战略运输机是指主要承担远距离、大量兵员和大型武器装备运输任务的军用运输机,其特点是运载能力强,载重量超过40吨,航程远,正常装载航程超过4000千米,能空降、空投和快速装卸,主要是在远离作战地区的大型/中型机场起降,必要时也可在野战机场起降。
1962年,苏联开展了大型战略运输机安-22运输机的研制。20世纪70年代,苏联的伊尔-76大型战略运输机交付使用。美国同期的典型机型为C-5大型战略运输机。20世纪80年代中期,苏联开始研制安-70运输机飞机。美国麦道公司研制的C-17运输机“环球霸王Ⅲ”是同期产品。21世纪,国产自主研发的首款大型运输机运-20飞机以及配装的自行研制的大涵道比涡扇发动机已实现首飞。
发展沿革
研发背景
大型运输机的数量与质量是衡量战略空军的关键指标,大型军用运输机能在较短的时间内将作战人员、重型装备投送至战区,增强部队的投送能力相当于扩大了部队的规模,无形中提高整支军队的作战实力,因此,世界范围内主要的军事强国都十分重视大型运输机的发展。
尤其是在冷战时期,美苏两大军事阵营分别研发了多款大型军用运输机,担任战略运输任务,对于苏联军队来说,伊尔-76大型运输机是其空运建设的新起点,伊尔-76运输机具有大航程、大荷载的优势,并被广泛出口,一直服役至今。
研发历程
苏联
1962年,苏联开展了大型战略运输机安一22的研制,是世界上最大的配装涡桨发动机的飞机,最大起飞质量250t,配装4台HK一12MA涡桨发动机,单台功率11185kW。
20世纪70年代,苏联的伊尔一76大型战略运输机交付使用,作为军事空运主力机型,配装4台D一30KPII涡扇发动机,起飞质量为170t,作为军事空运主力机型,弥补了苏联军事空运能力的不足。之后经过多年的发展,形成了伊尔一76T、伊尔一76M、伊尔一76TD T、伊尔一76MD M、伊尔一76MF等衍生型。其中,伊尔76一MF起飞质量210t,配装4台PS一90AN大涵道比涡扇发动机,总载荷40t时的航程达到5200km。苏联还相继研制了安一124和安一225大型战略运输机,分别配装4台和6台D一18T三转子大涵道比涡扇发动机,地面起飞推力为229.77kN,风扇直径2.33m。D一18T发动机于1977年基于缩小版的D一36三转子技术验证机开始研制,20世纪90年代为了延长发动机寿命和可靠性,衍生出D一18T一3系列发动机,寿命现已提高到50000h。
20世纪80年代中期,苏联开始研制安一70飞机,起飞质量145t,配装4台D-27桨扇发动机。鉴于桨扇发动机介于涡桨发动机和涡轮风扇发动机之间的特点,安-70运输机飞机以最大巡航速度飞行时,其耗油率比使用传统涡扇发动机的运输机要低20%~30%,而最大飞行速度达到80Okm/h,高于配装涡桨发动机的运输机。
2013年,俄罗斯提出代号为“PAK TA”的未来运输机系统项目,计划在此项目框架下研制载重 50吨、80吨和120吨的系列军用运输机,以替换各型老旧运输机,减轻目前俄罗斯大型运输机队伍对乌克兰产品的依赖。2015年,该项目收缩为一款载重80~120吨战略运输机的研发工作。2016年伊留申总经理正式宣布该项目命名为伊尔-106。2015年公开的该项目概念方案采用了混合翼身布局,并宣称该项目将于2027年开始交付。
2020年,俄罗斯茹科夫斯基中央流体力学研究院公布了另一大型战略运输机方案(俄语代号Слон,意为“大象”)。
