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飞翼三部曲之一:为什么世界航空强国都在玩飞翼?
中国军工资源网    2018-08-31 09:15:02    文字:【】【】【
摘要:盘点一下最近几年出现的先进隐身无人攻击机、侦察机甚至是加油机,很多都使用了飞翼布局。美国的B-2以及最新的B-21载人轰炸机,也无一例外的采用了飞翼布局方式。为什么那么多国家,都把关注点放在了飞翼布局的飞机上?这源于飞翼布局的几个先天优势。

  盘点一下最近几年出现的先进隐身无人攻击机、侦察机甚至是加油机,很多都使用了飞翼布局。美国的B-2以及最新的B-21载人轰炸机,也无一例外的采用了飞翼布局方式。为什么那么多国家,都把关注点放在了飞翼布局的飞机上?这源于飞翼布局的几个先天优势。

美国的舰载无人加油机选型,就包括了飞翼方案。

  第一个优势是亚音速升阻比高。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,而摩擦阻力是亚音速飞行时的主要阻力来源),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(也就是浸润面积比和展弦比的比值,浸润面积比是全机浸润面积与机翼面积的比值,展弦比为翼展和弦长的比值。浸润面积比越大,升阻比月底,展弦比越大,升阻比则越高)有关。相同展弦比下,浸润面积小的飞机,巡航升阻比就高。而飞翼布局恰恰浸润面积小。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。

  尽管火神轰炸机的展弦比只有3.0,而B-47的展弦比高达9.4,但是由于火神可以认为采用了变形的飞翼布局,其浸润展弦比较低,两者升阻比相当。

  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。以B-2和B-52为例,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)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。

  飞翼对发动机推力要求不高。B-2使用的F118就是在战斗机发动机的基础上去掉加力燃烧室改进而来,除了供B-2使用外,还有一种降低推力的型号供U-2使用。

  上述优势使得飞翼布局的飞机,在其他参数相当的情况下,比传统飞机升阻比更大,动力也更节省能耗,飞机的航程就更远、航时更长。

欧洲雷神无人机。

  这一点还可以对比下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较大,经济性较好。

法国神经元无人机。

  第二大优势是隐身性能好。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。

飞翼布局飞机隐身性能好。

  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。

RQ-170使用了飞翼布局。

  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。翼尖进行了切尖处理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。

  第三个优势是内部空间利用率相对较高。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-2轰炸机是美国三种战略轰炸机中起飞重量最小的,但是装载炸弹数量不少。

  B-2A block30版通过旋转挂架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。

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