上周四,美空軍部門負責人弗蘭克·肯德爾在發布會上宣布,他們選擇“捷零航空”建造一架“混合翼機身原型機”,用于測試和驗證新技術,這架飛機最早將于2027年開始飛行測試。
“混合翼機身原型機”,這是什么飛機?我們又要被超越了嗎?談這事前先來看一張圖:
這是八年前波音公司送別最后一架新生產的C-17運輸機,自此之后全美航空工業再無大型軍用運輸機生產線。
誠然,美空軍至今仍然擁有全球規模最龐大的大型飛機機隊,然而,隨著時間的推移,幾百架C-17、C-5運輸機適應未來作戰的能力也是呈下降趨勢,總是要換的。混合翼機身原型機項目就是這種背景下的產物。
傳統型大飛機的機身幾乎就是一根管子,氣動效率很低,只能承擔飛機總升力的12%,而如果采用混合翼機身構型,僅機體就能承擔至少30%的總升力,而拿下混合翼機身原型機訂單的捷零航空則宣稱可以將這一數值提高到50%。
以往美軍的大型飛機都會交給一些有實力的大公司,比如波音的C-17大型運輸機、洛克希德·馬丁的C-5戰略運輸機等。捷零航空卻是一家名不見經傳的初創航空公司,這又是為什么呢?
單憑一家成立沒幾年的初創航空公司自然是不可能承擔如此龐大的體系項目,雖然訂單給了捷零航空,但最終的生產制造任務則要落在諾斯洛普·格魯曼公司身上,由它的下屬子公司在位于加利福尼亞莫哈韋的工廠制造,而諾斯洛普·格魯曼公司正是大名鼎鼎的B-2A隱身轟炸機的生產廠家。
混合翼機身其實并不是什么新概念,單從外觀來看,它就是與B-2A隱身轟炸機類似的飛翼式布局,人類對于此種氣動布局的研究已經持續了半個多世紀,而飛翼式布局也并非唯一的混合翼機身,還有圖-160戰略轟炸機、B-1B戰略轟炸機也都是混合翼機身。
所謂混合翼機身就是將機翼與機身合二為一,二者之間沒有明顯的界限,也可以稱其為“升力體氣動布局”。
回顧人類航空工業的發展可以發現,我們一直在不斷嘗試將機身與機翼融合的新辦法,比如第三代戰斗機相較于第二代戰斗機的一個顯著進步,就是機翼與機身之間實現融合過渡,還有經典的蘇-27戰斗機,這就完全是一個升力體布局,再看獨創小展弦比高升立體布局的第五代戰斗機J-20,由于精妙的氣動設計,因此被網友們譽為“八翼天使”,實際上參與J-20氣動控制的還有機身,比如進氣道前緣就可以拉出脫體渦流。
捷零航空拿下 “混合翼機身原型機”項目的設計方案被稱為“Z5”,該方案航程至少1萬公里,翼展接近60米,基于飛翼式布局,無垂直尾翼,兩臺大涵道比渦扇發動機置于機身尾部上方,如此設計還可以讓發動機噪音盡可能向上擴散,從而帶來靜音優勢,機翼翼尖有翼梢小翼,可以減小飛行過程中的誘導阻力,對于飛翼式布局而言,翼梢小翼還可能帶來飛控穩定性的改善。
升力體的好處有很多,除了前文提到的大幅增加機體升力,還有垂尾結構的消失,大幅降低了空重,多種因素影響使得油耗大幅降低,以及航程的大幅增加,如果用于改裝成空中加油機,可以裝載更多的燃油。
以目前的進度來看,捷零航空拿下的“混合翼機身原型機”項目等同于我們國內的“項目立項”,距離首飛至少還有三年多時間,首飛完成后還需要幾年的試飛周期,最樂觀的估計也是要等到2030年才能初步具備交付條件,實際上到2035年實現交付,都算是快的。
混合翼機身原型機對于我軍有何影響?
美空軍部門負責人弗蘭克·肯德爾在發布會上也是毫不諱言,他明確指出該項目就是要保持對華技術優勢。
既然說到“保持優勢”,那么言外之意就是目前這種優勢正在遭遇挑戰,對此,美空中機動司令部的阿爾伯特·G·米勒認為,“混合翼機身原型機”項目未來交付后,不得不讓它在武器交戰區飛行。
通常情況下,運輸機、加油機等后勤保障飛機都是在較為安全的空域飛行,為什么要變成在“武器交戰區飛行”?
