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轰20隐身轰炸机研发揭秘 气动设计难度世界之最

发表时间:2017-02-21预览次数:3711次返回列表

中国正在研制轰-20飞翼布局隐身战略轰炸机,这已经不是秘密。

  虽然中国若干无人机、美军B-2轰炸机等早已使用这一飞翼布局,但轰-20轰炸机的研制难度依然令人乍舌。

   这反映在以下各个方面:

  一、纵向静稳定难以保证

  静稳定,粗略的说是指飞机在飞行中会趋向于稳定,当发生偏移时的飞机会趋向于回到稳定的飞行状态。在现代作战飞机中,特别是战斗机(例如歼-20),常常借助于复杂的自动化飞行控制技术,令飞机处在静不稳定的状态,这样飞机的机动性会特别的出色,但需要计算机搭配先进气动控制手段,让飞机不至于彻底失控。有的战机根据飞行状态、重心变化等原因,可能在静稳定和静不稳定之间游走,给飞行控制带来极大挑战。

  对于轰-20轰炸机,因为它考虑到隐身等要求,采用的是没有专门尾翼的飞翼布局,在保持静稳定方面有更大的困难 —— 这也是二战结束后若干美国飞翼轰炸机(例如XB-35)未能获得成功的主要原因,这种布局要保持飞行稳定实在太难了。

  常规布局的飞机,利用尾翼的正负升力,即可有控制的飞机的稳定状态。现代战斗机常常使用的翼身融合设计,一般有着纵向静不稳定的特点,但平尾可以很好的解决这一问题。可是轰-20轰炸机的飞翼布局,并没有平尾,全机气动焦点比较靠前,只能依靠其他更为先进、也更为困难的手段来控制。

  例如,对于实质上采用平直翼飞翼布局(后掠角太小)的飞机来说,需要在翼型下下功夫,包括了使用特殊弯度设计的翼型,或后卸载翼型来满足稳定控制要求。如果是后掠飞翼,则使用对称翼型或带有小正弯度的翼型,或略有后卸载的翼型。另一个重点是机翼的几何扭转、气动扭。通过这些方法,飞翼处于飞机重心后方的翼尖就有着尾翼的作用。

 

      不同后掠角的各种飞翼布局

  二,难以通过内部系统位置设计控制重心

  飞翼布局的轰-20轰炸机,实质上只有相对短的机身,因此机翼、机身等各个部分的位置和比例,要比常规布局的飞机更为固定。在设计时,如果改变常规布局飞机里各种系统的位置,可以较好的控制飞机重心,但轰-20轰炸机的设计难以做到一点。基本上,轰-20轰炸机因为需要配备一个靠前的驾驶舱、中后部的弹舱,发动机只能靠在中部两侧,油箱也只能位于机翼内部和机身较小的空间内,在纵向上改变各自相对位置的宽余度很小。

特别是在后掠角小、等同于平直翼的飞翼布局飞机上,这一系列困难使得气动焦点本来就非常靠前。而要进入静稳定状态,意味着重心还要在焦点之前,那么几乎就没有办法在机身后部安排更多设备或者弹药、燃油,这显然困难很大。因此后掠飞翼布局要更为广泛的获得采用,因为焦点没有那么靠前,便于将沉重的弹药、发动机等等安排到后部,而且重心改变时移动距离小。虽然轰-20后掠角将有限,但必然需要考虑这一因素。

三,轰-20轰炸机需要满足多种用途的复杂机翼

  由上所述,轰-20轰炸机的机翼不再是简单的提供升力,而是要负责提供纵向等等控制力,这让机翼设计进一步复杂化 —— 必须将两者综合考虑,才能设计出轰-20的机翼。前面提到,后掠飞翼布局对于轰-20轰炸机来说有着重大优点,但是它的重心位置不利于稳定与气动特性的综合结果,所以比起平直翼飞翼布局要更为难以实现。

  轰-20作为一种有着大展弦比的飞翼布局轰炸机,纵向稳定在飞机迎角变化时更为敏感,机翼需要有迎角限制、纵向增稳的技术手段控制,这样才能保证飞行员控制有力。进一步分析,飞翼布局机翼、机身作为一个整体,气流流场的变化要比常规布局飞机变化更多,这又是一个新的挑战。


  轰-20因为没有垂尾,横向静稳定也不如常规布局的轰炸机。但是就后掠飞翼布局的轰炸机而言,横向静稳定性依然在可以接受的范围,基本处于横向静稳定状态。但在航向稳定性上要复杂得多,因为没有垂尾,轰-20必然在航向上处于静不稳定状态。而且,机翼是很难产生较大侧向控制力的,轰-20这一飞翼布局的航向静稳定控制,主要依赖机体的气动设计,需要令重心之前的机体部分尽量产生较小的航向侧向气动力,也就是说这一部分前缘要尖锐、重心要适当靠前、座舱等外露部分要阻力较小,这样会减小控制航向静稳定的困难。此外可以借鉴B-2轰炸机起落架舱门兼任稳定面的设计。