大型運輸機只是比普通飛機更大一些,爲什麼那麼難研發?

上帝之杖

軍用的運輸機實際上要比普通的商用飛機複雜很多,哪裡是你說的“只是比普通飛機更大一些”呢?我現在能夠想到的就包括“起降性”和“操縱性”兩個方面,會大大提高軍用運輸機的研發難度。

1,起降性能要求高。

大型運輸機都是有軍事用途的,不是說跟普通客機一樣,想要多長跑道有多長的跑道、旁邊還有各種輔助措施幫助你安全降落,有些時候戰地機場就是那麼短的跑道,甚至於還不能保證跑道本身的質量(比如說上圖的軍用運輸機就被要求在簡易沙石地機場上起降)。在某些特殊情況下,跑道還要更短、起降條件還要更加惡劣(比如說下面這張圖就是加裝了火箭推進器的特種運輸機,當時是為了營救人質用的)。

所以說為了滿足高強度的起降要求,所以機體的強度要做額外的設計,飛機發動機也有特殊的要求。實際上,如果是普通的客機的話,這種強度的起降早就讓飛機散架了。

2,操縱性能要求高。

不同的飛機有不同的操作要求,比如說飛機的爬升率最高只能多少,如果超過了這個限度,那麼飛機就會出現危險。普通客機的操作要求相對比較嚴格一些,就是因為飛機不能承受那些極端的飛行狀態——當然,因為要考慮乘客的舒適度,這些嚴苛的飛行條件也不會出現。曾經就出現有機組用軍用飛機的操作習慣來操縱民用客機,結果就是機毀人亡。下面這張圖就是一次軍方租用民用客機運送貨物,結果因為爬升過快導致飛機失速,最終墜毀(可能原因)。

而相對的,出於軍事目的,軍用運輸機的操縱性就要求更高了,這對飛機的強度、氣動外形、控制系統,甚至於對於整個動力系統(飛機發動機)都是有很高的要求的。這就無疑加大了研發的難度。

3,但是軍用運輸機實際研製難度未必比民用客機大。

剛剛說的只是技術難度,軍用運輸機的技術難度確實是遠遠高於民用客機的,但是因為是軍方出錢、出於軍事用途的,所以這種飛機的設計往往不計成本,同時這類飛機對於諸如舒適度、節能等等指標也不太在意,所以說相對需要盈利、錙銖必較的民用客機,這類軍用飛機反而可以放開束縛大膽設計,最終的研製難度也未必比民用客機大。

所以說中國已經有了Y-20大型運輸機了,但是C919商用客機還在設計和完善中。之所以不把Y-20裝上座椅變成民用客機,就是因為軍用運輸機是沒有辦法在民用市場上實現盈利的。


SilentTurbine

感謝受邀回答這個問題,以下內容僅為個人一些簡單的認識和想法,供拋磚引玉,歡迎更多討論和回覆。

說起來這個問題有些傷人,大家可以掰著手指頭算算,世界上能夠自行設計、生產戰鬥機的國家,起碼是個手指頭不夠用。可能夠製造出大型運輸機的國家,尤其是戰略百噸級運輸機的國家,三個半(空客嚴格來說不算單獨研發,所以只能算半個)。這就可見大型運輸機的研發之大。

舉個大家可能不是很關注的例子,大型運輸機的起落架壽命要求。日常戰鬥機一天起降2-3個架次基本上是極限了,而大型運輸機一天起降2-3個架次是稀鬆平常,甚至可能會在一段時間內長時間的進行這樣重複起降工作。這就足以說明在這個設計難度上,大型運輸機已經超過了戰鬥機的要求。

大型飛機的設計,其實最早各國都有走彎路,美俄都曾走過小飛機放大不就好了的情況。可實際上,航空是一個全系統的大工程!如果你不能通過總體高度來規劃設計,無疑造出來的飛機100%就是個廢柴,比如實際上最大的水陸兩棲飛機,由美國休斯公司於1947年11月2日試飛的“雲杉鵝”又稱H-4“大力神”號水上飛機。起飛重量181.4噸,已經接近運-20了。但是僅僅進行了2次水上滑跑,並沒有實際飛上藍天。為什麼?就是設計出來不符合實際,操控極度困難,沒有人能夠真正駕馭翱翔藍天。

所以,很多時候,造一架大飛機,例如大型運輸機,更多的是要看一個國家在航空領域的短處,而不是長處。這個時候有個最好的例子,日本!日本現在已經造出了C-2大型運輸機,輪水平應該快要邁入戰略運輸機的門檻了,可C-2從試飛開始就麻煩不斷,不是艙門關不上,就是發動機有問題,前兩天甚至自己滑出了跑道!不對啊?大家印象中不是“日本製造”是“精密,良心,嚴謹”的代名詞嗎?(全部帶引號!)引用歐洲空客的專家對日本航空設計者的評價:“家庭作坊水準”!(Home project)

