设为首页收藏本站

爱吱声

 找回密码
 注册
搜索
查看: 2233|回复: 6
打印 上一主题 下一主题

[武器展望] 想象运30

[复制链接]

该用户从未签到

跳转到指定楼层
楼主
 楼主| 发表于 2024-7-3 08:21:38 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
运20是中国军用运输机发展史上的里程碑,从此中国军用运输机迈入世界第一梯队,换装涡扇20后,运20也将达到全规格能力。但光有运20还不够,中国还需要先进中型运输机。
5 P6 f* o3 c3 g+ }. ^2 J  n2 t% T
现在,中国空军中型运输机的任务由运8、运9承担。运9可以看作运8的深度改进型,两者的基本设计都是苏联时代的安-12,已经很老旧了。同时代的C-130还在用,最新改型C-130J也将长期使用。但这是欧美技术路径依赖的结果,而非最优选择。
2 \7 _# A* P! M( U5 W5 Y4 \& ~
5 o. B- ?. X( y: o$ X在2014年珠海航展上,出现了运30的模型,在外观和定位上接近空客A400M,但航展结束后就再没有后续消息。运30也是厂商自定型号,并非中国空军正式的型号。近来又有“新中运”的传说,但还是光听楼梯响、不见人下来。) E5 Y# V: W: O5 V* [" o
9 d, c. h$ D8 u& T$ J  h: u* ^8 b
A400M是不错的设计,相对于C-130而言,其货舱尺寸更大。一直以来,很多欧美新型战术装备为了能用C-130运输部署,只得削足适履,很影响性能和发展潜力。A400M也增加了载重量,这也是C-130的瓶颈。先进涡桨则提高了经济性,使得A400M具有更大的航程,适合现代战区空运的要求。; j  _8 a2 e4 o$ c$ M

4 v! X5 W4 D& Y$ q* J& s( W但A400M还是传统的筒体-机翼构型。一方面设计、制造、使用经验成熟,另一方面“机翼管升力、机体管运载”的分工成为气动效率的瓶颈。换发动机还算容易,换机翼都可以做到,但除了拉长,换机体就基本上不可能了。
$ Z# g" C2 H. {4 ^9 o0 n
( \( o$ T8 l* r$ }+ S9 _9 K很多年来,航空科技界在不断探索新的气动构型,没有找到能全面、完美替代筒体-机翼的构型。但这其中,翼身融合体(BWB)用于运输机最具潜力,美国空军已经指定新秀JetZero公司研制BWB技术验证机。. K- p  M9 ], T: W

2 a8 U; [5 R$ P  UBWB介于传统的筒体-机翼布局和飞翼布局之间。飞翼的整个“机翼”都既产生升力,也用于承载有效载荷(人员或者货物、弹药)。飞翼具有最高的气动效率,堪称“没有一克重量不产生升力”。这意味着同样的起飞重量可以得到更大的载重-航程,或者同样的起飞重量可以大大降低油耗。; e+ }- R- k2 [$ k- n! b1 p
1 _, g' i$ q2 s! |' T, I0 n( K
升力是飞行的关键。机翼是“以阻力换升力”的装置,升力需要克服重量,重量由有效载荷和结构死重构成。机体不产生升力,这就是死重。飞翼消除了机体的死重。减少升力需求降低了阻力的产生,这是飞翼具有最高气动效率的基本道理。, ]* ~8 n5 r( \! o& C! l& K
6 r3 g8 L) R/ i: ~1 P2 k" J! U
BWB具有规则但不一定是圆筒的机体,但机体与机翼之间高度融合,形成饱满的翼身融合体,在外观上和飞翼十分相似,只是“中央体”特别宽大、肥厚,也相对规整。规整的中央体包含运载有效载荷的机舱。与飞翼相比,BWB的机体也产生升力,只是气动效率没有飞翼高,但由于相对规整的机舱,运载有效载荷的能力比飞翼高。
) U5 V2 o; E: \8 R: o
3 d$ B, r& t7 u' hB-2一般认为是飞翼,其实也可以看作某种BWB,因为有效载荷并非分布在整个翼展,也是集中在中央体的内部。只是B-2缺乏明显的中央体,中央体到机翼是完全圆滑过渡的。典型BWB还是能隐约看出机翼和机体的分界线。, G5 l/ g0 r$ S# t8 Y9 Q3 h# l" u

