2020年11月21日傳來的最新消息，當天運-20搭載四臺最新的「渦扇-20」大涵道比發動機進行了成功首飛。自2013年1月26日首飛以來，運-20終於在第八個年頭迎來了它的最終形態。若是從2006年2月26日國務院批准研發大型飛機算起，更是已經渡過了十四個春秋。據稱搭載渦扇-20的運-20有可能被命名為「運-20B」，這將是中國第一架由內而外連發動機都是全國產的大型飛機，在中國航空史上註定將留下濃墨重彩的一筆。為此，我們有必要全面回顧一下運-20這款激蕩人心的中國戰略運輸機。
圖1：2013年1月26日首飛當天的運-20，第一次將中國帶入了國產大型運輸機時代
一、研製背景
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。中國自主研製的第一款大飛機還要追述到上個世紀70年代研製的「運-10」，但因為經費、技術、市場等原因，運-10最終胎死腹中。然後中國航空業在大型飛機領域便是長達30年的沉寂。在這段時間裡，中國空軍的運輸機隊就只有運-8和少量伊爾-76挑大梁，在民用航空領域更是幾乎全盤進口。
時間直到了2006年，此時的中國改革開放已近30年，經濟上取得了巨大的成就，技術積累也有了相當基礎，軍民兩用的航空市場也蓬勃發展。於是在此年2月26日，時任中國國務院總理溫家寶，在主持召開的國務院常務會議上，原則批准大型飛機研製重大科技專項正式立項，將「發展大飛機」作為國家決策寫進《國家中長期科技發展規劃綱要》和《十一五規劃發展綱要》。國家將在整個大飛機項目上投資500-600億元人民幣，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，並將伴隨相關的產業整合。
在民用大型客機領域，在2008年5月11日，在上海將原中航商用飛機有限公司、上海飛機設計研究所、上海飛機製造有限公司（原運-10生產商）、上海飛機客戶服務有限公司、上海航空工業有限公司整合，成立了「中國商用飛機有限責任公司」。現主要產品為ARJ-21支線客機，並正在研製C-919、C-929等大型幹線客機。
在發動機領域，在2012年4月15日，在北京將原中國航空研究所（606所）、中國航空動力機械研究所（608所）、中國燃氣渦輪研究院（624所）、貴州航空發動機研究所（649所）等研製單位整合，成立了「中航空天發動機研究院有限公司」，然後又和瀋陽黎明航空發動機有限責任公司、貴州黎陽航空發動機公司、成都發動機有限公司、西安航空發動機有限公司等單位再次重組為「中航發動機有限責任公司」，該公司現今是中國唯一的航空發動機生產商，其產品幾乎涵蓋了中國所有正在生產或研製中的航空發動機。
在軍用大型運輸機領域，在2013年1月6日，在西安將原西安飛機公司旗下的西安飛機國際航空製造股份有限公司（簡稱西飛國際，新舟系列客機生產商）、陝西飛機工業有限公司（運-8系列運輸機生產商）、中航飛機起落架有限責任公司、西安航空制動科技有限公司、西安飛機工業有限責任公司整合，成立了「中航飛機股份有限公司」，現主要產品為轟-6、殲轟-7等軍用轟炸機、新舟系列客機、運-7、運-8系列戰術運輸機和運-20戰略運輸機。在該公司正式掛牌20天後，在2013年1月26日，下午14時整，一架編號為20001的「運-20」戰略運輸機在西安閻良試飛基地一飛沖天，這正式標誌著中國航空業在大型運輸機上的重大突破，這也是中國正式服役的第一款國產大型飛機，該機延續了西飛以神話傳說命名戰機的傳統，被命名為「鯤鵬」。
圖2：曾經的天空——運-10
二、氣動設計
不同於一些保密級別較高的作戰裝備，運-20在首飛後不久官方即正式對外公布，並公開了大量的圖片並有基本的技術參數。根據官方數據我們得知，運-20全長47米，翼展45米，高15米，最大起飛重量220噸，設計最大載重66噸。氣動布局上採用翼下懸掛式4發動機、T型垂尾、懸臂梁式上單翼。機身採用寬體設計，多支柱野戰起落架，機組人員由3人組成。從圖片和參數中我們不難發現，運-20其實是一架設計「中庸」的運輸機。並沒有太多讓人眼前一亮的設計，當然也沒有一味為降低風險而只採用「成熟技術」。首先從機體規模上來說，比美軍裝備的C-17「全球霸王」幾乎小了一圈，但又比俄羅斯伊爾-76「耿直」大了一圈，該機在設計上明顯參考了伊爾-76的某些設計，但在機尾等位置又融合了C-17的一些特點。
再來先看機翼，機翼是一架飛機產生升力的主要部件，機翼設計的好壞，直接決定了一架飛機的定位和性能。運-20的機翼設計具有懸臂梁式上單翼、外置中央翼盒、超臨界翼型、滑退式三開縫增升襟翼、沒有採用翼梢小翼等設計特點。