欧美
20世纪60年代,中小涵道比涡轮风扇发动机得到广泛应用。美国空军根据作战需求,提出一种专用的中型战术运输机C一141“运输星”运输机,最大起飞质量129t,采用4台TF33一P一7中涵道比涡扇发动机,单台推力93.42kN。
20世纪70年代,美国的典型机型为C一5大型战略运输机,起飞质量380t,配装4台TF39一GE一1C大涵道比涡扇发动机,后发展了衍生型C一5A/B/C。其中,C一5M“超级银河”是C一5原型的现代化改型(得益于2001年启动的航电系统现代化和可靠性增强改进计划),配装4台F138一GE一100大涵道比涡扇发动机。
美国麦道公司研制的C-17“环球霸王Ⅲ”是同期产品,最大起飞质量265.5t,最大载荷超过70t,空载航程8700km,满载航程4630km,于1993年开始服役,是C-124“环球霸王Ⅱ”的升级产品,全面覆盖C-5运输机的运输范围。C-17运输机配装4台F117-PW-100大涵道比涡扇发动机,该发动机是波音757使用的PW2040发动机的军用型,推力为185.5kN,除了反推力装置,F117一PW一100与PW2040基本相同。此时,中型战术运输机和大型战略运输机已形成系列化发展和装备成熟的局面。
从20世纪90年代至今,欧盟于1993年开始启动研制新一代战术运输机A400M,飞机空重55t,起飞质量110t以上,最大商载32t,载重航程5037km,巡航速度Ma0.68~0.72,与现有的运输机相比,其主要优势在于速度快、能耗低。配装欧洲螺旋桨公司的4台TP400涡桨发动机(2011年取证),其安装功率达到7979kW,是目前在役最大的配装涡桨发动机的运输机。
中国
中国在20世纪50年代发展了运一5小型运输机,其动力活塞5发动机仿制苏联AI一62NP型发动机。60—70年代,由于对航空军事运输的重要性有了更深刻理解,我国先后研制了运一7H和运一8军用运输机,动力装置分别采用涡桨5和涡桨6发动机。其中,运一8运输机是20世纪70年代以苏联安一12运输机为基础研制的中型运输机,最多能搭载20t的物资,一次最多能搭载96名全副武装的士兵,航程超过6000km。运一8在后续的发展历程中,衍生出了远距离支援干扰机、RC-135战略侦察机、反潜巡逻机、技术侦察机等。进入21世纪,国产自主研发的首款大型运输机运-20飞机以及配装的自行研制的大涵道比涡扇发动机已实现首飞;国内首个第三代先进涡桨发动机正在研制,用于配装运9飞机及以其为平台发展的升级改进型。
2016年7月6日,中国自主研制的首款大型运输机运-20正式列装空军航空兵部队,标志着国产大型运输机在最终形成战斗力的征程上迈出了坚实的一步。
结构特点
战略运输机是指主要承担远距离、大量兵员和大型武器装备运输任务的军用运输机,其特点是运载能力强,载重量超过40吨,航程远,正常装载航程超过4000千米,能空降、空投和快速装卸,主要是在远离作战地区的大型/中型机场起降,必要时也可在野战机场起降。以下是以伊尔一76为例介绍战略运输机基本结构特点。
基本结构
机身