2 k) ?: T* F) _7 EBWB在80年代后期就得到研究,波音曾寄希望于BWB成为下一代客机的构型,还在NASA资助下研制了X-48研究机,获得大量有用的数据。BWB作为客机的问题和飞翼客机一样,中间旅客的感受很糟糕,正常登机离机的路线不顺,紧急疏散的问题更大。9 c& O3 y! s  X4 r
+ N- u3 `' p; U2 x0 W6 E$ E) m

* c9 w  R0 j8 z9 c6 n. ?9 e但作为运输机,这些都不是问题。宽大的机舱还有便于运载尺寸大但是重量并不大的货物的好处,很多军用装备正是这样的,如机动雷达和机动导弹发射系统。. L. g+ W& L9 p. q- {9 g# j

5 G. x9 E5 i) C* ^2 Y, ^5 Q更重要的是,BWB具有更好的隐身外形,可能成为下一代加油机的气动构型选择。( [- M  [. Y( b+ G9 u/ k* Z
8 g% t6 `, a( \, o9 d9 D1 o
说一千道一万,隐身的关键在于“一小抵三俏”。隐身措施可以掩盖庞大的雷达反射特征,但更小的物理尺寸才是更好的起点。最理想的隐身飞行器是圆盘形,但飞碟的问题比飞翼还要多,离实用化太遥远。飞翼对于装载不友好,BWB就是退而求其次的选择。  q+ g( s- J" M4 f, u3 r) U
9 P2 P* t6 E7 ^# L. d4 t  U
隐身对运输机很重要,但对加油机更重要。
& M; o- Y2 ?9 v. d3 C
5 a0 U" z" s) c/ C9 @9 v! i加油机对空中战场的重要性不言而喻,不管是战斗机、轰炸机,还是运输机、长航时无人机,都有旺盛的空中加油需求。但加油机的战场生存力越来越成为大问题。
1 j( E% }- F! m, b" O' n3 r" r  i' p5 F# j; \( k
所有飞机都有起飞后立刻空中加油的需要,以避免最大起飞重量对多载油还是多载弹的困扰。已经飞起来后,速度大大超过滑跑起飞状态,机翼升力大大提高,增加飞机重量不再是问题,但航程增加是显然的。起飞后的空中加油还补上了起飞中的耗油,这是最耗油的阶段。
7 m9 I( `% I5 ~% \5 U$ F/ b* V7 A/ F+ ~9 t. K; F6 Q5 {; @
起飞后加油只需要量大管饱,生存力没有特殊要求,什么加油机都可以。但对于战斗机来说,典型的战区空中加油方式是在战场边缘。战斗机在战斗间隙脱离战场,空中加油后返回再战。对于轰炸机来说,空中加油可能在出击和返航的中途,往往超过自己战斗机控制的区域。3 h) ^& F* Q) S5 m7 g6 |
- v% K9 r0 l7 q5 P9 v
传统加油机以效率为基本考虑,民航客机为基础的加油机大行其道。军用运输机为基础的加油机具有野战机场起落能力的优点,但经济性不及民航客机为基础的加油机。然而,这两类加油机在空战战场边缘几乎没有生存力可言,敌人战斗机既可以奔袭,也可以用超远程空空导弹吊打。前者还可能通过战斗机护航应对,后者就很少有办法了,即使护航战斗机舍身救主,具有较高目标分辨能力的先进空空导弹都未必上当。
& ^  {3 S9 U5 q& M; `% p4 O3 l& Q( Y/ d0 B# I3 p4 s% `
加油机一旦被击落,很多亟待补油的战斗机就可能因为油尽而坠毁。加油机安全已经不止是加油机的生存问题,还是整个空中作战体系的生存问题。$ z  z  O6 J8 t  p, J5 S

7 L% u2 s' o+ s4 v' T隐身加油机成为美国空军的研究话题已经有一段时间了,但在战略重点转向亚太后迫切性大大提高,BWB成为优先选择,JetZero的BWB技术验证机就有隐身加油机的背景。隐身加油机对中国空军也同样重要。中国战斗机要前出到第一岛链甚至更远,很难回避加油机的生存力问题。2 ]9 S1 a; Z4 t" n' ^  s
# F! C% i: s9 C! n- p' ~* M
JetZero的BWB技术在Z-5设计方案中集中体现。这最初是从民航客机入手的,定位于波音“新中客”(NMA)的要求,也就是说5000海里(略超过9000千米)的航程和250人的载客量,与波音767同级。Z-5翼展为61米,与A330相似,但长度只有波音767的2/3不到,结构重量和动力要求只有波音767的一半。换句话说,可以用波音737一级的动力(比如通用电气LEAP或者普惠PW1000G)达到波音767一级的运力。: O$ l0 U  G: p1 Z