日本在工程力學,材料技術,大工程組織領域都存在嚴重的不足,儘管日本看似民用高技術很強,可是根本沒有辦法理解為什麼要造一架大型客機,以及怎麼樣去造一架大型客機,說白了就是大方向沒有人掌舵,自己在自己的小圈子裡繞圈圈。

有了對比,有了參照,我們就不難理解“為什麼大型大型運輸機只是比普通飛機更大一些,可研發難度這麼大”這個問題了。希望我的回答能夠對您有些許幫助或啟示。


軍事天地

無論是軍用還是民用的大型運輸機,從外表上看確實只是比普通飛機個頭大,但對於航空產品而言由於大型飛機涉及的氣動力、動力裝置配置、載重能力、航程與經濟性的要求更高,要同時滿足這些技術要求對設計者而言是一項嚴峻的考驗。


以氣動力和結構設計為例,從經濟性的角度要求飛機具有較好的升阻特性,選擇合適的噸位量級,減輕飛機的結構重量,但從飛機的結構設計的角度又要求飛機具有足夠的強度,尤其是超大型貨運飛機運輸載荷少則幾十噸、多則幾百噸,對機體結構的設計提出了很高的要求;從運載能力角度講飛機的翼展和麵積需要足夠的大,必須選擇高升力的翼型,但又要考慮飛機具有足夠的爬升能力,能夠達到較高的經濟飛行高度;從遠航能力的角度要求飛機配備大推重比低油耗的發動機,具有較大的儲油空間同時不能增加太多的氣動阻力;從起降性能的角度要求飛機的增升裝置和著陸後的反推裝置具有較高的效率。

除了飛機的設計和發動機的技術難點,大型運輸機對製造工藝和材料的要求也是極為苛刻的。大型運輸機貨艙的框架需要具有整體受力的結構,這些結構的設計和製造技術都是高難度的。以空客380為例,它的機翼大梁必須是整體成形的高強度合金構件,而全球具備這種大部件製造能力的廠家只有區區幾家,為此歐洲航空公司經過精挑細選選擇了一家日本的製造公司作為承包商,這些構件製造完畢後需要通過遠洋航運抵達歐洲,大飛機的製造難度可見一斑。

大型運輸機的最大的技術難點還在於機電設計製造技術。航空產品是一個大型平臺,更是各類機械和動作器的合成體,這些機械和動作器是由大量的電子線路、芯片和液電驅動系統組成的,大型飛機的機械動作器都是技術和精確性要求很高的系統,越是大型機械對機電系統的設計製造要求就越高。


兵工科技

我們只是平時出行太習慣了普通客機,覺得習以為常了,普通的飛機並不普通。其實普通飛機在我們覺得很普通大前提下,依然世界只剩下波音和空客兩家公司可以製造成熟的大型商用客機。而大型軍用運輸機因為需求不同,而不可同日而語。
C-919客機試飛圖


我們先看題主眼中的普通飛機,目前世界上能製造150座以上的大型客機的只有A,B,C三家。A,B兩家公司相對成熟,而C公司是最新公司,屬於後起之秀,目前主推型號是 C-919客機,還在試飛當中。依託國內市場,未來前景廣闊。

由於製造大型客機是用來運輸旅客,其安全程度依然要求很高,需要的都是必須成熟的安全配套系統。比如,飛控系統,導航系統,發動機系統,大型鍛件,機翼結構,機體構造,大型風洞外形設計,起降系統,安全系統,電子系統,等等,這些幾乎一個國家都很難獨立完成。


C-919客機的系統國內外供應商

這也是大型客機為什麼基本上都是全球採購的主要原因之一。各自獨立分工還有是為了降低成本,提高產業化技術快速升級,都有相當的好處。這樣也大大降低了飛機的整體制造成本,降低了企業風險,同樣也是提高了安全性。
C-919正在安裝機翼


而軍用運輸機則完全不同,軍用運輸機是國家的軍事國防需要,與商業需求完全不同。商業飛機需求是取決於市場需求,而軍用運輸機是一個國家戰略需求。可以說研製民航飛機可以全球採購,但是研製大型軍用運輸機則基本必須自己生產,這涉及到一個國家的國防軍事安全問題。戰爭時期關鍵部件不可受制於人。