外置中央翼盒，就是機翼的中央翼盒從貨艙頂部而過，置於機體之外，通過整流罩以機體相連，在機背上形成了一個較凸出的鼓包，特徵比較明顯，IL-76正是採用此種設計。與之形成對比的，美國C-17採用的是內置中央翼盒，機翼從機身內部穿過，機體外較平滑。外置中央翼盒的最大好處是機翼不擠佔機內貨艙的寶貴空間，可保證貨艙的最大有效高度。此外整流罩可提供額外的儲存空間，一般會用來放置油箱，再來就是可產生一定的升力；但壞處也是顯而易見的，首先就是外置中央翼盒和整流罩增加了機體額外的重量、複雜度和不小的飛行阻力，第二就是使機體整體重心上移。
是否採用外置中央翼盒，這主要由運輸機的定位決定的。比如C-17，它的貨艙採用了極端設計，是該級別運輸機中能夠設計出來的最大貨艙，其貨艙尺寸為：20.8m×5.5m×4.5m（長寬高，貨艙長度不含貨橋），其5.5米的貨艙寬度僅僅比C-5「銀河」運輸機略窄29公分，但4.5米的最大高度卻比C-5還要高30公分，甚至比世界上最大的運輸機安-225「夢幻」還要高10公分。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，但就算在中央翼盒之下，貨艙仍有3.96米高。內置中央翼盒，只有大型運輸機才能採用這種設計，比如美國的C-5、C-17，俄羅斯的安-22、安-124、安-225，貨艙較矮的運輸機是無法接受貨艙在高度上這麼大幅損失的，比如近幾年才面試的一些新型戰術運輸機，如歐洲的A-400，烏克蘭的安-70、日本的XC-2等等，他們採用的全都是外置中央翼盒。
圖3：美國C-17運輸機的剖面圖，可以清楚看到中央翼盒從貨艙正中間穿過，原本4.5米（14英尺9英寸）高的貨艙，在中央翼盒處驟減為3.96米（13英尺），貨艙較矮的運輸機是無法承受這樣的損失的
圖4：中央翼盒穿過C-17運輸機貨艙正中央，該圖為阿聯空軍的C-17
在翼型設計上，運-20採用了超臨界機翼。超臨界機翼中國研究較早，早在三十年前研製運-10時就成功應用了超臨界機翼，近年又用K-8教練機改裝過新型超臨界機翼驗證機，之後又在ARJ-21上成功應用，現在用在運-20上，自然是水到渠成的事。超臨界機翼最早是由美國NASA蘭利研究中心的著名空氣動力學家理察·惠特科姆博士（Richard Whitcomb）在1967年提出的。
飛機的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的。一般的亞音速民航客機或是軍用運輸機，當飛機速度超過0.8馬赫，進入高亞音速區域時。此時機翼表面的氣流速度已經超過了音速，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，使飛機在繼續加速中，推遲激波產生，或是產生較弱激波。這種設計可以使飛機保持較高經濟航速，還具有內部容積大、結構重量輕、翼展較短等優點。
伊爾-76由於設計年代較早，並沒有採用超臨界機翼，而C-17是採用了的。所以我們就能看到伊爾-76的50.5米翼展竟然比C-17的50.29米翼展還長，就算C-17加上外飄的翼梢小翼也不過才51.74米，但伊爾-76的最大載重卻只有C-17的一半；運-20也是類似情況，它翼展45米，跟A-400的42.4米翼展，安-70的44.5米翼展也相差不大，但最大載重卻比它們高50%以上，體現出極高的設計水平。
在襟翼增升方面，運-20採用了非常複雜的滑退式三開縫襟翼，這種設計一般見於大型民航客機上，滑退式三開縫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，襟翼才會滑退伸展開，並向下偏轉。當這種襟翼伸展開時會大大增加機翼向下的彎度和機翼面積，並改變機翼剖面形狀。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，減小了壓力，並延緩上表面氣流分離，進而使升力係數提高。根據計算，這種滑退式三開縫襟翼，可以使全機升力係數提高1.5倍左右（未扣除配平損失）。不足之處是這種襟翼十分複雜，有多達十餘個活動翼面，滑退、偏轉機構較為繁瑣，作動機構、滑軌、整流罩等也是數量最多的，這在野戰條件或惡劣氣候時勢必降低可靠性。伊爾-76的襟翼也使用了類似設計。
