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全球军事频道:中国轰20什么样?为何飞翼布局呼声最高

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-07-20  来源:凤凰网军事频道
核心提示:原标题:联参34|中国轰20什么样?为何飞翼布局呼声最高? 作为目前世界轰炸机的最高成就,美国B2轰炸机采用的飞翼布局曾经历了一

原标题:联参34|中国轰20什么样?为何飞翼布局呼声最高?

作为目前世界轰炸机的最高成就,美国B2轰炸机采用的飞翼布局曾经历了一个长达数十几年的进化过程。

作者:张亦驰

前段时间,中航工业发布了题为《大国起飞》的宣传片,纪念航空工业大中型军民用飞机研制生产基地创建60周年。宣传片中首次披露了一款神秘飞机的外形。从轮廓来看,这是一种飞翼布局的飞机,由于该视频是介绍中国的大中型军民用飞机研制生产基地,这被广泛视为中国讨论已久的远程轰炸机。

应该说,采用飞翼布局是当今隐身轰炸机、无人攻击机的重要趋势,不仅仅是疑似中国远轰,最近美国洛克希德·马丁公司公布的“黄貂鱼”舰载无人加油机也使用了飞翼布局。这源自他一些无可比拟的优势。

优势之一:亚音速升阻比高

除去昂贵的造价与使用成本,仅就先进性而言,B2仍是目前世界轰炸机领域无可争辩的老大。

这是人们早在上世纪40年代就开始探索飞翼布局飞机的主要动力。飞翼布局接近全升力体概念,几乎每一平米的面积都用来提供升力。它把传统飞机的垂尾、平尾机身都取消了,又由于采用了典型的翼身融合设计,大大降低了浸润面积(又称湿面积,该面积大,空气摩擦阻力就越大),飞机的摩擦阻力较小。该布局还减少了头部的迎风面积,也减少了机翼与机身的干扰,大幅度降低干扰阻力和诱导阻力,全机亚音速巡航阻力只有同条件下常规飞机的三分之一。从另一个角度看,升阻比和飞机的浸润展弦比有关。相同展弦比下,浸润面积小的飞机(摩擦阻力就小),巡航升阻比就高。而飞翼恰恰是浸润面积小的布局此外,较大的机翼面积使得单位面积翼载荷大大降低,同时整个飞机的重量分配更加合理。

升阻比高,意味着相同飞行重量下,巡航阻力更小,需要的发动机功率小,降低了对发动机推力的要求,而且相同技术水平下动力也更为省经济,飞机的航程就更远、航时更长。

这一点可以对比下B-2和B-52。B-52尽管是几十年前的设计,但实际上,它的升阻比不小,估计超过25。对于亚音速飞机来说,巡航时的主要阻力为诱导阻力,而减小诱导阻力就需要增大机翼展弦比,减小后掠角。目前一些长航时无人机几乎都采用了大展弦比平直机翼,就是出于这个考虑。从翼型上来说,使用带弯度的翼型,增大前缘半径,增大相对厚度,都有利于降低诱导阻力。而B-52恰恰将这些设计发挥到极限,使用了非常有利于巡航经济性的大展弦比机翼,是迄今为止轰炸机中机翼展弦比最大的,较好地解决了巡航速度和巡航经济性的矛盾。其最大航程在美国现役3种轰炸机中最远。不过,B-2以小得多的展弦比,获得了和B-52相当的升阻比,体现出了飞翼的优势。B-52H的航程远,因为燃料携带量多,而且其涡扇发动机的涵道比比较大,经济性较好。

优势之二:隐身性能好

飞翼布局先天的隐身优势,使B2比采用其他布局的轰炸机能获得更高效的隐身性能。

通常而言,飞机最强烈的雷达反射源主要是一些腔体反射(例如进气道、尾喷管、座舱、雷达罩)、二面角(例如机翼与机身、机翼与挂架,垂尾与水平尾翼等连接处)以及机身、机翼前缘形成的曲面或镜面反射以及机翼、尾翼前后缘的边缘绕射。

由于飞翼布局翼面与机身融合度高,表面由光滑连续曲面构成,几乎不存在空腔、锐角、凸起等强烈的雷达反射源,外形设计上非常利于隐身。特别是取消了垂直尾翼,减少了飞机一大雷达反射源。加之在设计时,尽量遵循面、线平行的原则,尽量减少雷达散射截面积的波峰数量。如果采用先进的复合材料和吸波涂层、背负进气道再配合S形处理或者进气道格栅等技术可以进一步提高飞机的隐身能力。

还是以B-2A轰炸机为例,其平面轮廓由12条互相平行的直线组成,整个外翼段都为等弦长机翼,机翼前缘与机翼后缘和另一侧的翼尖平行。翼尖进行了切尖以平行于另侧机翼前缘。机身尾部后缘为W形锯齿状,边缘也与两侧机翼前缘平行。

优势之三,内部空间利用率相对较高

飞翼布局的内部优势使B2轰炸机在载弹量与在载弹灵活性方面相比传统轰炸机优势明显。

由于采用了翼身融合的飞翼设计,没有尾翼,没有传统意义上的机身,从机体内部看,翼身融合部分空间都被充分利用。和其他布局相比,相同的几何尺寸下,飞翼布局装的装备、油料多,但这也是相对而言。

