原創 晨楓 航空知識
運-20是先進的四發大型運輸機，除了發動機不夠給力，在技術水平上與C-17相當
運-20人稱「胖妞」，是先進的四發大型運輸機，外觀上與美國C-17相像，都採用上單翼、翼下發動機、高平尾、腹側多輪起落架，都具有大型尾門，打開後兼做裝卸斜板，便於車輛和人員上下。在空中時，打開的尾門則便於空投作業。
運-20和C-17的設計定位相似，都在載重量和航程方面達到戰略空運要求，但能在傳統上只能運作戰術運輸機的跑道上起飛和降落。運-20和C-17這一級先進運輸機模糊了戰略空運與戰術空運的界限，代表軍事空運的最高水平。兩者相比，運-20稍小，但也足夠在戰略空運的航程上運載主戰坦克，滿足中國空軍的要求了。C-17更大，戰略空運能力更強，不過美軍主戰坦克本來就比中國的更重。
運-20與C-17在外觀上相像，但惡魔就在細節之中
運-20和C-17在外觀上相似，實際上貌合神離，在設計上有很多細微但關鍵的不同。運-20在設計上結合了一些伊爾-76上的有用做法，在使用上與C-17也不同。
運-20的機翼與機身結合部形成明顯的隆起，C-17的結合就比較平順。這不是運-20的設計水平低下，而是對機艙內頂板高度的考慮。C-17沒有隆起，但翼盒穿過機體的部位造成機艙頂板降低，形成C-17機艙裡前後高、中間低的局面，對長大貨物的高度限制較大。運-20的機艙高度在全長裡都是一樣的，就沒有這個問題，代價是隆起增加了一點巡航阻力。
運-20（上）與C-17（下）相比，機背有顯著隆起，翼身融合部比較粗大，阻力增加。C-17也有些許隆起，但小得多
但運-20（上）的機艙空間完整，在全長內高度一致；C-17（下）機艙中段的天花板較低，影響長大物資的運輸，中段貨艙高度（3.76米）還低於運-20（4米），對特別寬大的機艙直徑是一個浪費，但對美軍還是夠用了
運-20也沒有採用翼梢小翼。機翼是靠下表面對上表面的壓力差實現升力的。氣流一定沿最小阻力途徑流動，在機翼翼根到接近翼尖的地方都無機可乘，所以上下表面氣流在機翼後緣匯合，老老實實產生升力。但在翼尖處，下表面氣流可以橫向繞到上表面，渦卷的能量帶動環境空氣，非但不產生升力，還形成阻力。翼梢小翼像擋板一樣，阻擋渦卷的形成，降低翼尖阻力，可以等效為更大的翼展，產生更大的升力；或者把降低的阻力等效為推力，最終結果都是一樣的。不過翼梢小翼產生升力的效果不如真正的機翼。換句話說，翼梢小翼的「翼展」等效為真正的機翼翼展是要打折扣的。一般只有在翼展受到物理限制而無法增加的時候，才用翼梢小翼。翼展在設計時就已經夠用的話，那就沒有必要增加翼梢小翼，運-20正是這種情況。
（右）C-17的噴氣襟翼來自YC-15，注意發動機的推力線和襟翼的位置
（左）運-20和C-17都是翼下發動機，但運-20的發動機位置更低
運-20和C-17都是翼下發動機，但運-20的發動機位置相對更低，這是因為兩者採用了不同的增升機制。C-17採用噴氣襟翼，發動機的推力線很高，大面積襟翼放下後，直接處於噴流的衝刷之中，產生強大的額外升力，縮短起飛、著陸距離。這是從70年代美國空軍「先進中型短距起落運輸機」（AMST）項目中麥道YC-15的技術發展而來的。波音YC-14採用的上表面吹氣增升技術更加科幻，但發動機噴流對機翼上表面的長期衝刷容易造成結構疲勞，還是麥道的噴氣襟翼技術更加可靠。AMST下馬了，但噴氣襟翼最後用於C-17了。噴氣襟翼的缺點是比較「吃」推力，在噴氣襟翼將噴流向下偏轉產生額外升力的同時，依然需要有足夠的向後的推力，才能使得飛機達到足夠的加速。
運-20採用的就是類似伊爾-76的常規大面積襟翼，技術上比噴氣襟翼更加保守，因此翼載更低（運-20為710公斤/平方米，C-17為730攻擊/平方米），巡航效率稍低。
但常規襟翼也適應運-20推力不足的現實。運-20還在用來自俄羅斯的索洛維耶夫D30渦扇，性能可靠，但油耗較高。中國仿製的渦扇18已經研發就緒，可以直接與D30互換。中國商發正在為C919研製CJ1000先進渦扇，技術水平與美國通用電氣LEAP相當，但可靠性還沒有建立。四發的運-20對發動機可靠性的寬容度更高，中國空軍對迅速擴大運-20機隊的要求急迫，可以先走一步。CJ1000在批量生產中完善工藝過程和質量管理，在使用中持續改進和提高可靠性，這對空軍和民航是雙贏的。先軍後民也是美國經驗，波音、普拉特-惠特尼、通用電氣還有早年的洛克希德、道格拉斯都是這樣藉助軍需完善技術、驗證可靠性再轉移到民用的。CJ1000更大的推力對運-20十分有用，運-20的性能潛力本來就需要更大推力的發動機來解鎖。為了控制技術風險，也可以逐步解鎖，從降低推力的CJ1000開始，放寬工作條件，對衝初始可靠性可能不足的顧慮，在積累使用經驗後，逐步解鎖發動機的推力潛力。
