|
在两会期间,空军副司令王伟被记者问到轰-20,回答一句“快了”,弄得人们心潮澎湃。在歼-20、运-20、直-20之后,轰-20可能是最引人注目的缺失了。5 D6 ^* H! ^9 Z! ^
- y) D, T/ g2 F0 a2000年,空军司令刘顺尧在新加坡香格里拉军事论坛上提出,中国空军从国土防空转向“攻防兼备,首战用我”。2021年8月31日,中国空军新闻发言人申进科在珠海航展新闻发布会上表示,中国空军已经历史性地跨入战略空军门槛。从那时开始,人们对中国空军向攻势空军转型的具体含义不管怎么猜测,战略轰炸机始终占有关键位置。
% H$ R) ^$ y" g& s4 T; l# B4 s0 `6 i5 |" i6 u6 m3 V
多年来,轰-20的各种传闻一直不断。眼下,王伟也只说“快了”,并无更多信息,结果是各种猜测统统回炉。
5 {- V7 o8 {! y' W- t5 l% {/ R5 h
轰-20具有隐身能力,这大概是所有猜测中唯一的共同点。有了B-2和B-21的先例,轰-20很有可能是飞翼构型。一般认为是无尾飞翼,也有人认为是具有浅V形尾翼甚至可升降V形尾,可以在水平和浅V之间按需转换。! X; M5 \$ {9 Z: L' M: X
4 ]* ?8 P6 F! q0 ]- p3 O+ u- Q
可升降V形尾是有意思的构想。无尾飞翼需要用开裂式副翼产生不对称阻力来控制方向。即使在飞行方向不需要补偿的时候,也需要保持一定的开度,以保证一旦需要时动作灵敏,但永久性保持一定开度的控制面引起额外阻力。
% L- u% J$ b9 s+ \4 c- [( Q$ X: M& m3 h6 e
在理论上,可升降V形尾在升起状态下相当于常规的全动V形尾,可避免开裂式副翼的使用,提高方向安定性;放下到水平状态时,改用开裂式副翼控制方向,但尾翼与机翼在同一平面上,隐身较好。
' ?# }: J1 k. j# W: @
& a$ [( g5 P8 E但可升降V形尾不仅结构和机械上很复杂,气动和隐身上也可能鱼与熊掌兼失。在放平状态下,尾翼前缘和机翼后缘之间不可能严丝合缝;机翼和尾翼有各自的翼型,也不可能在接缝处做到气动上的连贯和平整。间隙不仅是隐身大患,还构成严重的局部气动干扰。在升起状态,差动副翼的阻力换成垂尾阻力,也未必有多大的优点,不同控制机制之间的无缝转换更是飞控难题。7 F: A! c$ p- p1 o. D
& I" F J z; \- [0 G6 ~9 Z2 e轰-20可能是直截了当的无尾飞翼。
3 O& f- i- K; B% ~1 \( {3 K5 `! t+ L1 @# H7 D1 {. C# p8 k) P
但最大的争议可能还是坊间给轰-20加上的超音速要求。
' U8 v! f; ?: j+ j! f; a- v; N3 @! A3 N e
无尾飞翼未必和超音速冲突,但超音速确实给无尾飞翼带来极大的困难。 n; f- }4 I9 l# v- M( c) o
, h5 k+ E3 G" {! O1 C1 h1 \8 N$ W
超音速要求翼型很薄,迎角很小,以避免过度的诱导阻力。迎角小不是多大的问题,但翼型很薄就问题大了。
h @& t, p5 ?7 ~2 f
5 H; A6 y* M, R% J飞翼的关键在于没有机体,所有结构和重量统统用于产生升力的机翼。也就是说,人员、载荷、发动机都需要在机翼内。很薄的翼型显然不利于容纳这么多东西。B-2实际上已经是不彻底的飞翼,中线部分大大加厚,用于容纳飞行员座舱、弹药舱、发动机舱。但B-2的机翼依然肥厚,翼内油箱有足够大的容积。5 T- q7 Q, C w; w+ B6 F, Q
# c- T) f/ y) ~! I) r/ \, K9 b换到超音速的薄翼型的话,翼内油箱就没空间了,迫使中央部分大大加厚,那时也就和没有垂尾的筒体-机翼构型差不多,谈不上无尾飞翼了。( z- D4 _( k. {5 J- G( `' t+ s( x
7 N, ^ q+ b7 R' v; R
另一个问题是配平。3 k, Y \9 e) U
5 x/ L) ?0 s: j
在各种速度、姿态、载荷下,飞机的重心和升力中心不会总是重合,需要平尾(鸭翼具有同样的作用,以下以平尾统一代表)配平,保持平飞姿态。$ w- ~- c' {1 J5 ~
1 w0 U7 L3 z; `# g
对于亚音速飞行来说,升力中心通常在机翼1/4弦长的位置,也就是说,从机翼前缘算起,在机翼宽度约1/4的地方。实际机翼较少用规整的矩形,弦长随展向上与机身中线的距离而变化,所以取平均弦长。升力中心一般认为在1/4平均弦长的位置。