運-20運輸機

在這樣要求下,必然其研發和製造成本要比民航客機高很多。幾乎每一個子系統都要自己國家掌握,那麼其研製成本要遠遠高於全球分工的民航產業成本。這樣就造就了軍用大型運輸機的整體成本居高不下。



但是由於國防的需要,必然要國家在技術實力擁有的前提下,必須自行研製。比如我們的運-20大型軍用運輸機,其軍方採購數量必然不如民航的C919數量,自然在成本上會相對更高的研製費用。就像製造10個特製零件需要零件成本+模具成本,那麼同樣製造1000個特製零件就完全不同了,這就是軍用運輸機和民航客機的成本和研發的不同之處。
為運-20測試配套的WS-20渦扇發動機


其實整體上兩者的研發難度都不小,一般小國根本無法做到。能夠研製製造200噸級以上大型運輸機的國家只有美,俄,中3國,而且在發動機領域上中方還是有所欠缺。可見其研製難度有多大。
難得一見的運-20和C-17同臺合影

所以淡然小司認為,這些高大上的大玩具可不是說說而已,那是需要擁有絕對的實力的國家才能完成。軍用運輸機對於國家來說更為迫切,而民用客機不是急需的產品,這就是為什麼我們國家先擁有研製製造難度更大的運-20運輸機。而民用客機C919還在研製實驗當中的重要原因。


淡然小司

大型運輸機難於研發,主要是兩個方面,一個是資金,一個是技術。二者缺一不可。



先來談資金,任何研發,都需要資金支持,而現代戰機動輒幾百億的研發費用是很多國家無法支撐的,後期裝備更是幾億美元一架,如果只是需求量只有幾十家或者一百架,那麼成本都收不回來。所以從裝備規模需求來說,只有大國,也只有大國空軍才能去研發,甚至是幾個國家聯合研發,分攤費用,增加裝備數量,以減少採購費用。



第二個是技術,我們會發現,真正能獨立自主研發的國家屈指可數,目前只有中,美,俄三國,加上歐洲聯合能夠研製大型運輸機和客機。大型飛機有幾個技術難點。 1.整體設計,打飛機與小飛機不同,它體型更大,對工藝的要求更高,同時涉及的各種設備和使用功能更多,技術難度更大。 2.材料技術,研製大型飛機沒有過硬的材料科學做基礎是不行的,飛機要保證強度和韌性,同時對材料壽命和重量都有嚴苛的要求,這種材料不是集中,而是涉及很多機體和設備,所以對基礎研究要求非常高。



3.動力系統,瞭解航空發動機的朋友知道,航空發動機號稱“工業皇冠上的明珠”,可見其研製難度,能研製航空發動機的國家本就很少,而大型飛機要求動力系統推力大,油耗小,體積小,重量輕,可靠性高,維護保養方便。這些隨便拿出一樣都不是好解決的問題。 4.飛控系統,對於現代飛機來說,面對各種環境,各種氣象條件,飛行控制越來越難,而大飛機由於自身重量大,給飛行安全控制帶來很大影響,飛行控制系統要保證飛機在各種條件下的安全飛行。 5.起飛,降落裝置系統。千萬別小看這個系統,飛機起飛,降落時事故概率最高,而大型飛機對起落架安全可靠性要求很高,大型飛機起降頻繁,同時重量很大,對於支撐結構和剎車系統都有非常高的要求。


軍情大家談

大型運輸機,與一般的小飛機相比,最大的區別在於:大小和重量;

通常來講,越大的飛機就越重;越重的飛機產生的慣性也越大;慣性越大需要滑行的距離就越遠;

滑行的距離越遠,理論上,機場的跑道就必需足夠長;可難就難在,機場的跑道長度是有限的;

尤其是一些具有戰略意義的島礁機場,地方小,跑道非常短;

還有就是大國都在研究的“轟炸機上航母”,這是前沿科技,難度非常高,要知道航母的甲板也就300多米長;

處在這些特殊環境的機場,管你大飛機,小飛機,反正跑道就這麼點長;

所以,你問大型運輸機為什麼難研發?其實最大難點就是:飛機設計者必須想辦法如何確保那麼重的大傢伙能在長度有限的跑道上正常起降;

只要把這個問題解決了,就說明這個國家或者說這個公司基本具備“開發出大型運輸機”的能力;

至於像什麼飛機的內部結構、氣動佈局、耐用性、維修頻率等等,只是衡量該架大型運輸機先進程度的具體指標而已;

