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Military版 - 话说运-20（下）

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话说运-20（下）
晨枫老苑 2022-04-17 20:00
以下文章来源于温哥华的鱼，作者温哥华的鱼
研发制造体系
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前面三篇简单介绍了运-20的外观和内部，众多先进的设计和技术打造出世界一流的大
型军用运输机。在此背后，整个运-20的研发制造体系还有很多令人自豪的亮点是公众
不太注意的，下面列举一二。
运-20是国内第一个设计、制造全面三维数字化的飞机型号，在总设计师唐长红院士和
总制造师何胜强（两位总师均为西工大毕业）的主导下顶住各方压力，从成飞和沈飞开
始，历时3年半在遍布全国的近千家参研单位全面推行全数字化体系流程，上到总师下
到质检员全部都得遵循统一的三维设计生产规范，通过设计手段的创新大大缩短了研制
周期，也提高了整个航空工业的技术水平。
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具体来说运-20是国内第一、世界第三种采用MBD技术（Model-based definition - 基
于模型定义）设计制造的飞机，仅次于A380（2000年）和波音787（2005年）。MBD不仅
仅是一个带有三维标注的数据模型，它系统化地将制造信息和设计信息共同定义到三维
数字化模型中，使其成为生产制造过程的唯一依据，实现了CAD（设计）和CAM（加工、
装配、测量、检验）的高度集成，令工程人员彻底摆脱对二维图样的依赖，提高了效率
，减少了误差。
应用MBD技术后，设计工作量减少40%，生产准备时间缩短75%，制造周期缩短30%。例如
过去安装一副机翼需要花费1到2个月时间，如今缩短到仅仅几个小时。
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运-20也是国内第一、世界第二种采用ADT技术（Associative Design Technology - 联
想设计技术）设计的飞机，仅次于波音787。ADT在国内也称为“在线关联设计技术”，
它使飞机设计的各个环节始终处于同一平台，一个设计数据发生更改，与之关联的节点
、管线、控制面数据自动同步更新。这项技术涵盖总体、气动、结构和机载系统，叠代
设计效率提高了40%，令整机研发时间至少缩短了8个月。过去修改一处机翼设计，加上
下游各关联部位的改动要一个星期，如今只要半天；完成全机强度校核则从几个月时间
缩短到几天。
我们都知道运-20采用了先进的衍射平显，但很少有人知道设计驾驶舱时还运用了先进
的头盔显示器虚拟现实技术，试飞员参与设计全过程，提高人机工效，加快了设计进度。
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运-20采用了浙江大学自主研发的数字化装配技术，从组件到大部件直到主翼和机身的
大十字对接，实现数字化自动装配。过去采用修配式装配，运-7级中型机的大十字对接
要耗时一整天，运-20原型机只用了40分钟一次成功。
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运-20还是世界上的货运飞机中第一个采用3D激光增材制造技术的型号，安装了目前国
内尺寸最大的3D打印部件。在首飞前的第二次起落架强度试验中发现，因设计经验不足
、应力曲线数据有误，主起落架支持接头出现裂纹。北航王华明院士率领的团队在7天
内完成6种规格10件机身／主起落架接头大型主承力构件的快速制造，确保了如期首飞。
除了运-20本身，研制过程中更大的收获是锻炼出一支过硬的设计队伍。中航一飞院、
西飞和整个中国航空工业独立走完了首次研发制造200吨级军用大飞机的全过程，放眼
整个世界航空界，只有美、俄两个老牌航空强国具备这样的实力。
从纪录片中可以看到运-20的设计团队相当年轻，被树立为标兵的飞控系统设计师黑文
静当时只有27岁，没有任何先例可以参照，她担纲设计的电传系统主控制律实现了多项
技术创新，在空投数十吨重的单件货物、重心剧烈变化时保证了飞机的稳定性、操作性
和安全性。
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机载快速以太网、平显和视景增强系统、机电液压系统、一体化座舱设计、高模量碳纤
维复合材料等诸多系统都经过了艰苦的攻关，完全实现自主设计。对运-20的设计和性
能，军迷们可能或多或少还有一些遗憾，但假以时日当我们研制运-20改进型、运-30、
运-40时，这支年轻而成熟的团队前途不可限量。
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运-20的型号改进和拓展
运-20的改进将分为两个方面，一是运-20本身的改进，二是今后的型号拓展。