4 X1 z1 o. |- d6 v5 f作为加油机,BWB提供宽大的机内容积,较低的结构重量和油耗也意味着更大的可转移燃油量。JetZero声称Z-5为基础的加油机可以达到KC-46一倍的可转移燃油量。
3 o+ z) I% e# n& O8 W  S8 E! R/ i5 Q$ K* S: j% S; I( ]
宽大的机内容积还为未来氢动力提供可能。氢动力最大的问题就是难以找到足够的机内容积,来携带足够的氢燃料。; `5 h& r6 k* Y6 y9 X8 @8 _
* _7 ~, C1 d5 G- K2 A: u& h
BWB特别宽大的机体意味着很宽的主起落架轮距,特别便于采用降低对跑道压力的多轮起落架,有利于提高起飞重量。传统运输机要采用多轮起落架,只有安装在有利于受力的机体下。但机体宽度不够,只得在机体两侧设计巨大的鼓包,在气动阻力和重量上都要付出很大的代价。
" H* D5 h# t3 }4 c! ^" a8 S! N: O& u5 b% S/ n; [  D9 d
BWB没有这个问题,可以直接在腹部安装多轮起落架。如果只要求在高标准跑道上起落,也可以采用更加轻巧和常见的支柱式起落架。
; @& f( W. f- T! w! \1 T8 G# N, B$ \* V
BWB有一点“机体”长度,所以后掠翼翼展较大也不至于出现翼尖远远超出“机尾”,导致升力中心在重心之后太远的问题。大翼展、小展弦比对升阻比的好处是显然的,大翼展后掠翼BWB比大翼展后掠翼飞翼在气动上容易安排,洛克希德“暗星”无人机采用平直翼,部份原因就是没法解决后掠翼的升力中心和重心相对位置的问题。6 ~/ l5 P% ^/ p, {# H/ A

5 b7 p' p' p  u" k宽大的中央体还使得发动机位置容易解决,扁平、宽大的鸭尾体上方正好可以方便地并排安装发动机,单发、双发、三发都不成问题,完全看动力需要。发动机尺寸也不受限制,大直径的高涵道比发动机没有翼下离地净空问题。
6 f! S9 B  I# O3 R8 ~; t4 ~, x' o9 w3 z& m$ U. l: F
背部发动机还有利于抽吸BWB上表面的附面层。附面层是空气粘性导致的机体表面的呆滞气流。在理论上,气流速度在机体表面处为零,随离机体表面的距离而增加,最后达到自由气流的速度。速度分布可看作抛物线形,附面层的厚度则为机体表面到自由气流速度的距离。
1 y6 i" y; t! \& @9 ]! q
2 z' h" k9 k. o% Q附面层内气流速度与自由气流速度的差别意味着“拖后腿”,这就是阻力。飞机的迎风阻力不仅由机体和机翼造成,还有附面层这个肥厚的虚拟套子造成。由于空气粘性,附面层沿气流流经的长度逐渐堆积。因此,机翼上的附面层还不是最大的问题,长长的筒形机体的由前向后的附面层堆积才是大问题。9 N4 n& P$ p! I
6 d. H0 I: T0 ]* b5 M: p
飞机减阻的一个热门研究方向就是附面层抽吸(BLI)。BLI把机体表面的附面层通过抽吸而拉动起来,动摩擦低于静摩擦,附面层的阻力就小很多。流动起来的附面层也因为速度差异减小,降低附面层厚度,同样降低阻力。
! u' {: j: @: Q. e/ d8 s4 n# `3 e+ v" ?/ B5 |0 t' U2 r
BLI通常由环绕机尾尾锥的超大涵道风扇实现,将整个机体的附面层一起抽动。退而求其次,可以只抽动机体上表面,这还有增加上表面气流速度和产生一点升力的好处。BWB的机尾上方发动机正好起到一定的BLI作用。# {! y; i2 k6 _3 l$ @% t