C-17上使用的則是大名鼎鼎的外吹式襟翼，這種襟翼最早應用在麥道公司的YC-15上，當襟翼放下時，會處於發動機向後的排氣區中，經襟翼折轉後，發動機燃氣會向後斜下排向機體後下部，形成類似推力矢量系統，強大的尾噴口氣流還會通過襟翼的雙開縫引向襟翼上部，加速翼面上部的氣流速度，進而大大增加升力。C-17這種外吹式襟翼增升效果當然無與倫比，與運-20的滑退式三開縫襟翼相比，增升效果還要強大，可控性更高，而且系統要簡單的多。但缺點在於這種襟翼處於發動機的高溫燃氣中，必須使用高溫鈦合金製造，對材料技術有較高要求，而且由於是全金屬襟翼，重量也不輕。
圖5：C-17使用的外吹式襟翼原理示意圖
圖6：C-17正在降落，已經放下外吹式襟翼，並打開發動機反推力裝置，機翼上部的4塊擾流板也已經升起，注意發動機短艙兩側的渦流發生器
翼梢小翼方面，運-20並沒有採用，這倒是讓筆者略感失望，但又覺得在情理之中。中國在翼梢小翼上有相對較深厚的技術積累，在上個世紀八十年代初研製「運-7-100」客機時就設計有翼梢小翼，之後在2000年研製「ARJ-21」支線客機和隨後設計的「C-919」客機時也有成功應用。
翼梢小翼的好處首先是降低了翼尖渦流和誘導阻力。由於機翼下部的氣流壓力要遠大於機翼上部，在機翼翼尖會出現高壓氣流從機翼下部往上翻卷的現象，形成翼尖渦流，這會讓機翼翼尖升力大減，形成誘導阻力，從而降低了全機的升阻比。翼梢小翼則可以分導氣流，將翼下的高壓氣流導引至機翼外側並上移至層流之上，進而大大減弱翼尖渦流，降低誘導阻力，這還使機翼上下表面的壓力差變得更大，反而提升了機翼升力。阻力降低，升力提高，這直接的好處就是油耗降低、航程增加、巡航速度提高，還增強了飛機的爬升能力；第二個好處則是增加了飛機的抖顫裕度，抖顫裕度的增加可使飛機在更高的高空飛行，這進一步增加了航程；第三個好處則是翼梢小翼使飛機產生的尾流有明顯減小，在編隊飛行時對後機尾流幹擾也變得更小，這還有利於提高飛機起降和巡航性能；第四則是降低了飛機起降過程中的噪音，這一點對民航客機來說至關重要，甚至比降低油耗，增加航程還具吸引力。
但翼梢小翼也並不是完美無缺的，首先翼梢小翼會增加重量，還對翼根產生不小的氣動彎矩，這需要加強機翼結構的強度、剛度，等於增加了不小的機翼自重，還會加劇機翼疲勞，造成全機的整體壽命下降，對於軍用飛機來說，這一點也許不那麼容易接受；第二翼梢小翼雖然面積不大，但卻處於機翼的末梢，而機翼的位置正好是全機的重心點上，所以像小風帆一樣的翼梢小翼一受到較大的側風影響，就會像槓桿原理一樣，撬動整架飛機都受到巨大影響，而且會讓飛機的水平機動能力變得較差，機動性下降，對於軍用飛機來說同樣很難接受；第三翼梢小翼雖然降低了誘導阻力，卻增加了摩擦阻力和幹擾阻力，這等於減弱了翼梢小翼在降低誘導阻力方面的好處，還增加了飛機控制的複雜性；第四翼梢小翼的製造成本和後期維護成本也是不可小視的一筆較大費用。
所以在通盤考慮利弊以後，軍用運輸機很少採用翼梢小翼，包括像歐洲的A-400，烏克蘭的安-70、日本的XC-2這些新銳運輸機也沒有採用。C-17是主流軍用運輸機中唯一採用翼梢小翼的，C-17最開始其實也沒有設計翼梢小翼。後因為美空軍要求在92m×122m的停機坪裡可以停放3架C-17，於是翼展被迫減少了3米，為了彌補由此造成的升力損失，才加裝了翼梢小翼，C-17的翼梢小翼不僅降低了翼展，還可以降低油耗2%左右，減少阻力3%左右。翼梢小翼最早是在道格拉斯公司的DC-10上成功應用的，它的發明者同樣是美國NASA的理察·惠特科姆博士，所以C-17的翼梢小翼，其實是NASA設計的。理察·惠特科姆博士實在是空氣動力學方面的天才，不僅發明了超臨界機翼、翼梢小翼，還發現了跨音速面積率，為戰後航空業的發展做出了巨大貢獻。
在其它方面，C-17在後機身下方設計有小巧的腹鰭，可以改善機尾的紊流，減少機尾阻力，這個腹鰭可以在巡航狀態下減少機後阻力約3%，而運-20和伊爾-76都沒有這樣的設計；C-17在每個發動機短艙兩側還分別安裝有小翼，這一對兒小翼其實是渦流發生器，可以產生機翼的前緣渦流，能延緩機翼上氣流的分離，提升機翼的升力，可以使最大升力係數提高6%，而阻力不增加，運-20和伊爾-76同樣沒有這樣的設計。總的說起來，在氣動設計上，C-17是最精緻的，考慮了很多細小的細節，應用了大量的尖端技術，這也正是美國全球最強航空工業實力的真實體現。而俄羅斯的伊爾-76是最粗糙的，而且實在太老了，運-20則還在逐步成熟階段，像翼梢小翼或是機尾的腹鰭這些如果確實需要，也是可以後期再加裝的，只能說不等運-20真正以完全之姿量產那一天，還是無法一窺它的全貌。
圖7：運-20機翼上的6塊擾流板已經收起，而滑退式三開縫襟翼已經全部收攏
圖8：運-20上用的滑退式三開縫襟翼
二、貨艙設計
一架運輸機，它真正的價值還是要體現在它的運輸能力上，而運輸機貨艙的設計，正是這裡面重要的一環。假如貨艙不夠寬大，將很難裝載大尺寸的作戰裝備，比如主戰坦克、飛彈發射車、舟橋設備、武裝直升機等等，這對於運輸機的戰場定位也是一個關鍵性的指標。
