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未来军用飞机的发展方向?逐步普及的飞翼布局

2019-03-13 10:34 来源:科普中国-军事科技前沿 

  【现代军用飞机的“新设计”】

  编者按:

  纵观历史,战争是人类科技进步的重要推动力,这一点在航空工业的发展上体现尤为明显。从两次世界大战至今,各国迫于军事的压力,不断对军用飞机提出更高的要求。在高速迭代中,产生了许多“新设计”。即日起,《科普中国-军事科技前沿》推出系列作品,立足当下,展望未来,和大家一起聊聊未来军用飞机可能出现的“新设计”,欢迎关注。

  出品:科普中国

  作者:李小白(中国航空学会会员)

  策划:毕孝斌

  监制:光明网科普事业部

  飞翼式气动布局(以下简称飞翼布局)是一种科技含量高、技术难度大的飞机气动布局。飞翼布局飞机没有传统的平尾与垂尾,也没有明确的机身,整架飞机就是一款巨大的飞翼,整个飞翼又是一架飞机。人类对于飞翼布局的研究历史十分悠久,在二战时期就有了相关的实用性试验。经过几十年的不懈追求,飞翼布局逐步开始实用化,并被应用到新型轰炸机和新型无人机上。随着技术的发展,飞翼布局还将进一步普及,被越来越多的国家用作主力军用飞机的气动布局。

B-2轰炸机采用了飞翼布局

  操控与结构的设计难度

  传统的常规布局飞机有机翼和尾翼,尾翼又分为垂直尾翼和水平尾翼。机翼提供升力,两侧机翼的襟副翼差动偏转会形成两侧机翼的升力差,升力差引起飞机的倾斜,飞机倾斜后的一部分升力转化为飞机转弯的向心力。在飞机运作的整个过程中,水平尾翼产生的是负升力,控制飞机的仰俯,而垂直尾翼则修正飞机的偏航。

  飞翼布局飞机就是一整款大型的飞翼结构,尤其是没有尾翼十分难以控制飞行姿态。飞翼布局飞机的表面没有垂直尾翼、水平尾翼和腹鳍这些增加飞机方向稳定性的控制面,因此,飞翼布局只能通过位于机身前后缘的舵面和设于机身的扰流板操控飞机,而这种控制方式需要极其灵敏的操控和调节,这种调节也是持续不断进行的,单纯通过人类操控完全无法做到。

  保持稳定的控制仅是一个方面,飞翼布局的内部构造同样需要精准的设计计算。飞翼布局飞机的全部设备都布置在整架飞翼中,包括人员、货舱、燃油、机载设备、动力系统、起落架等,这些设备要根据飞机重心、设备运行效率合理布置,还要保证飞翼构型的强度。由于所有的人员设备都位于飞翼之中,飞翼的厚度要远厚于传统常规布局飞机的机翼。当飞行速度超过音速时,飞翼布局飞机的飞行阻力会急剧增加,影响气动效率与飞机稳定性,因此,以人类目前的发展技术,飞翼布局只适合用于对速度要求不高的飞机。

美国人在二战结束后就对飞翼布局轰炸机有过实用性研究

  电传操控引入,飞翼布局开始实用化

  飞翼布局的技术难度大,但飞翼布局的优点也十分明显。飞翼布局的载荷分部相对均匀,升阻比大,具有天生的大荷载、低阻力的优势,运输效率高。由于机身是一款飞翼,飞翼布局飞机的雷达散射截面积远远小于常规布局的飞机,对不同波段的雷达均会形成出色的隐身效果。总体来说,飞翼布局的优势大于劣势,在实际应用中可以很好的扬长避短。随着电传操控系统逐渐成熟,飞翼布局的操控问题得到了解决。飞行员将操控指令传输给计算机,计算机根据飞行数据完成高速精确的计算并控制飞机舵面。通过电传操控系统的引入,飞行员对于飞翼布局飞机就有了如同传统常规布局飞机的操控感。

B-2的起落架舱门可以在起降过程中充当飞机的垂直安定面

  人类第一款实用性的飞翼布局飞机是美国的B-2隐身轰炸机,B-2轰炸机巧妙利用了飞翼布局的各方面优势,隐身性能好、航程远、载弹量大。B-2机翼的减速板—方向舵非对称张开起到襟副翼的作用,对称张开则可充当减速板,在进入战区后,B-2还可以开启战区模式,紧闭减速板—方向舵,利用发动机的差动推力控制飞机。B-2的机身长度约B-1B与B-52轰炸机机身长度的一半,却能在载弹量、航程上与两者达到同一水平。加之强大的隐身性能,B-2轰炸机在突防能力上远超以往的战略轰炸机,可以穿透敌人的防空网,飞抵纵深地域执行打击任务。除了B-2轰炸机,美国的下一代隐身轰炸机B-21也沿用飞翼布局的设计,另据媒体报道,俄罗斯的下一代隐身轰炸机同样也采用了飞翼布局。

  更加广泛的使用,未来发展的方向

  不仅是大型轰炸机,飞翼布局也越来越多的被应用在无人机上。目前,美国、俄罗斯、中国、欧洲国家等航空业较为发达的国家,都展开了飞翼布局式无人机的研发。例如欧洲国家的“神经元”隐身无人机、美国RQ-170“哨兵”隐身无人机,较为著名的有美国X-47B技术验证机,X-47B验证了隐身舰载无人机技术,同时,X-47B还是一架完全由电脑操作、无需人工干预的无人机,将作战信息录入后,X-47B可以自行执行作战任务。

X-47B无人机

  目前飞翼布局应用最多、最有前景的还是在轰炸机与无人机,飞翼布局式运输机、加油机也正处于构想中。飞翼布局飞机的机动性差,无法满足战斗机对于机动性的要求,且飞翼布局不适合超音速飞行,在可见的未来,飞翼布局应该不会被用到战斗机上。而科技的发展是无人可以准确预知的,在航空业发达到一定程度后,飞翼布局的缺陷或许会得到有效的解决,飞翼布局也将被顺利应用到各式各样的飞机上。

未来飞翼布局飞机的构想

  划重点:

  1、飞翼布局是飞机气动布局的一种,飞翼布局飞机没有传统的尾翼,整架飞机就是一个大型飞翼构件,飞机所有的设施都设置安装在飞翼内部。

  2、飞翼布局很早就被人们研究过,但飞翼布局飞机的控制难度大、内部结构复杂,直到B-2出现才标着着飞翼布局开始实用化。

  3、飞翼布局的升阻比大、隐身性能好,优势十分明显,被越来越多的运用在轰炸机、无人机上。

  4、飞翼布局未来还可能运用在运输机、加油机上,但不适合对机动性要求过高的战斗机。

[责任编辑:赵清建]

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