运-20机翼上复杂的前后缘增升装置以及扰流板
吹气襟翼对材料的要求很高，图为C-17在野外机场降落并打开反推
运-20具有巨大的三缝襟翼，用于在起飞、降落时增升。有意思的是，运-20的襟翼设计和伊尔-76很相像，但不同于C-17。伊尔-76使用后退式三缝襟翼，其中第一道襟翼和第二道襟翼之间有明显空隙。这是供翼下高压气流穿过去，对翼上气流产生拉动作用，增加升力。这是一个比较传统的设计，简单、有效。当然，简单是原理上简单，设计和制造上并不简单，至少比非后退式的简单襟翼复杂多了。但C-17采用双缝的喷气襟翼，不仅有同样的缝隙，供下翼面高压气流产生引射增升，还直接处于发动机喷流之中，极大地增强了增升作用，缩短起飞、降落距离。原理类似的吹气襟翼在F-4“鬼怪”式战斗机上早就有应用，但那是从发动机压气机引出气流产生增升，C-17直接用发动机喷气产生增升，增升效果强烈得多。 运-20没有采用喷气襟翼可能有几方面原因。除了喷气襟翼本身的技术难度外，发动机推力不足可能是最大的障碍。喷气襟翼放下后，接受发动机喷流的吹拂，将喷流部分向下偏转，并通过缝隙引射增升，增升效果明显。同时，喷气襟翼要求发动机的推力轴线紧贴下翼面，这样才能是襟翼处在喷流之中。但发动机喷流紧贴下翼面可能影响喷流的发育。但另一方面，向下偏转的推力轴线降低了实际向前的推力，在发动机推力不足的情况下，这是很要命的。喷流在喷出喷口之后，并不是像铅笔一样的直筒子，而是像喇叭口一样散开，然后再形成捅形。这是因为高压喷流在离开喷口之后，喷流中心的压力使得喷流向压力较低的环境空气膨胀出去，好像吹肥皂泡一样。喷流的发育受到机翼下表面的阻碍的话，不光烘烤翼面结构，还会造成推力损失。考虑到要用推力不足的D30先飞起来，运-20不能负担这样的推力损失。 另外，结构上的要求可能也是一大障碍。喷气襟翼要求发动机喷口的轴线紧贴下翼面，这样发动机吊舱必须向前、向上，基本平伸，吊架成为直直前伸的悬臂，基本平伸的发动机吊架还有迎风阻力较小的好处，但沉重的重量对机翼形成很大的扭转力矩，极大地提高了机翼刚度的要求，对吊架的刚性要求也较高。另外，喷气襟翼本身也需要极大地加强，否则被强力的喷流吹散了架就不妙了。发动机喷流紧贴机翼下表面也提高了结构耐高温的要求。所以和喷气襟翼相适应的发动机的位置很讲究，太高了要影响喷流发育，太低了要错过襟翼的位置，极大地加宽襟翼的宽度可以补偿较低的发动机位置，但襟翼的重量大大增加。考虑到种种复杂性和实际效益，运-20没有采用喷气襟翼是谨慎的。 但运-20也没有一味降低技术风险而放弃技术创新，运-20采用了超临界翼。常规翼型大体上像为横剖一半的水滴，前半部比较肥厚，后半部比较瘦削，后缘则是尖利的。气流沿上表面加速，在接近音速时，尽管飞行速度尚未达到音速，但上表面局部速度已经达到甚至超过音速，形成强大的激波阻力。超临界翼是NASA气动奇才理查德惠特康姆发明的，他还发明了导致超音速飞机蜂腰的面积律和眼下实行的翼尖小翼，对现代航空科技的影响无人可比。推迟激波产生的通常做法是采用很薄的翼型，并采用较大的后掠角，这不仅不利于低速飞行，也要为恢复结构刚性付出重量上的代价。超临界翼一反常规机翼，上表面较为平坦，以减少气流加速，推迟和弱化激波的产生。这使得超临界翼可以相对较厚，或者降低后掠角。较厚的机翼受力较好，结构重量较轻；较低的后掠角也降低机翼对翼根的扭矩，降低结构重量。超临界翼的下表面前半段相对饱满，后半段向上“挖掉”一块，和上表面延伸过来的后缘下垂相对应，形成“钩子”一样的后缘。下表面压力较高，气流贴附着挖出来的凹面流动，然后沿“钩子”一样的后缘向下流动，产生额外升力，补偿上表面的升力损失。超临界翼的前缘也比较钝，迎面过来的气流贴附较好，配合较低的后掠角，在低速时增加升力。超临界翼已经成为现代客机和运输机的典型翼型，不过从外观上不容易看出端倪来。C-17也采用超临界翼。
运-20的起落架布局
运-20的尾翼和C-17十分相像，同样采用两段式双铰舵面