本身的改进，主要就是用涡扇-20替换目前的D30-KP2/涡扇18，这是立项伊始就确定的6
大技术目标之一，是作为一个整体进行规划设计的，而不是等到新型发动机研制成功后
再临时抱佛脚打个补丁。
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媒体和卫星照片多次拍到试飞院的伊尔-76高空试验台和运-20本身搭载一台或四台涡扇
-20的画面。
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从中航一飞院最近公众号的文章可以看出涡扇-20已经上机装配完备，等待首飞。现役
运-20飞行大队长也在媒体上公开说“今年运-20将给大家带来耳目一新的感觉”。
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新鲲鹏正展翅待飞！
很多网友都留言探讨换装涡扇-20后对飞行性能的影响，有的认为最大起飞重量和最大
载重量不会增加，因为必须增强机体结构，改善的只是航程和起降性能。
我不是航空专业人士，对推力和起飞重量的相互关系和具体机制并不是太清楚。基于我
之前的观点，运-20本身就是按涡扇-20的规格和推力来设计的，换装时不需要再增强结
构。粗略地看，在机体结构（升阻比）不变、起飞条件（如军方规定的野战跑道长度）
不变的情况下，更大推力的发动机可以提高飞机的最大起飞重量，或者在最大起飞重量
不变的情况下改善起降性能。
大型运输机更换发动机的有不少，不过拿伊尔-76MD-90A来做例子还不算直观，因为它
不但换装了PS-90A-76发动机，还采用了全新的机翼设计（升阻比有变化），最大起飞
重量比伊尔-76MD增加了20吨，最大载重量增加了5吨。
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和运-20的情况更接近的是KC-135加油机，已经62岁高龄的它最初采用J57涡喷，中间有
135架换装第一代TF33涡扇，目前现役的354架全部使用CFM56涡扇（也用于A320CEO/
A340/波音737NG），推力翻番。在只换发不改动机翼机身结构的情况下，最大起飞重量
从134.7吨提高到146.2吨，作战半径增加60%。
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> 1977年，一架KC-135A正驶上英国米尔登霍尔皇家空军基地的起飞线，其J57涡喷的推
力不足，需要喷水加力才能重载起飞
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> 2003年8月19日，隶属于俄亥俄州空中国民警卫队第121空中加油联队的KC-135R在土
耳其英切尔利克空军基地着陆，准备支持伊拉克的作战行动
据说涡扇-20的单台推力达到16吨，比涡扇-18提高了4吨，64吨的总推力足以支持最大
起飞重量220吨、最大载重量66吨的最终设计指标。同时油耗将降低20%，航程增加10%
，显著提高了运-20的各项性能。
换发还有一个巨大的好处，就是运-20将能够采用先进的推力管理系统。和飞控系统相
结合 - 也就是常说的“飞火推一体化”中的“飞”和“推”，可以根据不同的飞行状
态自动调节发动机推力，改善复杂气流条件下的飞行品质，令飞行员无忧操作，专注于
低空空投、野战机场起降等作业。这是因为涡扇-20配备了全权限数字式发动机控制系
统（FADEC），而设计过时的D30-KP2/涡扇18都不具备这样的能力。
运-20型号的拓展，目前公开的只有运-20F-100民用货运型，机体加长了7米，采用大涵
道比发动机（但不一定就是涡扇-20，民用型可以有更多商业化的选择），最大载重量
65吨。
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从模型上看机头似乎更尖锐一些，雷达罩下倾的程度小，因为民用机在正规机场起降，
对前下方的视界要求没有军用机这么高。相对运-20原型机，货运型显得更加修长，飞
行阻力更小，以提高商业营运的经济性。
从原理上说运-20军用型今后也可以采用类似的改进，像波音-737系列那样 - 参见737
的前世今生（中），采用相同的发动机和机翼，保持机身截面积不变，在机翼前后插入
加长段拉长机身，提供更长的货舱长度。但军用型是否需要拉长和军方的作战需求、装
备体系的发展密切相关，目前并不是非常迫切的任务。
中国空军更急需的是预警机、空中加油机通用的大型运载平台，甚至比运-20本身更急
。大家都说用客机平台改装更合适，滞空时间更长，航程更远，运营效率更高。但国产
大型客机目前尚在研发当中，而且广泛采用国际招标合作，无论是C-919还是更遥远的C
-929，要转为军用还需进行国产化二次开发，并不是商飞一家就能很快改造得出来的。
因此运-20就是目前唯一可用的大飞机平台了。
2017年初在咸阳现身的一架黄皮静力试验机向我们展现了运-20的另一种构型。