這當然不是他們想變,而是我們迫使他們改變。
因為我空軍裝備了多型極具殺傷力的遠程,乃至超遠程空空導彈,比如PL-15與PL-17,這些遠程空空導彈皆應用了雙脈沖點火技術,不僅射程遠,而且在飛行末段依舊有能量速度優勢,使得敵機一旦被鎖定就很難擺脫被擊落的命運。
在預警機配合下,我們完全有能力在數百公里外對敵軍運輸機、加油機、預警機等大型空中平臺目標實施超遠程打擊,一旦這些空中節點被逐一敲掉,戰爭的勝負也就一目了然了。
對于我們的戰術,他們自然也是要見招拆招,怎么辦?那就只能想辦法降低大型飛機的雷達散射截面積。
根據雷達相關方程可知,雷達發現目標的距離與目標雷達反射面積的1/4次方成正比,當飛機的雷達反射面積縮小10倍時,雷達的發現距離縮減至原來的56.2%。
新一代運輸機要想壓縮我遠程空空導彈的打擊距離,就必須有相較于上一代運輸機更大幅度的縮減雷達散射截面積,捷零航空的飛翼式布局運輸機就是針對這一課題的一個答案。
飛翼式布局直接去掉了垂直尾翼與水平尾翼,從結構上就能實現大幅消減雷達散射截面積的作用,同時大涵道比渦扇發動機后置,前機身還能構成一定程度的遮擋,再輔以隱身材料的應用,實現相較于C-17、C-5之流運輸機雷達散射截面積縮減10倍還是比較容易實現的。
當然了,這還只是他們在紙上談兵,僅就立項的這架原型機來看,它并不會嚴格按照隱身飛機的標準去設計制造,甚至連運輸機標配的尾艙門都還沒有,技術驗證意味要更為濃厚一些。
對于已經進入航空制造自由王國的我們而言,類似混合翼機身的項目也有不少。比如我國商飛五年前首飛的靈雀-B型噴氣式縮比飛行驗證機,該機同樣基于翼身融合式設計,V型尾翼也是一改傳統設計,標志著我國商用飛機從跟蹤研究階段進入到了探索創新階段。
捷零航空的混合翼機身雖然拿到的是空軍訂單,但是他們更想在民用市場撈一杯羹,但其典型的飛翼式布局并不完全適合民用航空,比如一機多型的系列化發展的研發成本就會顯著高于傳統機型。
與之相比,靈雀-B縮比驗證機并不是典型的飛翼式布局,而是聚焦民用航空市場的混合翼機身方案,可以與現有的民航機場保障設施完美匹配。
當然了,類似的飛翼布局大飛機我們也有同類項目,比如西工大今年年初首飛成功的“BWB300”無人機,該機主要用于驗證翼身融合體相關技術,型號前綴“BWB”甚至都與大洋彼岸完全一致。
BWB300無人機并不是純粹的飛翼式布局,但它確實是基于飛翼式翼身融合布局設計,之所以還有傾斜垂尾也許是考慮到了初期試驗成本問題,與之對比,NASA的X-48C驗證機同樣也有外傾垂尾,而捷零航空Z5方案其實就是脫胎于X-48系列驗證機。
飛翼式布局飛機應用與民航領域存在高速飛行與低速起降性能協調、客艙乘坐舒適性與應急疏散兼容、增升與配平能力匹配3個國際性瓶頸難題,BWB300就是瞄準國外技術瓶頸形成的具有國際領先水平的解決方案。
經過一系列的大型風洞試驗、計算機仿真、縮比飛行試驗,研發團隊已經掌握了包括總體、氣動、飛發匹配、飛控在內的一大批關鍵技術。
由于BWB300無人機亮相時的造型頗為怪異,剛亮相的時候網友就給它起了一個綽號,叫做“空中蝙蝠魚”,這就難免有網友向H-20話題發散思考。
然而實際上,飛翼式布局對我們而言也早已是成熟的貨架技術,比如攻擊-11、彩虹-7、天鷹、星影、云影550T等,僅公開的飛翼型號都已經是眼花繚亂,如果一定要說BWB300與H-20之間有著某種程度的聯系,那也是飛翼式航空設計制造技術在我國蓬勃發展的軍轉民產物。
接下來,我們會不會有飛翼式布局的大型運輸機、加油機?基于實戰需求考慮,這是一定會有的,但其與傳統大飛機之間的關系并不是誰替代誰,而是相輔相成的關系,飛翼式大飛機可以前出高危戰場環境保障空中作戰,傳統大飛機更多的還是要承擔戰役戰術運輸任務。
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