机身采用全金属半硬壳桁条式结构,基本截面为一直径4.8m的圆。机翼前边的机身两侧各有一扇向外开启的舱门,上翘的后机底部有一大货舱门,舱门由外侧开启的两扇背角无齿蚌式舱门及两段分别向下和向上收起的舱门组成,向下开启的舱门可以兼作为货桥使用。机身由横向构件隔框、纵向构件桁条和纵梁以及蒙皮和地板组成,共有96个框,根据结构和工艺分为4段:前部01段(18框以前),中部02段(18-67框),后部03段(67-90框)和尾部04段(90-95框),其中14框前为驾驶舱,14-67框为货舱。机身地板以下,11-18框问为前起落架舱,18-35框间为前行李舱,35-51框间为主起落架舱,该段配有整流罩,以使主起落架收入其间,51-56框为后行李舱。后货舱门位于56-67框,中间舱门放下后可作为货桥。双层座舱共6名机组成员:上层驾驶舱内正、副驾驶员、空中机械师、通讯员和下层领航员以及货舱内的空投机械师(卸货员)。货舱尺寸20.00m×3.45m×3.40m。单层舱板可运载145名全副武装士兵,双层舱板可运载225名全副武装士兵(上层80人,下层145人)或125名伞兵。气密的驾驶舱和货舱可使12000m高空的舱压保持在2500m高空的水平;在5200m高度,可保持海平面标准大气压。必要时还可以对驾驶舱单独增压密封。
机翼
机翼采用常规翼型的全金属多梁破损一安全结构悬臂式上单翼,中等后掠角(1/4弦线后掠角为250),大展弦比(8.5),机翼带有3°的下反角;前缘后掠角不变。整个机翼分为一段中央翼、两段中外翼和两段外翼。为缩短起飞着陆滑跑距离,采用了完善的增升装置,从翼根到每侧副翼内端装有两段三缝襟翼,每侧机翼共有8块扰流板,其中4块作减速板使用;整个机翼前缘增升装置由10段缝翼组成。机翼通过29、34、41框与机身相连。前缘缝翼位于中外翼和外翼前缘的前上方,由五段组成:中外翼上两段、外翼上三段。各段结构形式相同,均由横向翼肋、四根纵向桁条、末端桁条和蒙皮组成。中外翼和外翼内段配置有滑动式三开缝襟翼。襟翼主要由主节板、尾节板和导流板组成。襟翼导流板、主节板和尾节板的前缘下表面设有Φ6的通气孔。外翼的33肋一翼尖整流罩之间悬挂着两段式副翼,两段副翼完全同步。在内副翼上安装有伺服补偿片,外副翼上安装有调整片。副翼由翼梁、前缘桁条、辅助翼梁、根部翼肋、末段翼肋、标准翼肋、加强翼肋和蒙皮组成。中外翼的后缘配置有四段减速板,每一段都悬挂在安装于翼肋尾段的两个支座上。减速板各段均为单梁式的蜂窝结构,各段前边缘为槽型梁,后边缘为楔形桁条,两端面为翼肋,上、下蒙皮问填充着蜂窝芯子。外翼后缘配置有四段扰流板,各段均为楔形蜂窝板,前边缘为槽型梁,后边缘为楔形桁条,两端面为翼肋,上、下蒙皮问填充着蜂窝芯子。
尾翼
T型悬臂式全金属尾翼由水平尾翼、垂直尾翼和整流罩组成,用来保障飞机的稳定性和操纵性,水平尾翼由水平安定面和带调整片的升降舵组成,水平安定面安装角可调;垂直尾翼由带后掠角的垂直安定面、方向舵、伺服补偿器和调整片组成;整流罩在水平安定面和垂直安定面对接处,以保证尾翼完好的流线型。在水平安定面和垂直安定面前缘还设有电加温设备,在尾翼内部还设有无线电设备的部件和天线,以及操纵舵面的部件。
动力装置
装备四台苏联第一代涡轮风扇发动机D-30KP-2/1,通过短舱挂架安装在机翼下,发动机推力量级在117.68kN左右,函道比2,翻修寿命2000h。每台发动机都装有背角无齿蚌式反推力装置。总燃油重量90t。内外侧发动机分别距机身对称面为6.35m和10.60m。
起落架
