美空軍決定研發(fā)翼身融合運(yùn)輸機(jī),這會如何影響未來軍、民機(jī)構(gòu)型?
軍工資源網(wǎng) 2022年12月01日據(jù)報(bào)道,美國空軍計(jì)劃在2027年之前,完成對基于新型融合翼布局方案的運(yùn)輸機(jī)全尺寸原型機(jī)的測試。
顯然,這一項(xiàng)目有兩個主要目的:一是大幅度降低運(yùn)輸機(jī)油耗,二是提升此類飛機(jī)的戰(zhàn)場效能。
主要目標(biāo)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(dá)到80%左右。其中有相當(dāng)一部分是被空中加油機(jī)所消耗掉的。
而發(fā)展融合翼運(yùn)輸機(jī)項(xiàng)目的重要目標(biāo)之一就是降低油耗。目前看來,這一目標(biāo)符合近年來美軍在“環(huán)保”和“降低碳排放”上的政策導(dǎo)向。
這一項(xiàng)目所附帶的減少戰(zhàn)場后勤壓力、降低總運(yùn)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(nèi)難以實(shí)現(xiàn)的。
為了降低油耗,這種新的融合翼飛機(jī)必須實(shí)現(xiàn)飛行阻力的大幅減小。這需要?dú)鈩油庑螕碛羞h(yuǎn)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(jìn)加油機(jī)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(shè)計(jì)制造能力限制、貨物尺寸等一系列原因,大型運(yùn)輸類飛機(jī)最終都采用了相當(dāng)近似的設(shè)計(jì):獨(dú)立的筒狀大截面機(jī)身,翼下吊掛發(fā)動機(jī)的后掠機(jī)翼,帶有不同形式的水平或垂直尾翼的常規(guī)布局設(shè)計(jì)。這種布局“范式”在主流客機(jī)上表現(xiàn)得尤其明顯。
而設(shè)計(jì)路線的長期同質(zhì)化,使得此類飛機(jī)在發(fā)展過程中,氣動性能的進(jìn)步只能通過不斷的細(xì)節(jié)優(yōu)化累積來實(shí)現(xiàn)。因此目前來說,主流客機(jī)、運(yùn)輸機(jī)和加油機(jī)在氣動性能方面的進(jìn)展已經(jīng)進(jìn)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(xì)微性能提升,都要花費(fèi)更為高昂的代價。
波音X-48B融合翼技術(shù)驗(yàn)證機(jī)
目前來看,大型運(yùn)輸類飛機(jī)要實(shí)現(xiàn)氣動性能的突破性提升,一個設(shè)計(jì)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(fù)責(zé)產(chǎn)生升力、只形成阻力的機(jī)身,也發(fā)揮出機(jī)翼的作用。
也適用于戰(zhàn)場加油機(jī)
雖然美空軍聲明中僅提到了融合翼運(yùn)輸機(jī),但這種布局更加適合于加油機(jī),因此不排除未來美空軍會基于這一構(gòu)型改裝新型加油機(jī)。
從飛行器設(shè)計(jì)角度來說,單一用途的空中加油機(jī)對于機(jī)體外形布局形式的要求相當(dāng)寬松。畢竟航空燃油是流體,儲存燃油的油箱可以設(shè)計(jì)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(jī),還能夠?qū)?zhàn)場信號特征控制在較低水平。
從現(xiàn)代空戰(zhàn),特別是遠(yuǎn)程作戰(zhàn)的戰(zhàn)術(shù)角度考慮,加油機(jī)等大型機(jī)種是維系整個作戰(zhàn)體系運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。
KC-767/KC-46采用了地板下運(yùn)油,地板上面前面運(yùn)貨、后面運(yùn)人的設(shè)計(jì)布局。
但由于傳統(tǒng)構(gòu)型的影響,這類飛機(jī)目標(biāo)明顯,機(jī)動性較差,在戰(zhàn)場上必然是敵方的重點(diǎn)打擊對象——尤其是面對裝備有中遠(yuǎn)程空空導(dǎo)彈的新型隱身戰(zhàn)機(jī)時,大型加油機(jī)的生存能力相當(dāng)?shù)汀?/p>
從實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)角度來說,除非一方掌握了絕對制空權(quán),否則空中加油機(jī)極少會貼近戰(zhàn)場一線,而是被部署在相對較遠(yuǎn)、也較安全的后方。
這必然導(dǎo)致戰(zhàn)術(shù)飛機(jī)實(shí)際可用的航程和滯空時間顯著縮水,而且要花費(fèi)更多的時間在加油往返上。
單純從技術(shù)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(jìn)設(shè)計(jì),完成一款融合翼布局的隱身空中加油機(jī)并不難。
但在使用經(jīng)驗(yàn)、作戰(zhàn)理念、以及長久以來形成的部隊(duì)結(jié)構(gòu)等因素的影響下,美國空軍的加油機(jī)一直以來相當(dāng)強(qiáng)調(diào)多用途能力——不僅要能運(yùn)油,還要能運(yùn)人、運(yùn)裝備。
這一點(diǎn)則是目前基于轟炸機(jī)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(jī)主力一直都以運(yùn)輸機(jī)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(yùn)輸機(jī)和加油機(jī),只能在兼顧綜合運(yùn)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(wù)節(jié)點(diǎn)就不那么容易保住了。
軍機(jī),革新動力更強(qiáng)
單就融合翼構(gòu)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(shè)計(jì)構(gòu)型,但并沒有真正投入主要資源進(jìn)行研發(fā)。
相較于軍用運(yùn)輸機(jī),民用客貨機(jī)要擺脫現(xiàn)有的主流構(gòu)型,困難更多:
民用運(yùn)輸行業(yè)面對風(fēng)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(lǐng)域,針對突破性和顛覆性的技術(shù)改進(jìn),總體態(tài)度非常保守。
全新構(gòu)型的平臺,其運(yùn)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(shù)人員培訓(xùn)體系、完全不同的零備件和維護(hù)檢修體系,存在非常大的成本劣勢。
民用運(yùn)輸行業(yè)嚴(yán)重依賴于各地機(jī)場基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。現(xiàn)有的機(jī)場廊橋等設(shè)施及其對應(yīng)的工作流程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,都是根據(jù)傳統(tǒng)構(gòu)型客機(jī)設(shè)計(jì)的。
全新構(gòu)型的客貨機(jī),很難良好的兼容現(xiàn)有的設(shè)施和規(guī)范,而改變這一點(diǎn),需要全行業(yè)上下的一致推動。
因此,如果要實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸機(jī)的新構(gòu)型,從軍機(jī)入手顯然更容易成功、成本也更低。
未來客機(jī)要實(shí)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(guān)鍵所在。