图片这架“堵街”的静力机（网友反映是从西飞厂房前往强度所）有下沿弧度更大但长
度较短的发动机支架①，尺寸缩小到1/3的主起落架整流罩②，后部侧门③远离整流罩
，后机身显得很粗壮④（有一定视角关系），并一直延申到更加圆钝的尾椎⑤。
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这些变化都预示着这架运-20的机体结构有所不同：①短而拱的发动机挂架用于适配大
直径的涡扇-20发动机；②大大缩小的主起落架整流罩将显著减少飞行阻力，同时也说
明12个主轮将被收入机身内部，货舱地板的高度将被提高；⑤粗壮的尾锥可以安装更多
电子设备，如后视雷达或者空中加油的对接监视设备 - 新一代的加油机如A400M、A330
MRTT和KC-46都已经不再采用带观察窗的尾部加油操作员坐席，而完全依靠光电系统在
机舱内部操作；前登机舱门的位置和大小也可能有变化。
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> 2017年西班牙空军完成了A400M的首次空中加油试验，该机可以在2小时内在货运与空
中加油模式之间进行快速转换
用于预警机和加油机等特种用途时，运-20的改型无需野战起降能力，起落架结构可以
减轻很多；货舱不用运载大尺寸、大重量的货物，地板结构无需特别加强，高度可以抬
高，加大宽度以改善机舱空间利用效率，横向布置更多工作站，地板下方可以安装大型
油箱。
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> 从上图可以看出运-20的机身横截面并非正圆，深灰部分是一个正圆，绿色为超出正
圆的部分。内部结构根据照片和尺寸推定，仅供参考，未考虑主起落架放下的位置，轮
距可以适当缩小。
唯一有些疑惑的是机尾下半部被蓝布包覆的部分，依稀分辨得出还是留有尾门的空间，
否则就不会出现一个凹坑。按理说预警机或者加油机完全不需要尾门，否则会增加结构
重量和复杂性、难以气密，那这架静力试验机为什么在机尾还留有开口而没有用框架封
闭起来呢？
我的猜测是机尾继承了货运型的开口结构以减少重新设计的工作量，但这里可以是模块
化的，既可用不承重的蒙皮简单封闭起来，也可以为将来采用硬杆加油系统留下安装位
置（仅仅是猜测，加油杆根部结构肯定是要加强的）。
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媒体已经曝光运油-20在2018年底首飞成功，从卫星图片上看还是使用D30-KP2/涡扇18
发动机，尾椎被平尾遮挡，看不清是否加粗，不过从起落架整流罩和后侧门的位置看还
是基本的运输型构型，只是在外翼段挂载加油吊舱，采用软管加油形式。
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这个也只能算是运油-20的过渡型号，等特种平台研制完备还是会升级的。有了上面提
到的“飞推一体化”主动控制技术，完整状态的运油-20将具备阵风抑制能力，飞行姿
态更稳定，有利于加油机与受油机的对接，提高空中加油效率。
很多网友对运-20目前没有安装机载自卫系统感到不解，甚至有点耿耿于怀。这可能和
发动机推力小、电力供应不足有关，也可能是为了赶早日装备的节点系统集成还未完成
，等后续改进时再整合进去。不必过于纠结，这在很多大型飞机的研发过程中都相当常
见。最近的例子就是A400M，原型机在2009年底首飞，直到2016年6月法国空军装备的第
9架在批次升级后才第一次具备空投补给等战术作战能力，同时在驾驶舱增加了装甲防
护，安装了自卫防御系统，并首次同时具备空中加油和受油的能力。
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> 法国空军共订购了50架A400M，截至今年4月30日交付了15架，上图就是第9架 -
MSN33号。
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运-20对中国空军的意义
运-20对于中国空军来说真的是雪中送炭。在此之前堪用的大型军用运输机只有约22架
伊尔-76，其中一半还是翻新的二手货，油耗大，货舱狭小，载重量也不足，无法运输
主战坦克等重型装备。
据说运-20的满载航程为4400公里（姑且按目前的60吨算），20吨时为6500公里，人员
运输时可达到7800公里。按照这个指标，我们来看一下它可以为中国空军提供怎么样的
空运能力：
石家庄到西藏阿里，直线距离3200公里。一个团12架运-20各飞2个架次，一天内就可以
投送一个重装合成营下辖2个坦克连的24辆99A（军改后为14车制）。而在过去99A这样
的重装备只能通过铁路加平板运输车公路机动，要通过新藏公路部署几乎是不可能的，
即使咬咬牙硬走至少也要7-10天。
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运-20可以从华北或华中将战略预备部队的几乎所有现役重型战术装备运往国土任意地
区。