伊尔—76飞机的起落架为液压可收放的前三点式,多支柱(5个支柱)多轮(20个低压机轮)式结构,可满足飞机在水泥、土跑道上安全起降的要求。起落架结构包括一个前起落架和四个主起落架,每个起落架支柱上都装有4个成对双轮式机轮。前机轮为辅助制动轮,用于收上起落架时刹住机轮,主机轮均装有自动防滑机构的盘式液压刹车装置。主轮尺寸1300mmx480mm,前轮尺寸1100mmx330mm。前起落架为半摇臂式,安装在机身前段接耳上;四个主起落架的结构形式完全一样,均为支柱式,它们呈串列式平行于飞机对称轴安装在机身大梁上。飞机的起落架舱只有在飞机收放起落架时才打开,当起落架处于其他任何状态均关闭。前起落架沿飞行方向向前收起。主起落架垂直飞行方向向里收起,且在收起过程中,主机轮和缓冲支柱随着支柱的收上绕缓冲支柱的轴线转动90°,与飞行方向平行,然后收置于主起落架舱里。所有的起落架在收起和放下位置均由机械锁锁定。另外飞机上还有—套机械应急放起落架系统,起落架应急放下后,主起落架舱门由刹车蓄压瓶提供压力关闭,前起落架舱门不关闭。飞机上还安装有指示起落架收上和放下以及舱门运动情况的灯光信号和声响信号的指示系统,当飞机不能准确收放起落架(或其中之一不能收放)时,这些信号装置会自动报警。但每个起落架只有一套指示装置指示其舱门的开闭情况,因为在起落架的收放过程中,各机构的运动是有次序的,一个运动完成后,才压通另一个液压活门,执行下一个运动,当其中的任何一个环节出故障,舱门都不能正常关闭。
相关系统
环控系统
伊尔一76飞机环控系统包括空气调节系统和气密舱压力调节系统两部分。
(1)空气调节系统
空调系统可保证在地面和飞行中向飞机各气密舱和其他用气系统提供经过调节的空气。空调系统由发动机引气分系统、供气系
统、机舱温度调节系统和机舱大气通风系统等组成。
(2)气密舱压力调节系统
压力调节系统用于在不同的飞行高度上按照机舱压力制度自动调节各舱的压力,以保证人员的正常活动。自动调压工作是借助于气动装置在全部密封舱内分别进行的。各舱内的最大余压自动保持在(49+2)kPa。机组人员舱和货舱内的压力调节是从机场标高或任一给定高度自动进行调节。每个舱设置两个排气活门和一个压力调节器,此外,还各有—个安全活门。在各舱可手动进行调节。座舱和货舱内调压装置是重复设置的,一个舱内的2个排气活门都可人工或自动转换到由控制另一舱内排气活门工作的空气压力调节器进行控制。压力调节系统具有双余压调节功能,还具有防止气密舱压差过大和反向压差保护功能。每个气密舱或各舱可同时解除气密,由主系统或应急系统在地面和空中进行。应急解除气密时,向各舱的供气同时切断。在水上迫降时,可强制关闭位于机身下部各舱的排气活门,并切断向各舱的供气。
电气系统
伊尔一76飞机电源系统由交流主电源、交直流二次电源、辅助电源、应急电源和地面电源组成。而飞机配电系统由交、直流配电网组成。配电网结构为辐射型二极配电。交流配电网分两级,—级为中央配电装置,二级为断路板和配电盒。直流配电与交流相同。电气系统指非航电类用电系统,包括起落架收放、襟翼收放、方向舵平尾操纵、座舱温度控制、火警和灭火系统、生活服务设施、机内外照明系统等。
操纵系统
伊尔一76飞机操纵系统由主操纵系统、辅助操纵系统和辅助操纵装置三部分组成。主操纵系统包括升降舵、方向舵和带扰流板的副翼操纵。辅助操纵系统由襟翼、缝翼、减速板、扰流板及可调水平安定面操纵组成。辅助操纵装置包括副翼和方向舵上的电动调整片、弹簧伺服补偿器、升降舵上的助力调整片。伊尔一76飞机三个主操纵系统均为助力操纵,采用带单独液压源的随动式液压传动装置。
燃油系统
