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为什么说翼身融合是未来飞机的发展趋势

2018-09-07 13:43 来源:科普中国-军事科技前沿 

  近日,中国商飞公司发布消息称,第二代翼身融合布局缩比验证机成功首飞。外界普遍认为新一代战略轰炸机可能采用类似构型,若中国研发隐身轰炸机,这种技术将成为重要支撑。

  什么是翼身融合?为什么它能成为新一代作战飞机的首选设计形式呢?

  自1903年莱特兄弟发明飞机以来,飞机在一百多年的历史里,出现过各种各样的设计。但截至目前,最主流的设计还是“圆筒+机翼”的传统构型,也就是一个圆筒、或者“变形”圆筒的机身,两侧是一对机翼,尾部再加上垂直及水平尾翼,在机翼和尾翼上还有襟翼、副翼、方向舵等操纵翼面。

  几十年来,大飞机设计,包括战略轰炸机、大型军用运输机和大型客机等,在新型号的研发上,也主要是在此经典的构型上进行微调,如修改机翼的翼形、提高升力,降低阻力,增加发动机数量或增大推力,或者换用更好的结构材料。

  经典构型之所以如此受欢迎,一方面是因为这种传统的构型经过几十年的发展已经非常成熟,人们对其气动特性已经了如指掌;另一方面,经典的外形设计经历了各种考验,安全性很高。

  不过,上世纪80年代,美国B-1战略轰炸机却打破了这一经典构型:机身中部的“圆筒”被明显压扁、并与机翼平顺衔接,机翼采用的是可变后掠机翼。这样的结构不但可以降低飞行时的阻力、增加机体内部的容积,更突出的优势还在于可以极大地减低飞机机体对雷达波的反射面积。

  有人计算,综合包括外形设计在内的各种隐身技术后,一架起飞重量210吨级的B-1轰炸机,雷达波反射面积不足上一代220吨级的B-52轰炸机的1/100。

  没过多久,更有创意的B-2轰炸机进一步打破了人们对飞机构型的想像,它采用无尾“飞翼布局”,犹如一只怪鸟,具有更加惊人的雷达隐身能力。虽然它的起飞重量也高达160吨,但雷达波反射面积只有B-52的1/1000,和一只飞行中的野鸭差不多。

  不过,创新设计的代价也十分惊人,由于技术过于复杂,B-1飞机的基本型B-1A没有正式服役,改进设计的B-1B在空袭行动中的出勤率也不及B-52的一个零头。至于B-2轰炸机,它20亿美元的造价,几乎相当于半艘核动力航母,也注定难以大量装备使用。

  但飞机设计师却从B-1等轰炸机身上看到了“翼身融合”的巨大优势,至此,“翼身融合”成为各类型飞机值得考虑的方案。

  其实,早在20世纪60年代,飞机设计师就提出了“翼身融合”的概念。所谓“翼身融合”又称翼身合一,就是把飞机的中央机体完全融合到机翼之中,“圆筒”和“机翼”之间的界限完全消失,变成类似飞行翼的外型。通过把机身、机翼和发动机整合到单一的“升力体”中,整架飞机都可以产生升力,同时显著减小阻力。

  与当前性能最好的传统设计飞机相比,“翼身融合”飞机可以节约燃油消耗约20%,自重降低约20%,而且机体内部使用空间更大,在相似的外形尺寸下载重量可以增加一倍以上;此外,由于机身机翼连接处没有明显折角,还能有效减少雷达波反射面积、提高隐身性。

  近年来,翼身融合正更频繁地走进我们的视野,越来越多的无人战斗机,以及超高声速飞行器等都采用了翼身融合技术。或许,不远的未来,翼身融合机会代替传统的“圆筒+机翼”,成为主流的战机构型。

  作者:肖春芳 宋雅娟 毕孝斌

[责任编辑:赵清建]

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