北京到巴基斯坦瓜达尔港，直线距离5250公里。3架运-20即可将一个红旗-16B地空导弹
营的6辆发射车一次性投送完毕，其余雷达车、装填车等设备需再加2到3个架次。没有
运-20之前，伊尔-76的货舱无法装下导弹发射车，只能通过海运，11000公里海路以071
登陆舰20节的航速也需要走13天。
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载重20吨时从新疆喀什出发，运-20的航程可以覆盖除西班牙、葡萄牙外的整个欧洲。
三亚到吉布提，直线距离7200公里。（不考虑印度不开放领空的情况下）一架运-20可
以一次性运送一个150人左右的海军陆战队连。而伊尔-76的最大航程只有6700公里，必
须中途落地加油，在沿线没有海外基地的情况下会带来很多外交、后勤方面的麻烦。
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人员运输时从中国本土出发，运-20的航程可以覆盖欧洲全境、3/4个非洲或者2/3个加
拿大。
当中国空军拥有100架甚至200架运-20时，将真正具备战略级的空运能力。这个战略不
光是指飞行距离和载重量，而是对整个局势产生战略性的影响。就好比是空中的高铁，
大大压缩国防版图的时空，兵力部署不再受地域的限制，各种作战要素的快速连结与聚
合将释放出巨大的战斗力。
在全球裁军的大势下，现代战争的作战规模已经日趋缩小，短时间内向关键方向成建制
投送一个空降旅甚至是一个重型旅，运去远程火箭炮、战术地地导弹、远程防空导弹、
预警雷达等关键装备，就可以迅速改变力量对比，左右战局。
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以运-20特种平台为基础的预警机、加油机、电子侦察机，甚至是激光武器载机、空射
反卫星导弹载机等过去我们无法想象的特种飞机，更将成为军事力量倍增器，发挥出体
系作战的最大威力。
除此之外，对于基础建设、防灾救灾、海外人道主义援助、撤侨等非军事任务，运-20
可以运载过去无法空运的设备，抵达过去飞不到的地区，产生巨大的社会效益。
以上说的都是积极意义，同时也必须看到运-20将给空军带来很大的压力。那就是如何
培训机组、如何组织大规模的空中运输行动，这两方面目前还几乎是空白。
运-20太过先进，和过去的伊尔-76、运-8、运-9相比跨度太大，飞行速度、载荷、阻力
特性、电传操作方式、驾驶习惯都完全不同，这个差距可能比歼-16到歼-20还大。如何
在比较短的时间内培训出大批量合格的运-20机组，以接装源源不断从西飞脉动生产线
下线的新机，对空军是一个大挑战。
以美国空军为例，C-17飞行员的培训过程如下。第1年是通用的专业本科飞行员训练（
SUPT），包括理论学习，在T-6螺旋桨教练机上进行6个月的初级飞行技能培训，然后是
T-1喷气教练机的6个月高级飞行训练。
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通过SUPT之后，未来的飞行员集中在阿尔塔斯基地进行为期6个月的C-17专项训练，包
括密集的理论学习、飞行模拟器和训练飞行。飞行员必须通过低空飞行、夜视镜飞行、
短跑道攻击着陆、敌对战斗环境战术飞行等众多战术能力任务课程。
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> 美军飞行员在C-17飞行模拟器上进行空中加油训练
之后他/她们将被分配到作战部队作为副驾驶执行真正的全球部署任务，在飞行2-3年后
可以升为机长。如果要继续升级成为教员，还需要回阿尔塔斯基地参加为期4个月的课
程，学习如何教授新飞行员。
最高的飞行员等级是检查员。通常每个C-17飞行员需要在一年内进行两次检查性飞行，
以评估他们的仪表/任务飞行技能，这些评估即由检察员完成。
美国空军的两级培训体制周期仅2年，淘汰率约20%。相比之下中国空军的三级五阶段体
制时间要长一倍，淘汰率也高，造成人力、物力资源的很大浪费，部队飞行员补充也比
较慢。这既有体制的问题，也有资源的问题。美国在C-17的大本营 - 阿尔塔斯基地就
配备了17架C-17专门用于各项训练，比其它任何一国空军装备的C-17都要多。
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> 一架在俄克拉荷马州阿尔塔斯基地降落的C-17，这里的阵容足以让加拿大这样只有5
架C-17的国家流口水
过去我们的大型运输机太少，一次出动的数量用一只手就数得过来。而要执行C-17常见
的大机群密集空投、经空中加油远距离飞行或者野战机场连续起降作业，如何规划任务
，如何护航，如何组织后勤保障，中国空军要学习摸索的地方还有很多很多。
图片
> 2005年12月20日，隶属第437和第315空运联队的13架C-17在弗吉尼亚州蓝岭上空进行
低空战术训练
当然为了大国鲲鹏，这是一种痛并快乐着的学习！

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