隱形轟20研發圖紙罕見曝光:難度超美B-21數倍
中國正在研製轟-20飛翼布局隱身戰略轟炸機,這已經不是秘密。
雖然中國若干無人機、美軍B-2轟炸機等早已使用這一飛翼布局,但轟-20轟炸機的研製難度依然令人乍舌。
這反映在以下各個方面:
一、縱向靜穩定難以保證
靜穩定,粗略的說是指飛機在飛行中會趨向於穩定,當發生偏移時的飛機會趨向於回到穩定的飛行狀態。在現代作戰飛機中,特別是戰鬥機(例如殲-20),常常藉助於複雜的自動化飛行控制技術,令飛機處在靜不穩定的狀態,這樣飛機的機動性會特別的出色,但需要計算機搭配先進氣動控制手段,讓飛機不至於徹底失控。
有的戰機根據飛行狀態、重心變化等原因,可能在靜穩定和靜不穩定之間遊走,給飛行控制帶來極大挑戰。
對於轟-20轟炸機,因為它考慮到隱身等要求,採用的是沒有專門尾翼的飛翼布局,在保持靜穩定方面有更大的困難 —— 這也是二戰結束後若干美國飛翼轟炸機(例如XB-35)未能獲得成功的主要原因,這種布局要保持飛行穩定實在太難了。
常規布局的飛機,利用尾翼的正負升力,即可有控制的飛機的穩定狀態。現代戰鬥機常常使用的翼身融合設計,一般有著縱向靜不穩定的特點,但平尾可以很好的解決這一問題。可是轟-20轟炸機的飛翼布局,並沒有平尾,全機氣動焦點比較靠前,只能依靠其他更為先進、也更為困難的手段來控制。
例如,對於實質上採用平直翼飛翼布局(後掠角太小)的飛機來說,需要在翼型下下功夫,包括了使用特殊彎度設計的翼型,或後卸載翼型來滿足穩定控制要求。如果是後掠飛翼,則使用對稱翼型或帶有小正彎度的翼型,或略有後卸載的翼型。另一個重點是機翼的幾何扭轉、氣動扭。通過這些方法,飛翼處于飛機重心後方的翼尖就有著尾翼的作用。
二,難以通過內部系統位置設計控制重心
不同後掠角的各種飛翼布局
飛翼布局的轟-20轟炸機,實質上只有相對短的機身,因此機翼、機身等各個部分的位置和比例,要比常規布局的飛機更為固定。在設計時,如果改變常規布局飛機里各種系統的位置,可以較好的控制飛機重心,但轟-20轟炸機的設計難以做到一點。
基本上,轟-20轟炸機因為需要配備一個靠前的駕駛艙、中後部的彈艙,發動機只能靠在中部兩側,油箱也只能位於機翼內部和機身較小的空間內,在縱向上改變各自相對位置的寬餘度很小。
美軍下一代B-21轟炸機依然採用飛翼布局
特別是在後掠角小、等同於平直翼的飛翼布局飛機上,這一系列困難使得氣動焦點本來就非常靠前。而要進入靜穩定狀態,意味著重心還要在焦點之前,那麼幾乎就沒有辦法在機身後部安排更多設備或者彈藥、燃油,這顯然困難很大。
因此後掠飛翼布局要更為廣泛的獲得採用,因為焦點沒有那麼靠前,便於將沉重的彈藥、發動機等等安排到後部,而且重心改變時移動距離小。雖然轟-20後掠角將有限,但必然需要考慮這一因素。
三,轟-20轟炸機需要滿足多種用途的複雜機翼
由上所述,轟-20轟炸機的機翼不再是簡單的提供升力,而是要負責提供縱向等等控制力,這讓機翼設計進一步複雜化 —— 必須將兩者綜合考慮,才能設計出轟-20的機翼。
前面提到,後掠飛翼布局對於轟-20轟炸機來說有著重大優點,但是它的重心位置不利於穩定與氣動特性的綜合結果,所以比起平直翼飛翼布局要更為難以實現。
美軍下一代B-21轟炸機依然採用飛翼布局
轟-20作為一種有著大展弦比的飛翼布局轟炸機,縱向穩定在飛機迎角變化時更為敏感,機翼需要有迎角限制、縱向增穩的技術手段控制,這樣才能保證飛行員控制有力。進一步分析,飛翼布局機翼、機身作為一個整體,氣流流場的變化要比常規布局飛機變化更多,這又是一個新的挑戰。
轟20的氣動設計又創造一世界之最
轟-20因為沒有垂尾,橫向靜穩定也不如常規布局的轟炸機。但是就後掠飛翼布局的轟炸機而言,橫向靜穩定性依然在可以接受的範圍,基本處於橫向靜穩定狀態。但在航向穩定性上要複雜得多,因為沒有垂尾,轟-20必然在航向上處於靜不穩定狀態。
而且,機翼是很難產生較大側向控制力的,轟-20這一飛翼布局的航向靜穩定控制,主要依賴機體的氣動設計,需要令重心之前的機體部分盡量產生較小的航向側向氣動力,也就是說這一部分前緣要尖銳、重心要適當靠前、座艙等外露部分要阻力較小,這樣會減小控制航向靜穩定的困難。
此外可以借鑒B-2轟炸機起落架艙門兼任穩定面的設計。
小節
不難得出結論,轟-20轟炸機的氣動設計難度,達到了世界之最的程度。在最新氣動設計、飛行控制技術迅猛發展的背景下,特別是中國自主氣動、飛控技術能力近年在各種最先進戰機項目(例如殲-20、運-20、隱身無人機)中取得的重大突破,克服上述困難、研製轟-20隱身戰略轟炸機並非空話。
但只有有擔當、不忽悠的航空企業、航空人,才有可能實現這一偉大目標,為我軍提供真正能用、能打贏的戰機平台!
殲-10服役的新聞好像還沒有多久,短短几年裡,運-20也已經服役,殲-20服役的傳聞則時有所聞,直-20將成為中國的主力中型通用直升機。在一系列以「20」為序號的先進作戰飛機中,轟-20是明顯的缺失。9月1日,空軍司令馬曉天在長春空軍航空大學指出,「我們現在發展新一代的遠程轟炸機,將來你會看到的。」這會是傳說中的轟-20嗎?
轟20的想像圖
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