1 P& v! y4 i$ d1 h理想BLI需要更加均匀的抽吸,但有总是比没有好,80:20才是工程上的正道。
. k$ i/ `- {) ~: I9 X0 _7 C6 I, @7 r5 @, `9 c  A  d3 I# ]
BWB的鸭尾体也使得运输机尾门比较容易安排。传统运输机的筒形机体必须有一定的长度,才能提供足够的载货空间。但运输机为了地板低,起落架只能尽量短,反而由于尾锥的离去角限制而使得筒形机体从中后部就开始压扁,形成机尾下方的斜坡,便于安排尾门和装卸斜板。
. |2 G/ ~8 a5 K& S  {3 u
! b6 |2 j, T; k0 F1 d  O1 S这个斜坡使得机尾气流十分复杂。下表面气流沿着斜坡往上爬。另一方面,尾门和装卸斜板的尺寸使得尾锥的“双肩”很宽,最终的气动整合使得机尾的“鸭尾体”实际上略高于机体顶部,形成不大不小的“驼背”。机体上表面的气流流到这里,被“驼背”一劈为二,向侧下流动,与沿着斜坡往上爬的气流混合,形成复杂的机尾涡流。& _4 d9 x  A, @" w" z, O8 x. Y# c0 p: U
) _/ }% ]3 w' i2 B- E  J" v) G
对于飞机来说,所有对升力和推力无用的气流搅动最后都反映为阻力。有研究在C-130的机尾两侧增加扰流片,梳理复杂的气流,降低涡流阻力,也改善空投时的机尾气流流场。7 s' G2 w# b' A# V/ y1 R1 q' T

4 M" Y& S$ k" b3 y% YBWB的“机体”短得多,离去角的限制也小得多,尾门和装卸斜板与机尾的气动整合简单得多。宽扁的机尾使得后体气流主要向后流动,向两侧的涡卷减少,额外气动阻力也相应降低。
* S& [9 i6 u( B+ }鸭尾体的后缘正好是俯仰控制面的位置,因此不需要专门的平尾。如果飞控与发动机控制相整合,垂尾也可以省略,降低飞行阻力,也进一步改善隐身。
, ~! M5 ?1 L. y7 F; C( E. B' Q; l4 J* M9 @
鸭尾体也对发动机噪声和喷口温度形成良好的屏蔽。屏蔽噪声对军用运输机和加油机不太重要,但屏蔽喷口温度对降低红外制导防空导弹的威胁有用。如果鸭尾体两侧再增加浅V形尾翼,可以进一步改善屏蔽,并增加偏航安定性,降低飞控难度。! E. B& K# n4 ^& i3 @* c1 g  w. j

/ Y/ u" B1 R  R, k- d但是BWB俯仰控制力矩短的问题比飞翼好一点,但还是存在,起飞时拉起困难。为此,JetZero采用像法国舰载“阵风”战斗机的可弹出前起支柱,在起飞时弹出、伸长一米,使得迎角增大6度,帮助起飞中的拉起。8 P8 c7 K! E6 L$ }& L/ W

; H: J& @5 o% l0 fJetZero的Z-5是BWB客机,为此进行大量研究。在解决旅客憋闷感方面,除了尽量在前缘开窗外,还利用宽大的“顶棚”大量开设天窗,增加透光。这降低了舱内的憋闷感,但不解决向外视界问题,只能用更多的数字技术通过虚拟机窗来补偿。
3 Y  Y' T( z; B! c9 L% `# G: u  p5 |
在登机、离机方面,较短的机体和多条平行的走廊实际上加速登机和离机。在紧急疏散方面,只有通过机顶紧急出口和自动放下的短梯满足要求了。
% E9 W2 |8 j8 [: i
6 q, N1 T9 [7 }& R5 Z但BWB客机还很遥远。空客的A321XLR达到200座、4500海里的水平,很接近NMA,暂且不会上马BWB。波音NMA则由于技术问题和737MAX危机而搁置了。6 ]' U& k+ H, d+ ]' ?' j- N

9 ^, ]# ^& u1 e美国空军的着眼点是加油机,中国空军加油机和中运都需要解决,BWB是值得考虑的切入点。尤其是中国已经解决了涡扇20的量产,这正好是LEAP同一推力级的发动机。中国还在研制CJ1000,这不仅在推力级方面和LEAP相当,在省油和技术水平方面也相当。7 N7 e3 z; N- o' y( b
$ `6 C& v" d) W7 t- m
BWB需要解决非圆筒复材结构的设计和制造问题。中国在2009年购入奥地利的FACC公司后,起点大大提高。FACC是世界上航空级树脂传递模塑(RTM)技术的领先企业,也是空客等主流航空航天企业的主要供应商。8 O0 S6 z: Y+ M! N$ T- p0 T