B-2A block30版通过旋转弹舱可以在内置弹舱挂载16枚Mk 84杰达姆炸弹(或者16枚JSOW、JASSM等导弹)。如果不使用旋转挂架,最多可以携带80枚500磅的Mk 82或者GBU-38  JDAM炸弹。而最新完成“1760内部武器舱”升级(IWBU)的B-52H,使用数字接口和旋转式发射架,内部武器舱也只是能携带20枚AGM-158B(JASSM-ER)巡航导弹,或者24枚500磅重的JDAM炸弹。要知道,B-52H的最大起飞重量超出B-2轰炸机70吨。当然,载油量上,B-2和B-52的差距就比较大了。而且B-2整体的载荷系数也不如B-52高,这主要是因为B-2考虑到隐身约束,机翼展弦比相对较小,不能外挂的缘故。

优势之四,发动机要求好满足

B2轰炸机采用的F118发动机性能并不算十分出众,但在结合了B2的飞翼不久后,整体性能十分优良。

发动机一直是中国飞机的老大难问题,但是对于中国远轰来说,可能最容易解决的就是发动机了。对现有“太行”发动机进行简单改型即刻满足基本的需要。

由于飞翼布局具有较高的升阻比,对发动机推力要求不高。我们再来看看B-2和B-52。最大起飞重量220吨的B-52,用了8台17000磅级别推力的发动机。而最大起飞重量150吨级的B-2A,只是安装了4台最大推力19000磅(8.6吨左右,推重比5.94。该数据来源为美国空军官网,通用电气公司官网,美国空军协会数据为17300磅,或为不同批次数据)的F118-GE-100发动机。这种发动机实际上就是F110的无加力型,后者的最新型号,F110-GE-132的加力推力已经达到142千牛(约14.5吨)。F118和F110由都是在F101的基础上改进而来,使用了新的低压压气机。可以理解为B-2A使用了了4台去掉加力燃烧室的战斗机发动机。

中国如果发展飞翼布局的远程轰炸机,发动机装载受到布局限制,也不易使用大涵道比的设计,可以同样考虑这一发动机选用思路,而且使用现有“太行”发动机改型,就能解决问题。

根据公开资料显示,涡扇-10发动机的较新型号加力推力已经达到14吨级,在这种发动机基础上,取消加力燃烧室,其推力级别与F-118相当,可以满足B-2这个量级的远程轰炸机的动力需求。而且其改装研制的难度,要小于利用其核心机,研制大涵道比发动机的难度,可能是远轰目前最靠谱的装备之一了。从这一点来看,中国研制涡扇-10的决策解决了很大问题。当然,未来传说中的涡扇-15研制成功,在其基础上研制无加力版,则能进一步提高远轰的性能。

关键是控制问题

B2的飞翼布局结合优秀的飞控系统,使整架轰炸机的操控性能很优秀。

其实,飞翼的优势早就被人们注意到了。1928 年,诺斯罗普设计了美国第一架飞翼布局飞机,从1928年到1955年间,诺斯罗普和他创建的公司陆续制造了一系列飞翼飞机,其中包括N-1M、N-9M、JB-1、JB-10、XP-56、XP-79、XB-35、YB-35  和YB-49等。但最后都无果而终。因为在当时的条件下,很难解决飞翼的控制问题,YB-49的试飞员就抱怨飞机很不稳定、难以控制,无法保持一条稳定的航线。

飞翼由于取消了垂尾(YB-49实际上还有小型的垂尾),航向稳定性较差,基本处于中立状态,航向上控制比较难。因此,飞翼首先要解决的是航向控制问题。当然有些飞翼布局飞机,例如火神轰炸机仍然使用了大型垂尾解决航向控制问题,但重不利于隐身的措施付出的代价较大。

对于隐身飞翼来说,最常见的方式当属开裂式阻力方向舵。它位于机翼外段后缘,通过位于机翼上下表面的两个阻力片同时开启,增加一侧飞机的阻力,进而让其向一侧产生偏航力矩。由于飞翼的航向稳定性处于中立状态,所以即便是使用开裂式阻力方向舵,仍然需要频繁的调整。但是这是靠人工几乎无法完成的。这也是传统飞翼一直得不到应用的主要原因。这就必须依靠计算机控制的电传操纵系统。这一点和放宽纵向净稳定性的三代机类似,很多三代机纵向稳定性很小,或处于中立状态,甚至是静不稳定的,那就必须依靠电传操纵系统。

但是,由于纵向和航向配平都依靠机翼后缘装置进行,这很容易导致多个方向发生耦合。这些舵面都布置在飞翼后缘,它们往往并不是单独工作,单独发挥作用的。有时候一个舵面要同时担负多个舵面的作用,比如,它可能既是升降舵又是副翼,既是方向舵,也要当减速板。有的舵面的一个动作,可能都会带来纵向、航向和横向三个方向的耦合。这就需要在控制系统中“解耦”,这就涉及到复杂的控制问题了。因此说,飞翼最关键的是解决控制问题,这既有硬件上的创新,更多的是要解决软件和控制理论上的难题。

从技术上看,研制飞翼布局的远程轰炸机,中国已经没有不可逾越的障碍,包括发动机。之前,中国曾试验成功“利剑”无人机,这就是一种相对较小的飞翼布局隐身飞机,中国能研制这种飞翼布局的飞机,恰恰说明研制方在控制理论、控制软件等方面取得了重大突破。尽管“利剑”的体量远远无法和远轰相比,但是有这个基础,中国研制大型飞翼轰炸机从理论上也不会有太大问题。


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