據說與通用電氣CFM56對標的渦扇20也在研製中，但地位比較尷尬。渦扇18更成熟、可靠，CJ1000推力更大、油耗更低。估計只有在CJ1000的研發遇到嚴重阻礙的時候，渦扇20才會備胎轉正。這將依然是對D30/渦扇18的有用升級。
（右）運-20也是類似的設計，可以看到起落架艙後端上方的離機門。但運-20沒有C-17尾錐下的一對腹鰭
（左）C-17在機側跳傘時，有擾流板對氣流稍作遮擋，便於傘兵躍出；在機翼後的位置也便於下洗氣流將傘兵迅速與飛機分離
作為軍用運輸機，運-20和C-17都有空投傘兵的任務。兩者都可三門四路空投，也就是說，左右側面加尾門左右側，可四路離機。左右側門都在機翼後、主起落架艙後端上方。這個位置便於傘兵離機後，在機翼下洗氣流的作用下與飛機迅速分離。C-17的側門打開時，兼做擋風板，便於傘兵躍出離機。運-20不清楚是否有同樣的設計，做到應該不難。有意思的是尾門設計的不同。
C-17尾門的後段則是單片式
（左）運-20尾門的後段採用類似伊爾-76的三片式結構
顯然，運20裝運高大裝備的條件更好
運-20和C-17的尾門都是是兩段式，前半可放下兼做裝卸斜板，後半打開時增加開度，但兩者的做法不同。C-17的後段是單片式，整體向上升起，結構簡單、乾淨、輕巧，但淨高限制較大。由於C-17貨艙直徑很大，這個限制一般來說並不礙事，但還是限制了長大貨物的裝運。運-20的後段尾門為伊爾-76那樣的三片式，結構複雜，重量較大，高空飛行時的密封要求也更高，但中片升高時，吸頂更加緊密，對淨高的影響小，有利於充分發揮貨艙空間的高度。
（右）C-17就要「裸露」得多
（左）圖中為伊爾-76的尾門打開時，運-20的尾門設計與此相似
另一個不同的地方是，在空中打開尾門進行空投作業時，機尾紊亂氣流會對傘兵或者空投物資造成危險。C-17在尾錐下有一對固定的腹鰭，用於整流，但在不進行空投作業的時候，增加巡航阻力。運-20在尾門打開時，側片的長度和面積更大，整流作用比C-17的腹鰭更好，空投作業更加安全，關門收起後則沒有額外阻力。三片式後段也有利於尾錐後段截面更加接近圓形，降低後體阻力。C-17那樣的單片式後段使得尾錐後段的截面更加接近鴨嘴形，後體阻力較大。
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（01）伊爾-76的艙頂有兩條導軌，這是給天車用的，運-20也採用了這個設計
（02）這似乎是蘇聯運輸機特有的，這是安-70
（03）伊爾-76的地板上也有滾輪，便於物資移動
（04）C-17隻有滾輪，沒有天車
艙內的貨物移動系統也不同。大家都用固定貨物和車輛用的地板掛鈎點，都有地板滾輪（在裝運車輛的時候可翻轉隱藏），但運-20再次借鑑伊爾-76的先進經驗，艙頂還有兩條導軌，便於運作天車。天車不是用來吊運東西的，主要是幫助在艙內牽引沉重物資的，包括裝卸和空投作業。有意思的是，這似乎是蘇聯運輸機特有的，從安-12開始就就有了，現在中國也「拿來」了，但歐美運輸機都沒有，不管是美國的C-130、C-141、C-5、C-17還是歐洲的「協同」、A400M，這對強調效率、人機和自動化的歐美很不可思議。C-17反正也不能用導軌和天車，中間較低的頂板決定了即使用天車，也得分段，使用會很不方便，索性繼續人拉肩扛的老傳統了。
運-20是第一種中國獨立設計和製造的大型運輸機，結合和C-17和伊爾-76的很多特點，在技術水平上超過伊爾-76，與C-17相當。這是巨大的成就。根據公開信息，運-20的最大載重量為66噸，空重100噸，最大起飛重量220噸，機長47米，翼展45米，採用4臺索洛維耶夫D-30KP-2渦扇，單臺推力117.7kN，最大載重時航程4500公裡。相比之下，C-17的最大載重量為77.5噸，空重128噸，最大起飛重量265噸，機長53米，翼展51.7米，採用4臺普拉特-惠特尼F117-PW-100渦扇，單臺推力179.9kN，載重71.2噸時航程4480公裡。