美國的C-141就有一個另人失望透頂的貨艙，其貨艙尺寸為28.44m×3.11m×2.78m（C-141B型），雖然貨艙有28.44米長，但是卻只有3.11米寬，其寬度甚至還不如C-130，高度更是不足2.8米，基本上不能運載任何機械化裝備，甚至因為貨艙太小，常常貨艙裝滿貨物也達不到最大起飛重量。再加又不具備像C-130一樣的野戰起降能力，所以第一次海灣戰爭後就在美軍全面退役了；俄羅斯伊爾-76也在貨艙寬度上吃盡苦頭，它跟C-141一樣最開始是為了替代像安-12這樣的戰術運輸機設計的，並沒有過多考慮裝載重型機械化設備的能力，其貨艙尺寸為20.5m×3.45m×3.4m（不含貨橋），雖然基本型有40噸的最大載荷，在重量上勉強可帶一輛空車的T-72，但T-72有3.52米寬，已經超過了伊爾-76的3.45米的貨艙地板寬度，要想上飛機，只有把坦克兩側的裙板拆掉，這時候T-72就只有3.38米寬了。根據印度陸軍實際使用經驗，這個時候T-72兩邊的履帶距伊爾-76貨艙壁勉強只有一隻腳的寬度，也就是不到十釐米。
而與之形成對比的是C-17，它有一個令人生畏的貨艙，其尺寸為20.8m×5.5m×4.5m（不含貨橋），尤其是5.5米的貨艙寬度，可以完全並排兩輛8×8的重型卡車，幾乎能運載美國陸軍的所有裝備。例如，可以運載一輛標準作戰狀態的M1A2主戰坦克、兩輛M2A3步兵戰車、同時運載2架AH-64武裝直升機和2架OH-58偵察直升機、能夠並排18個2.7m×2.2m的貨盤（貨艙裡14個，貨橋上4個），甚至能裝載一架CH-47支奴幹直升機。巨大的貨艙和強大的裝載彈性是C-17的一個顯著特點。
圖9：C-141的貨艙十分狹小，幾乎不能運輸任何機械化裝備
圖10：伊爾-76的貨艙也是十分窘迫
圖11：印度常用伊爾-76向克什米爾高原運送T-72，兩側的裙板已經被拆掉了
至於運-20，由於貨艙尺寸並沒有官方發布，我們只能進行一定程度的推理了。首先，對於陸軍來說，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實現快速部署，是否能空運主戰坦克是一個核心指標，如果不具備空運主坦克的能力，那該機對陸軍的意義將至少降低一半。運-20官方公布的最大載重是66噸，顯然正是瞄準裝載主戰坦克這一目標來的。第二，還是要看它的貨艙，運-20並沒有公布它的貨艙尺寸，我們仍然進行推理。首先，運-20使用了俄制D-30KP-2發動機，它的正面進氣口直徑是1455毫米，然後運-20的翼展是45米，這些尺寸我們是已知的。知道了這些尺寸，我們就不難推出運-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須要的，比如A-400的機體寬度是5.64米，安-70是5.6米，日本的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，所以我們就不難得出結論，運-20的貨艙地板寬度也是4米左右，由於使用了傳統的外置中央翼盒，所以貨艙高度也是可以保證的，至少可以在4米以上。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。這樣我們就得到了運-20大概的貨艙尺寸，其尺寸為：20m×4m×4m（不含貨橋）。而根據官方公開報導，運-20的貨艙容積為320立方米，恰好跟筆者推測的貨艙尺寸互相印證。
從運-20的貨艙尺寸來看，它並沒有追求C-17那樣的巨型貨艙，這顯然是為了控制機體規模和研製風險，當然，沒有強勁的發動機也是一個重要原因，但是也沒有像伊爾-76一樣因為採用窄機體設計而過分的犧牲貨艙的裝載彈性。4米的貨艙寬度應該說是完全夠用的，比如「紅旗-9」的泰安卡車底盤，最大寬度才2.8米；「03式火箭炮」、「東風-21」、「長劍-10」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；「東風-31」的漢陽卡車底盤最大寬度也不過3.8米，運-20裝載這些裝備是完全沒有問題的；而C-17超寬貨艙的好處在於運載一般2.4米寬的重型卡車時，可以並排兩輛，比如豪士科（oshkosh）公司的M977重型卡車，然後全機可以運載4輛。如果是運-20，則只能一前一後運載兩輛。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由於在最大載重上不如C-17，所以在貨艙尺寸上採取保守設計，也是情理之中的。