伊尔一76飞机燃油系统由燃油箱及其通气、供油及传输、地面压力加油及放油、燃油测量、冷凝液排放等分系统组成,按要求的压力和流量持续向发动机和辅助动力装置供油。布置在左右机翼内的12个油箱均为整体油箱,分为四组,每组三个油箱,有主油箱(r)、辅助油箱(皿)和备份油箱(P)。油箱总容量为84840kg。伊尔一76飞机燃油系统采用CПYT—1燃油程序控制与测量系统,测量每个油箱中的储油量、每组油箱及飞机总油量、控制耗油顺序、输出油箱应急余油信号和控制压力加油电动活门关闭等,该系统基本具有燃油排水管的特点,但其自控部分是机械电子式,并非计算机式。
照明系统
飞机内部照明包括对机舱、货舱、设备舱、辅助舱的一般照明和对控制台、控制板、面板、部件设备装置、局部照明或专用照明。飞机外部照明包括着陆滑行、水平安定面辅助照明灯、机翼前缘和发动机舱探冰灯、货场照明灯、航行灯、防撞灯、轮廓灯、编队灯,为飞行安全提供保证。
氧气系统
伊尔一76飞机氧气系统包括机上氧源、显示装置、机组成员和货舱空运人员供氧系统,以保障高空飞行、舱内出现烟雾病或飞越污染区时提供氧气。便携式氧气设备为高空飞行人员进入失密舱时使用。降落后氧气设备为机组人员应急离机时供氧。伊尔一76飞机上装有24个工作压力14.7MPa、单个容积25L的YBIII一25/150通用球形氧气瓶,3个工作压力为2.94MPa供机组成员使用的K A一19和9个供空运人员使用的K A一2l便携式氧气设备,此低压设备重量轻、安全。机组成员紧急离机时,氧气面罩自动与固定式氧气设备断开,由伞氧向面罩供氧,伞氧又可作为备用氧源。空运人员氧气系统分9个独立供氧管路,连续供氧根据飞行高度自动接通,并改变供氧压力。供氧点为8个独立组(4个组固定,4个组可卸),只供运送空降人员和伤员时安装,通过KM-15H氧气面罩从公用氧气站得到供氧。
辅助动力装置系统
伊尔一76飞机的辅助动力装置(APU)系统包括带交、直流发电机的TA一12A燃气涡轮发动机、供油、预热、防火、进排气、起动、操纵与指示、起动发电机、配电箱ПF一6 T A、起动箱AПД且一30MTA、电子调节器3PP且一12、计数器726AM,以及连接电缆、插接件、继电器等组成的电器系统。APU可产生压缩空气来起动主发动机,给空调系统供气,也可用它产生的机械功率带动40kVA的交流发电机和12kW的直流起动发电机,后者也是它本身的电起动机。APU发动机装在左侧主起落架前整流罩的不密封舱内。
自动飞行控制系统
伊尔—76飞机CAy—IT.2Б自动飞行控制系统是模拟主备式两余度系统,功能为:三轴稳定、协调转弯/爬高/下降、稳定高度/马赫数/表速、航向/倾斜阻尼、I类自动进场、飞行指引、俯仰自动配平、综合控制导航。伊尔一76飞机自动飞行控制系统功能较全,但系统包含部件品种多、重量大、体积大、综合性能差、技术落后。
空运空降系统
伊尔-76飞机空运空降系统是由运输设备和空降空投设备两部分组成,具体包括:道设备、电动绞车、电动吊车、装卸设备、系留设备、座椅、第二层舱面板、空投货物设备、空降伞兵设备。伊尔一76飞机空运空降系统技术特点是:设备配套完整、系统功能齐全、工作稳定、可靠、迅速;整套系统布局合理,组合充分,使用灵活性好;技术成熟、适用性强、通用性好、自动化程度高;操作性好、维护方便。
相关参数
主要机型
当前,世界现役的战略运输机主要有美国的C-17运输机,俄罗斯的安-22,中国的运-20等。