兩者大小不一樣，單看基本數據不容易判斷設計水平，換一個角度就容易些。運-20的翼載為710公斤/平方米，翼展與最大起飛重量之比為0.204，最大起飛重量下的推重比為2.14，空重與最大起飛重量之比為0.45，最大載重量與最大起飛重量之比為0.3。相比之下，C-17的翼載為730公斤/平方米，翼展與最大起飛重量之比為0.195，最大起飛重量下的推重比為2.70，空重與最大起飛重量之比為0.48，最大載重量與最大起飛重量之比為0.29。
對於戰鬥機來說，低翼載意味著更高的機動性，但這對運輸機來說不重要，巡航效率和航程才是最重要的。運-20沒有採用噴氣襟翼之類的高增升技術，只能用更大的機翼面積（也就是更低的翼載）產生足夠的升力，滿足野戰跑道的起飛距離要求。翼展與最大起飛重量之比不是一個常用的指標，但含意差不多，運-20需要用稍大的翼展才能達到同等的最大起飛重量。這兩者都意味著運-20的結構重量和航程方面會稍有損失。
但結構和材料設計可以補償機翼氣動設計的不足，這方面，運-20得益於20年的技術進步，反而技高一籌，空重與最大起飛重量之比低於C-17，最大載重量與最大起飛重量之比則略高於C-17，兩個指標上都意味著運-20的結構和材料水平略高於C-17，可以用較輕的機體承載更重的載荷。
但在動力方面，運-20顯著落後了，最大起飛重量下的推重比只有2.14，大大落後於C-17的2.70，甚至低於伊爾-76的2.48。這嚴重影響了運-20的野戰機場起飛能力。公開的數據裡沒有運-20的滿載起飛距離，估計會顯著落後於C-17和伊爾-76。運-20的最大速度為M0.75，C-17為M0.875，伊爾-76為M0.82，或許可以作為運-20動力不足的間接證據。
動力不足可能在一開始就限制了運-20的設計選擇。噴氣襟翼不僅在技術上更加激進，也需要更大的發動機推力才玩得動。D30的基本設計是為1963年首飛的圖-134設計的，經過不斷改進，涵道比也只有2.24，渦輪前溫度提高到1427K，都遠遠落後於現代技術水平了。
大件物資在艙內移動要靠人拉肩扛
中國商發正在研製的CJ1000則是按照現代最高技術水平設計的，涵道比超過9，推力為125-131kN，長度比D30更短，但直徑更大，好在運-20的翼下空間足夠，換用大直徑渦扇沒有問題。重要的是，CJ1000的油耗大大降低，從D-30KP-2的0.715公斤燃油/公斤推力/小時降低到0.52。
換用CJ1000的話，推力增加6.2-11.3%，最大起飛重量時的推重比提高到2.27-2.38，依然不夠理想，但已經是顯著的進步了。考慮到油耗降低28%，同樣的載重和航程條件下，容許減少起飛時攜帶的燃油以降低起飛重量，縮短起飛距離。但在實用中，很少會有人主動降低燃油量，如果能把推力增加到135kN，可將最大起飛重量下的推重比增加到2.45，這就達到野戰機場起落能力公認強悍的伊爾-76的水平了。增加到C-17的水平則無必要，畢竟沒有使用噴氣襟翼技術。改用噴氣襟翼不僅涉及氣動，還涉及機翼結構，就要推倒重來了。如果需要的話，運-20還可以加裝翼尖小翼，增加等效翼展，改善野戰機場起落能力和航程。當然，小翼不一定能在現有飛機上直接加裝，但運-20還在生產初期，還將生產很長時間，改進型是指日可待的，整合進翼梢小翼並無不可克服的技術困難。
外國航空媒體根據衛星圖片，發現在西安的飛機廠和閻良試飛中心曾同時有20架之多的運-20，運-20的實際產量應該大大超過20架。這不僅是中國空軍的戰略空運主力，還可能成為加油機的改型基礎。西方加油機常用民航客機改型，中國缺乏現成的大型民航客機作為改裝平臺，而且軍用運輸機作為加油機的基礎還有適合野戰機場起落的優點，更加適合高烈度戰爭，儘管航程方面受一點損失。預警機、電子戰飛機也可能採用運-20作為平臺，但現在的趨勢是分布化、網絡化、小型化，運-20反而可能太大了。
運-20到俄羅斯已經不是第一次出國了，以後還會有越來越多的出國。軍用運輸機是非武裝的，政治敏感度低，有利於在各種聯合演習、人道救援等使命中把國旗和軍旗飄揚到世界各地。胖妞還是個上得廳堂、下得地頭的虎妞呢。
風上風雲｜雲端故事
原標題：《運-20 vs. C-17，看似外觀相近，實則貌合神離》
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