圖12：C-17的巨大貨艙，即使並排兩輛8×8重型卡車也是綽綽有餘。圖上左側是一輛2.2米寬的悍馬軍車，右側是一輛2.4米寬的豪士科（oshkosh）公司M977重型卡車
圖13：C-17貨艙是標準的兩車道，而且高度也大，裝載能量十分強悍
圖14：：並且C-17能執行多樣化的運輸任務，比如人員運輸
圖15：運-20的貨艙，後一排雖然只站立了七名士兵，但從空間上看，完全可以站下第八名，以一個士兵0.5米的寬度計算，貨艙完全達到了4米的寬度
圖16：運-20的貨艙，可以看到貨艙內相當先進，此時為運送傘兵的隔艙雙層狀態
當然，貨艙太寬也不全是好事，以C-17為例，貨艙地板寬度達到了5.49米（18英尺），但美國陸軍M1主戰坦克寬度也不過才3.66米（12英尺），空餘出來的空間完全是浪費。C-17在絕大多數的空運任務中，貨物最大寬度不超過4米。過寬的貨艙不但增加了額外的體積和重量、增加了飛行阻力、增加了油耗、還增加了生產商的成本。於是在2010年範保羅航展上，波音公司推出了改進型C-17FE，把貨艙寬度大砍1.52米（5英尺），將貨艙地板寬度修改為3.96米（13英尺），以提高航程和市場競爭力。據估算縮減貨艙寬度的C-17FE，仍能完成99%的JFTL任務（Joint Future Theater Lift program）和80%的空運任務。
圖17：波音推出的縮窄貨艙版C-17FE，機身和機翼重新設計，並更換發動機
四、野戰機降能力
戰術運輸機的一個重要特點，就是其野戰起降能力，民用運輸機只需要在機場起降是不需要這個能力的。但戰術運輸機不一樣，隨著戰線的不斷交錯，或者為了一些戰術目的，戰術運輸機需要在儘可能廣泛的地形上降落，比如未經鋪設的跑道、低等級跑道、較平整的農田、戈壁、草原、冰面，甚至是海邊符合條件的沙灘。伊爾-76和C-17開創了集戰略運輸和戰術起降於一身的先河，既能像戰略運輸機那樣大噸位、長距離運輸，又能像戰術運輸機那樣擁有野戰機降能力，運-20當然也擁有這樣的能力。
野戰起降能力的高低，關鍵取決於幾個因素，一個看是否配備有強勁的起落架，以適應更廣泛的野外地形和野戰起降時的粗暴降落；二個看是否有設計合理的短距起降能力，因為毫無疑問，無論是起飛還是降落，在未經整備的跑道上滑跑越長，安全風險就越大，而且在野外也未必會有那麼長的跑道；三是要有強化的機體結構。運輸機為了縮短貨橋和方便裝載貨物的需要，需要貨艙地板儘可能的接近地面，所以運輸機起落架都比較粗短，而為了節約寶貴的貨艙空間，主起落架艙都是設計在機外突出的整流罩內；為了強化野戰起降能力，運輸機的起落架都會採用多支柱、多輪式設計，並使用中、低壓輪胎，以降低對地面的壓強；而為了提高起落架的「越野」性能，又會使用大機輪、多車道設計，讓主起落架在運輸機正面儘可能多的接觸跑道，產生儘可能多的車輪轍印，以提高起落架的抓地性能和適應跑道的多變性。
圖18：運-20機身兩側各有三個雙輪式主起落架，收放方式簡單，可靠性非常高
圖19：運-20上安裝的D-30發動機和它的反推力裝置，此時反推力裝置已經展開
從運-20的照片我們可以看到，它的前起落架採用並列雙輪設計，機身兩側各有3個雙輪式主起落架。主起落架一共12個機輪，加前起落架一共14個機輪，在降落時只有前起落架的2個機輪和主起落架最前面的4個機輪，一共6機輪與跑道做首次接觸，產生6道車轍印。這6個機輪由於是飛機最前面首次與跑道接觸的6個機輪，產生較大的阻力，抓地能力較強，而後面跟著的8個機輪由於是走在前面這6個機輪碾壓過的車轍印裡，阻力較小，抓地能力就大減了。在短距起降方面，因為使用的俄制D-30發動機帶有反推力裝置，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。機翼上的滑退式三開縫襟翼設計，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。
總的來看，運-20並沒有特別強化野戰起降能力，其起落架設計，比較類似於A-400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。考慮到運-20巨大的降落重量，這樣的起落降架設計做野戰起降可能稍有不足。但好處就是主起落架艙體積較小、重量輕、空中阻力小、起落架結構簡單、可靠性高。最後綜合發動機反推力裝置和機翼上的三開縫襟翼增升效果來看，運-20的野戰起降能力只能說一般。這有可能是考慮運-20絕大多數情況只會在中國國內使用，而且還會做為加油機、預警機等二線機種的空中平臺，並不會有太多野戰起降的機會。