C-17
美国C-17“环球霸王”大型军用运输机是美国空军装备的主力运输机,由麦克唐纳·道格拉斯公司(现属于波音公司)研制,是一架可以兼任战术空运任务的战略运输机。C-17运输机在1991年完成首飞。C-17长53.04米,翼展51.74米,机身直径为6.86米。采用悬臂式上单翼主翼加T型尾翼的常规布局,超临界机翼,机翼设有翼梢小翼,翼面积达353平方米。悬臂式上单翼机翼的翼盒外置,不会占用货舱容积。前三点式起落架,可以在未铺设的跑道上起降,起落架位于机身两侧的整流罩内,确保货舱的连续性。使用四台F117-PW-100涡轮风扇发动机,单台发动机推力可达40440磅。发动机设有反推装置,可以使飞机进行快速的减速制动和下降动作。
安-22
安-22是前苏联安东诺夫设计局研制的远程重型军用运输机,主要用于运载重型军事装备,是世界上最大的运输机之一。1962年开始研制,1965年2月首次试飞,1966年投入批生产,1967年开始交付使用,1974年停产,共生产了85架,交付空军50架,民航35架,主要用来空运部队和大尺寸、大重量的军事装备,能在简易机场起落。安-22货舱容积640米3,可运载地空导弹、火箭发射车、导弹运输车、坦克、汽车等。驾驶舱内乘员5-6人,驾驶舱后面有一个与主货舱隔开的可容纳28~29名乘客的机舱。动力装置为四台库兹涅佐夫HK-12MA涡桨发动机,功率4×15,000轴马力,每台发动机驱动一对直径为6.4米的四叶同轴对转螺旋桨,着陆时可反桨,缩短着陆距离。
运-20
运-20(中国代号:Y-20、鲲鹏,英文:Xian Y-20 )运输机是中国自主研发的新一代喷气式重型军用大型运输机,为中国大飞机三剑客之首,由中国航空工业集团公司第一飞机设计研究院设计、西安飞机工业集团为主制造,并于2013年1月26日首飞成功。运-20飞机研发参考俄罗斯伊尔-76的气动外形和机体结构,并融合美国C-17的部分特点。该机采用常规布局,悬臂式上单翼、前缘后掠、无翼梢小翼,最大起飞重量220吨,载重超过66吨,最大时速≥800千米,航程>7800千米,实用升限13000米。拥有高延伸性、高可靠性和安全性。运-20与中国空军现役伊尔-76比较,发动机和电子设备有了很大改进,载重量也有提高,短跑道起降性能优异。运-20作为大型多用途运输机,可在复杂气象条件下,执行各种物资和人员的长距离航空运输任务。
C-5“银河”
C-5“银河”是洛克希德·马丁公司为美空军研制的一种重型远程战略运输机,也是美军现役最大的战略运输机。它采用四台大推力的涡轮风扇发动机,庞大的机身内部可装载重达130吨的货物或者300多名空降部队士兵,最远载重飞行距离约6500千米。
使用情况
1999年科索沃维和行动中,俄罗斯出动6架伊尔一76大型运输机,先将1000名士兵和物资运送到科索沃境内,然后空降200多名空降部队,以迅雷不及掩耳之势抢占了普里什蒂纳机场,赢得了俄罗斯同北大西洋公约组织讨价还价的重要筹码。
2022年1月,汤加王国洪阿哈阿帕伊岛的海底火山突然喷发。运-20机队载着救援物资,克服南太平洋上空强对流天气影响,将中国人民的深情厚谊速递到汤加。
在2008年的5·12汶川地震中,中国的伊尔-76运输机把大批人员和物资运送到地震现场,美军的C-17运输机也把美国捐赠的救灾物资空运到四川省。2011年在利比亚局势紧张之际,中国出动伊尔-76参与撤侨行动。