美空軍決定研發(fā)翼身融合運輸機,這會如何影響未來軍、民機構型?
軍工資源網(wǎng) 2022年12月01日據(jù)報道,美國空軍計劃在2027年之前,完成對基于新型融合翼布局方案的運輸機全尺寸原型機的測試。
顯然,這一項目有兩個主要目的:一是大幅度降低運輸機油耗,二是提升此類飛機的戰(zhàn)場效能。
主要目標是降低油耗
在美國空軍所需的各主要能源中,基于石油來源的航空燃料占比達到80%左右。其中有相當一部分是被空中加油機所消耗掉的。
而發(fā)展融合翼運輸機項目的重要目標之一就是降低油耗。目前看來,這一目標符合近年來美軍在“環(huán)?!焙汀敖档吞寂欧拧鄙系恼邔?。
這一項目所附帶的減少戰(zhàn)場后勤壓力、降低總運行成本……等優(yōu)勢,相比其能源消耗上的優(yōu)勢倒是次要、而且在短期內難以實現(xiàn)的。
為了降低油耗,這種新的融合翼飛機必須實現(xiàn)飛行阻力的大幅減小。這需要氣動外形擁有遠超以往的效率提升——目前,美軍宣稱將至少提升30%以上。
洛馬公司的先進加油機假想方案之一,帶有顯著的隱身化和翼身融合特征。
基于早期設計制造能力限制、貨物尺寸等一系列原因,大型運輸類飛機最終都采用了相當近似的設計:獨立的筒狀大截面機身,翼下吊掛發(fā)動機的后掠機翼,帶有不同形式的水平或垂直尾翼的常規(guī)布局設計。這種布局“范式”在主流客機上表現(xiàn)得尤其明顯。
而設計路線的長期同質化,使得此類飛機在發(fā)展過程中,氣動性能的進步只能通過不斷的細節(jié)優(yōu)化累積來實現(xiàn)。因此目前來說,主流客機、運輸機和加油機在氣動性能方面的進展已經(jīng)進入了顯著的邊際效用區(qū)域——能挖掘的潛力已經(jīng)被挖掘殆盡,剩下的每一次細微性能提升,都要花費更為高昂的代價。
波音X-48B融合翼技術驗證機
目前來看,大型運輸類飛機要實現(xiàn)氣動性能的突破性提升,一個設計思路就是采用類似B-2、B-21翼身融合、升力體布局:讓原本基本上不負責產(chǎn)生升力、只形成阻力的機身,也發(fā)揮出機翼的作用。
也適用于戰(zhàn)場加油機
雖然美空軍聲明中僅提到了融合翼運輸機,但這種布局更加適合于加油機,因此不排除未來美空軍會基于這一構型改裝新型加油機。
從飛行器設計角度來說,單一用途的空中加油機對于機體外形布局形式的要求相當寬松。畢竟航空燃油是流體,儲存燃油的油箱可以設計成非常扁平的形狀。
因此,從戰(zhàn)場效能角度考慮,純粹的飛翼布局也非常適合于專用加油機,還能夠將戰(zhàn)場信號特征控制在較低水平。
從現(xiàn)代空戰(zhàn),特別是遠程作戰(zhàn)的戰(zhàn)術角度考慮,加油機等大型機種是維系整個作戰(zhàn)體系運轉的關鍵節(jié)點。
KC-767/KC-46采用了地板下運油,地板上面前面運貨、后面運人的設計布局。
但由于傳統(tǒng)構型的影響,這類飛機目標明顯,機動性較差,在戰(zhàn)場上必然是敵方的重點打擊對象——尤其是面對裝備有中遠程空空導彈的新型隱身戰(zhàn)機時,大型加油機的生存能力相當?shù)汀?/p>
從實戰(zhàn)經(jīng)驗角度來說,除非一方掌握了絕對制空權,否則空中加油機極少會貼近戰(zhàn)場一線,而是被部署在相對較遠、也較安全的后方。
這必然導致戰(zhàn)術飛機實際可用的航程和滯空時間顯著縮水,而且要花費更多的時間在加油往返上。
單純從技術角度來說,按照美空軍目前的時間表,基于B-2或者B-21平臺的改進設計,完成一款融合翼布局的隱身空中加油機并不難。
但在使用經(jīng)驗、作戰(zhàn)理念、以及長久以來形成的部隊結構等因素的影響下,美國空軍的加油機一直以來相當強調多用途能力——不僅要能運油,還要能運人、運裝備。
這一點則是目前基于轟炸機平臺的改裝方案所難以滿足的,也是至今為止美國空中加油機主力一直都以運輸機為平臺的主要原因。
顧及到這種背景,美空軍如果要獲得新型的運輸機和加油機,只能在兼顧綜合運輸能力的前提下,折衷貨艙尺寸與隱身化外形等因素,開發(fā)全新的平臺——而如果全新研發(fā),“于2027年前完成測試”這一任務節(jié)點就不那么容易保住了。
軍機,革新動力更強
單就融合翼構型來說,雖然波音、空客等主要航空制造商都曾發(fā)布未來設計構型,但并沒有真正投入主要資源進行研發(fā)。
相較于軍用運輸機,民用客貨機要擺脫現(xiàn)有的主流構型,困難更多:
民用運輸行業(yè)面對風險更脆弱、更敏感,特別是在直接涉及飛行安全的氣動和飛行控制等領域,針對突破性和顛覆性的技術改進,總體態(tài)度非常保守。
全新構型的平臺,其運營成本的大幅度降低是基于更長的市場周期而言;但在其發(fā)展初期,由于需要大范圍部署,以及與傳統(tǒng)差異巨大的技術人員培訓體系、完全不同的零備件和維護檢修體系,存在非常大的成本劣勢。
民用運輸行業(yè)嚴重依賴于各地機場基礎設施建設?,F(xiàn)有的機場廊橋等設施及其對應的工作流程標準規(guī)范,都是根據(jù)傳統(tǒng)構型客機設計的。
全新構型的客貨機,很難良好的兼容現(xiàn)有的設施和規(guī)范,而改變這一點,需要全行業(yè)上下的一致推動。
因此,如果要實現(xiàn)運輸機的新構型,從軍機入手顯然更容易成功、成本也更低。
未來客機要實現(xiàn)性能的大幅度提升突破,這種先軍后民、軍用帶動民用的模式,或許是成功的關鍵所在。