C-17前起落架也是並列雙輪設計，機身兩側是各兩個3輪式主起落架。主起落架一共12個機輪，加前起落架一共14個。在機輪數量上跟運-20相當，但不一樣的是C-17的主起落架是並列3輪設計，和前起落架相加，有8個機輪與跑道首次接觸，產生8道車轍印。其F117-PW-100發動機的反推力裝置也是一絕，在飛機降落滑跑時，可以把發動機燃氣導向飛機正前方斜上45度，這種能力還可以推動C-17在24.7米內做180度的三點轉彎，甚至讓飛機在2度的斜坡上倒車。其機翼的外吹式襟翼也是鼎鼎大名，可產生較強的動力增升效果，大大降低飛機的起降速度。
圖20：為了強化野戰起降能力，C-17的主起落架為並列3輪設計，又為了減小起落架艙體積，主起落架使用了相對複雜的向上提起，90度旋轉收起方式
總的來看，C-17還是比較重視野戰起降能力的，8個機輪與跑道做首次接觸，超過了全部機輪的一半，算是較優秀的設計。但付出的代價是主機落架的並列3輪設計明顯比運-20的並列雙輪更加寬大，為了不增加起落架艙的體積，C-17主起落架使用了較為複雜的收放方式。當每側兩個主起落架在空中需要收起時，會先相對旋轉90度，然後再向上提起收進起落架艙，這種收放方式，無疑大大增加系統複雜度，降低了可靠性。綜合所有這些設計，C-17可在滿載78.11噸貨物降落時，只滑跑914米就完全停住。號稱野戰起降時，對跑道的要求不超過C-130，可說是十分優秀。
圖21：正在戈壁地形上進行野戰起降的C-17
前蘇聯因為有廣袤的西伯利亞，這裡地廣人稀，交通不便，很多地方至今都不通公路，所以前蘇聯的運輸機特別注重野戰起降能力，伊爾-76就是典型代表。起落架上伊爾-76採用了十分極端的設計。前起落架採用了並列4輪，機身兩側則各有兩個4輪式主起落架。主起落架一共16個機輪，加前起落架一共20個機輪，在降落時飛機正面共有12個機輪與跑道做首次接觸，可以產生12道車轍印，阻力巨大，抓地性能十分強勁。再加上D-30發動機的反推力裝置，伊爾-76在這個級別的運輸機中，野戰起降能力堪稱世界之最。
總的來看，伊爾-76特別強化了野戰起降能力，甚至專門在機頭設置了透明玻璃組成的領航艙，設置了領航員用來觀察跑道情況，還安裝有氣象雷達、地形測繪雷達等設備。其與跑道做首次接觸的12個機輪，佔全部機輪的60%，算是無出其右的設計了。但付出的代價也是巨大的，因為4個巨大的主起落架，為了能在惡劣氣候中維持可靠性，並沒有採取像C-17一樣的特殊設計，而是採用了傳統向內翻轉收進整流罩的方式，這造成伊爾-76的起落架艙外有四個巨大的整流罩，不但機構複雜、重量大、飛行阻力大，還抬高了貨艙地板離地高度，其貨艙地板甚至比C-17還要高將近半米，C-17的貨橋放下後，與水平線夾角只有9度，伊爾-76達到了驚人的15度。貨艙地板抬高，又變相的影響到了貨橋的設計，因為貨橋是要在空中收入機尾的，貨橋又使機尾重量增加，體積變大，總之，這巨大的起落架使伊爾-76付出了巨大的代價，機頭向下凸出的領航員艙和雷達艙也額外增加了重量和阻力。但綜合來看，伊爾-76的野戰起降能力毫無疑問是最強的，其後期型號能在滿載48噸貨物時，在900米以內就能完全停下。而最新型號伊爾-476，得益於更換大推力發動機，起飛和降落的滑跑距離還會縮短。
圖22：正在雪原上進行野戰起降的伊爾-76，反推力裝置已經開啟，激起了發動機艙前面的大片積雪
圖23：伊爾-76其強大起落架可產生多達12道車轍印，這一數字比C-17高50%，是運-20的兩倍
圖24：但付出的代價也是巨大的，伊爾-76腹部起落架艙外四個巨大的整流罩，不但增加重量、阻力，還抬高了貨艙地板距地面高度
五、抗戰毀能力
軍用運輸機的一個特點就是要考慮戰場環境的存活性，尤其是在野戰機場起降或是敵後空投時，及易遭受敵方火力打擊。所以抗戰毀能力也是軍用運輸機的一個重要指標。以C-17為例，它在全機任何部位，都可以承受12.7mm穿甲彈以600m/s的速度打擊，在座艙和關鍵部位還有重達半噸以上的碳化硼裝甲。全機的機載設備大多也是按多餘度思維設計，C-17採用四餘度數字電傳作業系統，使用四臺操作控制電腦（FCC），只需要有兩個或兩個以上的操作電腦正常工作，飛機就能正常控制。而在三個及以上操作控制電腦出現故障，電傳系統完全失效時，飛機也能自動切換成液壓機械備份系統，而全機配備了四套液壓系統，只需要其中任何一套正常工作就能控制全機；全機還配置了三臺任務電腦，也只需要一臺能正常工作，就能擁有全部的任務能力。油箱也採用隔艙設計並安裝有惰性氣體發生器，保證油箱被擊中後不會爆燃，每個油箱有兩臺抽油泵，全機一共12臺，只需要有一臺能正常工作，就能保證飛機持續飛行。C-17此外還配備有飛彈接近告警系統（MAWS）、紅外幹擾儀、幹擾箔條和幹擾彈等設備。