比较有意思的是运-20的翼展。相比于C-17的51.75米的翼展和伊尔-76的50.5米的翼展，运-20的翼展只有45米，只比起飞总重少1/3的空客A-400M的42.4米或者安-70的44.06米略大。这说明运-20的超临界翼达到了很高的设计水平。运-20机翼另一个饱受疑问的地方是没有C-17或者现代民航客机上常见的翼尖小翼。翼尖小翼的作用是降低翼尖绕流，间接降低阻力。由于机翼下表面压力高于上表面，翼尖附近的气流不仅从前向后流动产生升力，还绕过翼尖形成“短路”的侧向流动。这不仅导致翼尖升力损失，还产生强烈的翼尖涡流。涡流的能量最终来自发动机的推力，但这部分消耗的能量对于升力和速度毫无用处，所以形成阻力。翼尖小翼降低了翼尖绕流，具有显著的增升减阻作用，相当于延长翼展。但翼尖小翼除了本身的重量和阻力外，还要求机翼结构额外加强，导致额外的重量。所以翼尖小翼在设计中要在得失之间仔细权衡，不是包赚不赔的买卖。如果发动机推力足够，可以用额外的推力补偿翼尖小翼的增重，而在翼展大体不变的情况下获得有效的增升，以增加飞机的起飞总重。但对于现阶段的运-20来说，更大推力的发动机一时还没有就绪，现有机翼设计已经保证了足够的升力和起飞总重，就不必急于加装翼尖小翼。等到更大推力的新型发动机就绪的时候，具备了增加起飞总重的条件，那时再加装不迟。事实上，C-17的翼尖小翼也是“后加”的。按照原设计，C-17的最优翼展应该为53.4米，但美国空军规定了野战机场的占地要求，在90米x120米的停机坪上要能够停放3架C-17，所以翼展只有缩短到50.3米，加装翼尖小翼以补偿翼展损失。算入略微外倾的小翼后，翼展增加到51.75米。运-20可以反过来，在增重条件成熟的时候，加装翼尖小翼，实现更大的等效翼展、更大的起飞重量和载重量。 运-20采用机腹起落架，每侧三排，每排两轮。这个安排是与空客A-400M和安-70相同的，与C-17的每侧两排、每排三轮不同。伊尔-76更加极端，每侧两排、每排四轮，连前起落架都是单排四轮的，而所有其他主流运输机都采用双轮前起落架。多轮起落架的轮子越多，对地面的压力越低，在简易跑道上起飞、着陆的性能越好。另一方面，轮子横排而不是纵排，后轮重蹈前轮胎迹的问题就越小。后轮重蹈前轮胎迹不仅在松软地面可能造成后轮下陷，在硬质跑道上也对同一表面反复碾压，增加跑道的损耗。但另一方面，轮子横排不便于起落架的收藏，或者增大本来已经有很大鼓起的起落架舱，导致较大的重量和阻力；或者需要具有复杂的扭转、折叠机构的起落架，增加重量和降低可靠性。所以横排轮子也不是只有优点、没有缺点的。相对来说，运-20的三排六轮的重量、阻力和起落架复杂程度都较小，只要符合简易跑道起落要求，还是不错的选择。 现代运输机的尾门对快速装卸非常重要。尾门放下后，是车辆和人员迅速进出的跳板，或者是空中空投的平台；尾门收起后，成为机尾密封结构的一部分，尾门上还可以额外装载货物。通常尾门分上下两半，下半向外放下，上半向内收起，形成高大的装卸通道。C-17只有上下两半，结构简洁，密封较好，但尾锥因此相对宽扁，机尾的涡流比较严重，为此增加了两片斜向的腹鳍进行局部导流，降低涡流影响。伊尔-76的上半比较复杂，中间部分和常规的上半一样向上收起，左右两片向外下垂打开，同样形成高大的装卸通道。但在尾门全部关闭的时候，尾锥比较尖瘦，阻力较小，气动上更加优美。在空投中尾门打开时，左右两片还对机尾涡流起一定的屏蔽作用，降低涡流影响，改善空投环境。但伊尔-76的尾门结构复杂，重量较大，密封难度也更高。运-20采用了伊尔-76形式的尾门。 运-20的尾翼和C-17十分相像，同样采用两段式双铰舵面。也就是说，对于垂尾方向舵来说，上下两段舵面可以分别运动，每段舵面还有像两节鞭一样的前后两部分，后半可以在前半的基础上进一步偏转。高平尾也一样，每侧平尾有内外两段，每段有前后两部分，可以分别偏转，提高操纵效率，降低铰链力矩。相比之下，伊尔-76就是简单的单片式方向舵和升降舵。 作为中国第一架大型运输机，运-20和世界上其他典型运输机相比较是自然的。在现代运输机中，C-17无疑代表了最高水平，或者说是豪华级的；伊尔-76已经有40年的历史，但依然皮实、实用，代表了起码水平，或者说是平民级的。运-20在载重量上介于两者之间，在技术水平上也介于两者之间，但在很多方面更加靠近C-17。运-20的超临界翼设计明显比伊尔-76先进，翼身融合处的整流罩设计更为饱满、精细，尾翼设计、起落架舱与机体的融合则和C-17相近，但尾锥、尾门设计、襟翼设计和发动机吊挂方式则采取了伊尔-76的优点。和尺寸相近的空客A-400M或者安-70相比，运-20的起飞总重和载重量要大得多。在具体特征上，运-20或许和世界上其他同类飞机有这样那样的相似之处，但就总体设计而言，运-20采用了具有中国特色的设计取舍，不是对任何一架飞机的简单模仿。总体平衡下来，运-20离世界最高水平还有差距，但已经达到了很高的技术水平。作为中国第一架大型运输机，运-20的成就是可喜可贺的。西飞干得好！