飞翼(造一架远轰真的不容易聊聊飞翼式气动布局)

admin 1009 2022-09-27 12:50:02

文/张龙山

如果说这个世界上有知名度最高的军用飞机,那么美国的B-2“幽灵”战略轰炸机一定不会被排在第二名。由于它是世界上现役唯一一款采用飞翼式气动布局的载人军用飞机,所以有着极高的辨识度,以至于有朋友一看到飞翼式布局的飞机就说这是B-2。

其实飞翼式布局的飞机并不少见,但是想要造出像“幽灵”一样使用飞翼布局的载人远程战略轰炸机还是有很大难度的。首先我们来聊聊什么是“飞翼”式气动布局。

“飞翼”式气动布局的定义

“飞翼”式气动布局指没有水平尾翼和垂直尾翼的布局,将机身,驾驶舱,机载设备以及所有载荷都融入到机翼中,整架飞机就像是一片会飞的机翼,“飞翼”因此得名。

亮相于建国70周年阅兵式上的攻击-11无人机采用的就是典型的“飞翼”布局。图片来源于网络

不同于常规气动布局的军用飞机,由于采用了这种特殊的气动外形,飞机的RCS(雷达反射截面积)将会非常小,这带给了采用这种气动布局的飞机无与伦比的隐身性。还是以“幽灵”为例,其实大家看到的B-2没有什么参照物对比,可能对它的体积没有什么概念,来看看下面这张图。

B-2的翼展达到了52.4米,比一个NFL球场还要宽一点

就是这样一个庞然大物,它的正面雷达反射截面积还在0.01平方米的级别。它的全向隐身性能在现代也丝毫不输隐身战斗机。这就是采用“飞翼”布局的优势。

此外,飞翼式气动布局还有其它气动布局无法比拟的气动效率。飞翼布局的飞机在亚音速飞行时有着很高的升阻比。(所谓升阻比就是飞机在飞行时升力和阻力的比例)飞翼布局接近全升力体概念,几乎每一平米的面积都用来提供升力。它把传统飞机的垂尾、平尾机身都取消了。可以想象一下一款常规气动布局的飞机在飞行时遇到的阻力来自飞机裸露在外的各个部件,而飞翼式飞机在飞行时就是一个机翼,其它的东西基本没有,阻力非常小,那么它的升阻比就会非常大。简而言之就是它更省油,能够飞得更远搭载更多的武器。这也是为什么B-2能够成为世界上最先进的战略轰炸机之一的原因,他的航程可以达到11000公里,而同为美军战略轰炸机的B-52也才16000公里。更何况B-2还有空中加油能力。

B-2与B-52战略轰炸机同框,体积对比一目了然

正在空中加油的B-2

“飞翼”布局的飞机很难造出来吗?

其实纵观世界,飞翼式布局的飞机有很多,比如说上文提到的我国攻击-11型无人机,还有美国的X-47B以及俄罗斯的S-70”猎人”,这些无人机都采用了飞翼布局。

美军X-47B

俄罗斯S-70“猎人”无人机

然而无一例外,他们都是无人机。得益于现代日趋成熟的飞控系统,无人飞翼机已经不是什么新奇的事物。对于载人飞翼布局的飞机来讲,最难的就是飞控系统。

对于采用常规气动布局的军用飞机来讲,它对于飞控的要求并不是很高。襟翼,副翼,方向舵,减速板等,各个部位各司其职,就算是哪个环节出了问题也不会直接导致“机毁人亡”。然而对于飞翼布局的飞机来讲,它对飞控系统的要求特别严苛。以B-2为例:

整个飞机的操控交给了位于后部的八片舵面。以转向为例,如果飞机要向一侧转向,那么一侧的舵面就张开,增加这一侧机翼的阻力,这时舵面就起到了方向舵的作用。如果舵面上下两片结合起来一起向一个方向偏转,一侧向上,另一侧向下,就起到副翼作用。如果飞机两侧舵面同时张开,那么就起到了减速板的作用。

说起来简单,实际操控起来非常复杂,只要一个环节出现了问题就会导致机毁人亡。这也是为什么我们只能看到飞翼布局的轰炸机或者侦察机,基本没有该型气动布局的战斗机。飞行员在操控的时候会觉得飞机十分笨拙。

德国于二战末期研制的Ho-229战斗轰炸机,可惜止步于原型机。在现代控制理论出现和应用之前,只能把飞机的重心压得非常靠前,设计成静安定布局才能让人为操控。抛开政治因素不谈,这款飞机的设计理念在当时还是非常前卫的。

2008年2月24日,一架编号为89-0127的“堪萨斯幽灵”号B2轰炸机从美军关岛安德森空军基地起飞时坠毁,随后被熊熊大火烧成了骨架。事后的调查则显示,这架“幽灵”在起飞前24个感测器之中的3个因水汽受损,测得错误的大气信息,导致飞控电脑错误计算起飞所需的飞行速度和上升角度,因此在起飞后飞行姿态发生改变,尽管飞行员努力弥补修改参数但最终还是于事无补。

坠毁后的B-2

这是美军历史上最严重的事故,因为一架“幽灵”的造价高达24亿美元(网络数据),这还是2004年的数据,折合人民币大概要12“薇”。由此可见,飞控才是制约载人飞翼布局军用飞机的最大障碍。

披着神秘面纱的我国未来战略远轰炸

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