但目前的現狀是,世界上只有少數國家能解決這個難點;所以,放眼世界,具有開發大型運輸機的國家,也就那麼幾個而已;😃


秋天的楓葉遇到風

大型運輸機為什麼那麼難?一是航空發動機,大型飛機要有大推力航空發動機,世界上能生產大推力發動機的國家屈指可數,除了俄羅斯賣給中國發動機,別的國家沒人賣。可以說,如果沒有俄羅斯D30發動機,也就沒有中國的大運。第二,大型運輸機不是小飛機的簡單放大,因為材料性能不會同步放大,大有大的問題,比如設計問題,機翼載荷分配,氣動力設計,起落架設計,設計不是想象的那樣,比如機翼需要承載600噸,設計能否達到目標?近50米的機翼,600噸載荷如何分佈才合理,分佈合理了結構設計如何實現,設計完成後怎麼模擬、怎麼試驗,測試結果怎麼轉化,模擬方法怎麼驗證,交變載荷如何簡化,這些全是問題,沒有經歷過,根本沒法想象。製造問題,大的部件需要大的機床,各種機床,這對小飛機不是問題,大飛機全是。原材料問題,穩定可靠的大型板材、管材,各種材料尺寸規格得大,還得有。甚至,生產大飛機的廠房都比小飛機大得多。第三,試飛問題,所以,問題一大堆,都需要解決。一句話,難,真難,否則,全世界至今也不會就美、俄、中、歐才有大型運輸機。


面對現實科學發展

更大程度上可能是軍用大型運輸機,它的研發的要求比民用的客機要求更高。

首先是尺寸上面整個軍用的大型運輸機他運輸的東西不是說單個的人很有可能是是那種大型的坦克或者是裝甲車輛,這個時候不僅要求你整個飛機的承重能力要有強,而且整個飛機,它的運輸就是坦克的進出啊,或者是裝甲車站進出要方便你不可能說你為了運輸一輛坦克,你把整個坦克拆解成無數個零件搬到飛機裡,然後再運到目的地之後再把坦克拿出來把零件再堆成一個坦克。

這就對整個飛機整個設計的那個外形,還有它的結構強度提出來挑戰。

第二就是整個飛機,它的起降條件相比較與民用客機的那種起降條件要嚴酷得多,不僅他整那個飛機的跑道可能會修的不怎麼好,有的時候就甚至就是土路修了一條土路,就讓你大型運輸機直接飛下來進行降落,在寢室在戰場上你能面臨的不僅僅是你隊友的挑戰,還有你滴認得挑戰無數的槍林彈雨向你射擊,你能所辦,你必須得有規避動作,你整個飛機的發動機也必須吃得消。

一般來說,軍用發動機都普遍要帶四個因為害怕某一個機上某個發動機不工作了,另外一個發動機可以臨時頂替。但是四臺並列的發動機很有可能造成發動機過熱的危險。相比較而言,明用的兩臺發動機就很顯然受這個危險的影響就小了多。

最後一條,也是最重要的一條軍用的運輸機,他必須得達到日後能夠改進的地方,就是他必須要有很大的改進空間。軍用的運輸機不單單是用來運輸東西的,軍方的要求是這架運輸機造出來以後,我給他裝上炸彈,它就是轟炸機,我給他裝上雷達,他就是預警機,我給他裝上聲波裝置,他就是反潛機,這就要求整個飛機他的空重載重重量必須要有一個很大的提升空間。


漩渦鳴人yy

第1要用大推力發動機,決定一個國家設計什麼飛機不是飛機設計師,而是發動機設計師,飛機越大,發動機推力越力,現在能夠研製航空發動機國家非常少,而大推力涵道比渦扇發動機更少,就這一條就可以把絕大多數國家擋在門外。還有就是大型運輸機並不是小飛機簡單放大,這是因為大型運輸機氣動載荷、阻力並不是小飛機線性關係,氣動佈局、結構材料等都比後者要求要大的多,舉一個例子,大型運輸機關鍵部件必須用萬噸級大型水壓機煅造成型,A380客機有此部件連歐美都無法煅造,必須採用俄羅斯7萬噸級水壓機,國產大飛機運-20研製成功,重要物質基礎就包括國內8萬噸級水壓機,許多部件均這個水壓機上面完成。


小飛豬的防務觀察

很正常,任何東西,做大做小都難,比如cpu芯片,要做大,來個集成幾萬億個晶體管,基本上不可能,做小,比如做到一平方毫米,還在研究。同樣的道理,飛機,做大,加工個機體,要求的設備,工藝,精度都是不可想象的。比如你加工個拇指大小的鐵管,要求公差3絲,基本上國內任何一個加工作坊都行,但當把鐵管直徑要求到1000mm時,公差要求仍然為3絲,基本上只有國內最頂尖的企業能做,而且良品率很差,但是,當這個鐵管直徑達到大飛機的機體一樣大,而且形狀還不是純圓時,你可以相像其中難度


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