伊爾-76的抗戰毀能力同樣強勁，在關鍵部位採用了裝甲防護。其它方面也多採用了多餘度設計，例如配備了四臺發電功率為60千伏安的三相交流電發電機，只要有一臺能正常工作，就能保證飛機安全飛行。在發動機艙、機翼前緣等處還設有防火設施，可自動偵測火情並自動滅火。此外還安裝有雷達告警系統，可提供360度範圍內的雷達告警，起落架保形罩內還可安裝96枚紅外線幹擾彈，導航員正前方的玻璃窗之間的保形罩裡安裝有電子對抗設備，機尾有金屬箔片和紅外線幹擾彈發射裝置。油箱同樣安裝有惰性氣體發生器，可產生惰性氣體為油箱增壓，避免油箱被擊中爆炸。並且機上還設有輔助動力裝置，可在緊急情況下使用。伊爾-76的某些型號甚至還裝有雙23mm炮塔，可在必要時用於自衛。但作業系統方面伊爾-76仍是傳統的液壓助力作業系統搭配輔助作業系統和輔助操作裝置三部分組成，全憑人力操作，這點卻是遠不如C-17的電傳作業系統了，嚴重影響了可靠性。
運-20的抗戰毀能力官方沒有權威公布，現在可以確定的是也使用了四餘度數字電傳作業系統，這有助於提高可靠性，然後使用液壓機械備份也是情理之種的事；第二在駕駛室、大梁等關鍵部位使用裝甲加強也是可以預計到的。油箱惰性氣體加壓、紅外幹擾彈、金屬箔片、飛彈告警系統、電子對抗這些也是肯定有的。其它再多的就不好猜測了，倒不是說有多高的技術難度，而是取捨的問題，這要看運-20自身定位，要不要特別強化抗戰毀能力，還是說只保持在一般的水平。或者說留下升級的空間，以後根據任務情況再升級或改裝，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。
六、發動機
近些年中國軍隊裝備發展很快，新裝備不斷推陳出新，發動機這個老大難問題雖然已經在很大程度上得到極大的舒緩，但仍沒完全達到稱心如意的地步，運-20顯然也不能「免俗」。
首飛和第一批量產型運-20使用的是四臺俄制D-30KP-2發動機，該發動機由俄羅斯「土星」科學生產聯合體有限公司生產，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和轟-6系列轟炸機的發動機，在中國有較多做為儲備的存貨，國產型號就是WS-18。該發動機四機合力可產生50噸推力，在運-20以220噸最大起飛重量起飛時，可以獲得0.22的推重比。而俄羅斯最新的伊爾-476使用四臺PS-90A-76發動機，單機推力14.5噸（142千牛），四機合力58噸，在伊爾-476以210噸最大起飛重量起飛時，可以獲得0.27的推重比。而且該發動機相比D-30KP-2在推力提高的基礎上，還能省油13%-17%。C-17裝備了四臺普惠公司的F117-PW-100，推力高達18.5噸（181千牛，在C-17上該發動機推力被限制在這個數值上，而該發動機的民用型號PW2040推力可到185.5千牛），四機合力可產生74噸的推力，C-17以265噸的最大起飛重量起飛時，能獲得0.28的推重比。
圖25：之前出現在網絡上的，掛於一架伊爾-76空中實驗臺上的WS-20大涵道比發動機
可以看出，運-20目前使用的D-30KP-2發動機性能明顯弱於伊爾-476和C-17，而且D-30KP-2過於老舊，它是前蘇聯第一款大涵道比渦扇發動機，從航空史的角度來說，都找不出比它更老的了。其缺點十分明顯，油耗高、機械複雜、可靠性低、壽命短。老舊的設計也限制了它的改進，無法使用數字式控制，也無法和飛控系統融合。國產WS-18也只是解決了有無的問題，使用四臺D-30KP-2發動機的運-20最大載重只有55噸，與66噸的設計指標有明顯差距。
運-20的目標發動機當然不是D-30KP-2。就在當年運-20首飛後不久，中國空軍指揮學院戰略研究室教授、國家安全政策委員會副秘書長、空軍少將喬良便向媒體透露，中國正在為運-20研製國產發動機，而且已經接近尾聲，這就是WS-20。在2020年末，WS-20的照片和消息不斷被官方媒體披露出來，根據現有的公開資料顯示，WS-20是一款設計先進的大涵道比發動機，使用全新的數字航空發動機控制系統，使用大量的新材料、新工藝，使用壽命、可靠性等指標都有大幅提高，WS-20最大推力達到了16噸（156千牛），四機合力推力達到64噸，運-20以220噸最大起飛重量起飛時，可以獲得0.29的驚人推重比，已經超過了C-17，可以說是相當優秀了。並且在增加推力的前題下，油耗比D-30KP-2還能降低15%，壽命延長30%。根據最新的消息，運-20已經搭載四臺WS-20發動機於2020年11月21日進行了成功首飛，這無疑表示著WS-20朝著最終服役邁出了堅實的一步。