* R" x& ^4 ?0 l& w1 R3 F& hRTM用于复材成型,将树脂注入到闭合模具中浸润增强材料并固化,不用传统的预浸料、热压罐,有效地降低设备成本、成型成本,而且适合大型件的制造。
8 `: o7 |5 v% B0 T
$ `( E( D4 `! S7 `) @在多种军机和C919的设计、制造中,中国已经积累了大量的复材设计和制造经验,RTM是如虎添翼。C919没有采用复材中央翼盒很出业界意料,但C919是中国第一次独立、完整地设计大型民机,在技术上走金属中央翼盒路线是稳妥的,没有必要一口吃成胖子。但一顿一顿吃下来,是时候吃RTM这顿大餐了。2 ]% Q$ y; j0 }5 S8 Q3 U& Z/ d0 N

0 M% l8 W  m" t3 }1 N; x运30也是中国航空由赶变超的契机,运油结合更是是独特的机会。加油机已经进入新思维,不再是越大越好,而是适中、高生存力为好。少量、大型的加油机人为制造空中拥挤,也容易成为敌人打击的节点。分散化不仅是作战平台的需要,也是加油平台的需要。: z* Z0 I5 x. f, d; X' W+ s- p5 ~
, q, v9 s! E" R! f& q) `
中型、隐身、节油的运30更是海上巡逻机、预警机、远程电子战飞机等特种飞机的理想平台,宽大的机舱特别适合容纳任务设备和机上人员。0 T- L$ N9 Y1 x3 y" A! G& E

1 |" a! Z( A* ]  n- ]+ M' q运30,值得期待。  h$ ]0 _2 E8 {- S, W4 J

评分

参与人数 6爱元 +58 学识 +2 收起 理由
方恨少 + 12
住在乡下 + 6 涨姿势
pcb + 4
老票 + 18 + 2
勤劳工作的猪 + 10

查看全部评分

  • TA的每日心情
    开心
    2025-5-12 23:57
  • 签到天数: 300 天

    [LV.8]合体

    沙发
    发表于 2024-7-3 09:20:05 | 只看该作者
    呼唤教主~
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

    该用户从未签到

    板凳
    发表于 2024-7-3 11:40:38 | 只看该作者
    本帖最后由 沉宝 于 2024-7-3 11:42 编辑
    ) y0 e7 c0 n) y+ j0 ^" i2 z9 s! _5 B& A
    6 s: t  o9 V! G: O( `# M; B给晨大配图
    $ d6 Y! v/ i% T5 U) b. r% n5 A4 P3 s, e# o! \2 @

    0 C% Y. T4 S( U9 O
    ) v5 T+ j9 Z5 f; b2 f: p3 W& Z6 [7 u% R
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

    该用户从未签到

    地板
     楼主| 发表于 2024-7-3 12:07:01 | 只看该作者
    沉宝 发表于 2024-7-2 21:409 R7 F+ I# I, a: f: n
    给晨大配图

    ' e8 {$ m5 \+ p3 }图看不到
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

    该用户从未签到

    5#
    发表于 2024-7-3 13:58:16 | 只看该作者
    晨枫 发表于 2024-7-3 12:07; n* |, Z: t7 Y$ m) Q
    图看不到
    8 L. E  ~4 l! w5 j7 ^
    你描述的鸭尾体两侧再增加浅V形尾翼的设计其实更像这一架

    点评

    油菜: 5.0 给力: 5.0
    涨姿势: 5.0
    油菜: 5 给力: 5 涨姿势: 5
      发表于 2024-7-4 06:52
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

    该用户从未签到

    6#
     楼主| 发表于 2024-7-3 14:35:35 | 只看该作者
    沉宝 发表于 2024-7-2 23:58
    4 @! q& g* S* y7 z2 T* {你描述的鸭尾体两侧再增加浅V形尾翼的设计其实更像这一架

    6 X, _0 o* K9 b1 W- F- h, j% L确实挺像
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

    手机版|小黑屋|Archiver|网站错误报告|爱吱声   

    GMT+8, 2025-7-24 00:18 , Processed in 0.037080 second(s), 18 queries , Gzip On.

    Powered by Discuz! X3.2

    © 2001-2013 Comsenz Inc.

    快速回复 返回顶部 返回列表