坦克拆解成无数个零件搬到飞机里,然后再运到目的地之后再把坦克拿出来把零件再堆成一个坦克。

这就对整个飞机整个设计的那个外形,还有它的结构强度提出来挑战。

第二就是整个飞机,它的起降条件相比较与民用客机的那种起降条件要严酷得多,不仅他整那个飞机的跑道可能会修的不怎么好,有的时候就甚至就是土路修了一条土路,就让你大型运输机直接飞下来进行降落,在寝室在战场上你能面临的不仅仅是你队友的挑战,还有你滴认得挑战无数的枪林弹雨向你射击,你能所办,你必须得有规避动作,你整个飞机的发动机也必须吃得消。

一般来说,军用发动机都普遍要带四个因为害怕某一个机上某个发动机不工作了,另外一个发动机可以临时顶替。但是四台并列的发动机很有可能造成发动机过热的危险。相比较而言,明用的两台发动机就很显然受这个危险的影响就小了多。

最后一条,也是最重要的一条军用的运输机,他必须得达到日后能够改进的地方,就是他必须要有很大的改进空间。军用的运输机不单单是用来运输东西的,军方的要求是这架运输机造出来以后,我给他装上炸弹,它就是轰炸机,我给他装上雷达,他就是预警机,我给他装上声波装置,他就是反潜机,这就要求整个飞机他的空重载重重量必须要有一个很大的提升空间。


漩涡鸣人yy

第1要用大推力发动机,决定一个国家设计什么飞机不是飞机设计师,而是发动机设计师,飞机越大,发动机推力越力,现在能够研制航空发动机国家非常少,而大推力涵道比涡扇发动机更少,就这一条就可以把绝大多数国家挡在门外。还有就是大型运输机并不是小飞机简单放大,这是因为大型运输机气动载荷、阻力并不是小飞机线性关系,气动布局、结构材料等都比后者要求要大的多,举一个例子,大型运输机关键部件必须用万吨级大型水压机煅造成型,A380客机有此部件连欧美都无法煅造,必须采用俄罗斯7万吨级水压机,国产大飞机运-20研制成功,重要物质基础就包括国内8万吨级水压机,许多部件均这个水压机上面完成。


小飞猪的防务观察

很正常,任何东西,做大做小都难,比如cpu芯片,要做大,来个集成几万亿个晶体管,基本上不可能,做小,比如做到一平方毫米,还在研究。同样的道理,飞机,做大,加工个机体,要求的设备,工艺,精度都是不可想象的。比如你加工个拇指大小的铁管,要求公差3丝,基本上国内任何一个加工作坊都行,但当把铁管直径要求到1000mm时,公差要求仍然为3丝,基本上只有国内最顶尖的企业能做,而且良品率很差,但是,当这个铁管直径达到大飞机的机体一样大,而且形状还不是纯圆时,你可以相像其中难度


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