現在國內正在研發的大涵道比發動機，除了為運-20配套的WS-20以外，還有為C-919大型客機配套的CJ-1000A（長江-1000A），CJ-1000A的驗證機已經於2017年12月25日在上海組裝完成，2018年5月點火成功。此外還有為C-929研製的CJ-2000A（長江-2000A，也被稱呼為AEF-3500），2020年3月，,CJ-2000A核心機點火成功，2020年8月，驗證機開始整機組裝，CJ-2000A最大推力可達35.7噸（350千牛）。目前國內在大涵道比發動機領域正呈現多頭並進，百花齊放的格局，此次WS-20的裝機首飛，也標誌著我國成為繼美、英、法、俄之後第五個能自行研製並裝備大涵道比發動機的國家。
圖26：中航工業於不久前官方公開的WS-20實機照片
圖27：CJ-1000AX發動機的驗證機，最後的X是驗證機的意思，該發動機為C-919的配套發動機
圖28：CJ-2000A發動機模型，該發動機也被稱為AEF-3500，為C-929的配套發動機
圖29：官方公布的掛載四臺WS-20大涵道比發動機的運-20模型，此為最終形態
圖30：1、表格中的「貨艙尺寸」都是不含貨橋尺寸
2、伊爾-476雖是最新改進型機種，但貨艙只是加長，並未加寬和加高
3、運-20貨艙尺寸、使用空重為推估，換裝WS-20國產發動機後數據，根據媒體報導
七、運-20的地位
美國的空軍運輸體系，在戰術運輸機方面是C-130， 戰術和戰略運輸有C-17，跨洲際戰略運輸還有最大的有C-5；前蘇聯在戰術運輸方面有安-12，中程有伊爾-76，戰略運輸有安-124。不過像C-5和安-124這樣的超級運輸機，都是美蘇出於全球戰略而研製的跨洲際飛行運輸機，除了美蘇這樣需要全球爭霸的超級大國外，其它國家一般是用不著的。中國在一個較長時間段內也看不出有這樣的需求，運-20服役後搭配現有的運-8，就已經完全滿足中國在國內的所有空運任務了。
運-20首飛不久，不少網友和軍事觀察家紛紛表示運-20可以改裝成空中預警機、電子戰飛機、加油機等空中平臺。這種觀點當然也不能說錯了，但果真這麼做的話，或多或少卻總透著一種無奈。
就像冷戰後流行在武器裝備中大量使用「商規部件」一樣。美歐在空中加油機、預警機、反潛巡邏機、電子戰飛機、空中實驗機這些對飛行平臺要求不高的二線機種中廣泛使用民航客機。民航客機有生產量大、裝備量大、零部件儲備量大、生產和使用成本低廉、相關領域人才廣泛等優勢。且由於是民航客機，這些飛行平臺在全球任何一座民用機場都能很方便的得到維修和後勤服務。相比之下，使用軍用運輸機作為空中平臺，可就痛苦多了。以運-20為例，它是作為一款大型軍用運輸機而設計的，如果將其改裝成空中加油機、預警機等空中平臺，那為軍事運輸設計的巨大貨艙、推力巨大的發動機、抗戰毀能力、野戰起降能力等，這些無形中都是一種巨大的浪費，而且在空中還將形成呆重，影響平臺性能，且在採購和維護成本上還將十分高昂。想像一下，如果把運-20改裝成預警機，那麼這架預警機裡的雷達操作人員，抬頭看著頭頂上足有四米高的天花板，將是一種多麼的無奈呀。
沒有合適的機種做為空中平臺，這一點一直困擾中國空軍，相比之下俄羅斯可使用的選項還要多不少，俄空軍曾廣泛使用圖系列客機改裝空中平臺，中國在當前的選項則基本沒有。以至於不得不使用「運-8」這樣的戰術運輸機來改裝「高新」系列實驗機和「空警-500」預警機，用「轟-6」這樣的轟炸機來改裝空中加油機。即使運-20服役後，這樣「不匹配」的狀況短期內也難有根本改觀，只有等中國在C-919和C-929等民航客機成熟後，才會逐步得以改善。
八、結語
美國空軍第一架C-17（尾號：87－0025）在服役21年以後，已經於2012年4月23日在俄亥俄州代頓市萊特兄弟的故鄉退役了，而這又過了9個月，運-20的第一架原型機才實現首飛。這不得不讓人感嘆中美在航空領域的巨大差距，但從另一個角度看，運-20也正是中國人在後急起直追的重要一步。運-20的成功首飛，和一步步的升級改進，對中國空軍、中國航空業甚至是中國航空史都具有裡程碑的意義。
C-17不愧為一代傑作，伊爾-476也是老而彌堅，運-20作為一款後起之秀，還需要不斷的改進和完善。從目前來看裝備WS-20的運-20在實驗完成後，在幾年內將逐步裝備部隊，以實現當初設計時的全部能力，到那時中國空軍將迎來一片嶄新的天空。
(原標題：鯤鵬扶搖九萬裡，怒飛翼若垂天雲——深度解析中國「運-20」戰略運輸機)
(責任編輯：史棟友_NBJS13124)