' m* f: R& n( e4 T8 d% K# N
: b: Q# o6 ]# ?" _/ f6 h机翼升力中心与重心之间的距离就是需要配平的俯仰力臂。平尾升力中心与重心之间的距离就是平尾提供的配平力臂。机翼升力与平尾升力可粗略认为由各自的翼面积决定。配平是力矩平衡的过程。平尾越是远离机翼升力中心,需要的平尾控制面的面积越小。: e; k* E8 O4 C8 _3 K3 m
' Z+ c( G4 X7 V" y+ }6 E
但在超音速飞行时,由于激波的作用,升力中心会后移到1/2弦长的位置,也就是说,俯仰力臂突然加倍,导致严重的低头力矩,这就是“马赫埋头”现象。在早期突破音障的试验中,人们对“马赫埋头”现象认识不足,飞机刚突破音障就突然发生失去控制的俯冲,然后就是机毁人亡。$ @0 ?% E0 b$ A6 C4 J% z9 j
, ]! M4 \9 P: B- ]1 ]. U9 L$ X5 }: \
这有两个原因。
1 v& }8 G6 A- l0 H
+ O9 F/ y) B6 j$ }( p' e* ?6 e% m0 {首先,“马赫埋头”使得飞机不由自主地转入俯冲。% `. a Z0 I1 y1 @) W/ V8 O X
, ^6 Q4 e: _* u' k7 ^
其次,用于俯冲改出的平尾控制力矩不足。常规平尾与垂尾相似,前半是固定的,后半是可动的舵面。突破音障时,铰链线导致的激波屏蔽了舵面,使得改出控制非常不力,甚至完全失效。
3 z. b2 k# j$ I
/ I7 T! c6 @. Z在血的教训之后,超音速飞机的平尾改用全动平尾,在发生“马赫埋头”的时候提供足够的控制力矩。但最重要的还是保证平尾相对于机翼平均弦长有足够的控制力矩,也就是说,平尾位置要足够靠后。苏-27、F-22等超音速战斗机的平尾几乎完全“悬挂”于尾喷口之后,就是为了获得最大的平尾控制力矩。+ {' k/ J9 F: q1 i4 U" K
0 X: B+ W% G5 W5 L这只有筒体-机翼构型才可能。没有机体的飞翼在本质上就不可能有太靠后的“平尾”。对于“纯正”的亚音速飞翼,如果升力中心与重心位置大体重合,升力中心在1/4平均弦长,平尾(实际上是飞翼后缘的襟副翼)控制力臂的极限也就是3/4平均弦长,大大低于传统筒体-机翼构型动辄几倍甚至十几倍的长度。1 r1 a: x' ]1 J1 a/ v
1 R G0 |/ |1 s9 l& C7 `" {B-2的俯仰控制力矩不足是臭名昭著的问题,起飞和着陆时姿态奇怪地水平,部分原因就是因为难以拉出大迎角。设计要求从高空突防改为高低空兼优后,需要考虑低空抗阵风的问题,为此机尾改为复杂的“双W”外形,以尽可能增加靠后的水平控制面面积。B-21取消低空突防要求,只需要考虑高空,阵风补偿的要求大大降低,后缘恢复到B-2原始设计的简洁的“单W”构型。9 y. h, x" _( D, s- L) |5 |$ V* b$ s
; g* j8 i1 x' [& Q+ c, n9 e
超音速减阻要求的大后掠三角翼的后缘相对靠后,但平均弦长也相应增加,水涨船高,俯仰控制的难题还因为速度快、反应窗口有限而更难了。最大的麻烦则是升力中心现在后移到1/2平均弦长,平尾力臂比亚音速情况又损失了1/4弦长。也就是说,亚音速飞翼本来已经有俯仰控制力矩不足的问题,超音速的问题极大恶化了。
; e* x9 t, w; Y7 r
1 `8 S6 x3 Y7 Z0 X, O& i/ ^4 v/ M大大增加控制面面积,采用推力转向,甚至用前缘控制面与后缘控制面一起一抬一压,办法总是有的,代价也是大的。最终就是是否值得的问题了。3 W/ m6 i1 o2 P- a5 F
9 M7 Q. Y; c9 y( y% [轰炸机能达到超音速是有用的,问题在于代价是否值得。超音速作为突防手段早已过时,超音速对于打击时间敏感目标的作用则可由导弹的速度代替。要实现超音速,在百吨以上的飞机和几吨的导弹之间,后者要容易得多。如果使用高超音速打击导弹,轰炸机是否超音速更加无所谓了。
+ s' O: L5 d% W$ O0 _. V$ L( I) h2 x$ C8 H% e( n0 \
气动上的困难和缺乏实用价值,使得轰-20不大可能为超音速飞翼。
) V: ~) ^* a: T2 t' G6 G) Y' L6 x! C: ^9 H
轰-20最可能的构型依然是高亚音速无尾飞翼,在隐身、航程方面达到最优,在气动上也比较成熟。8 _( Y* W' Z; S4 n( v' Z3 q0 t( L! f
|
评分
-
查看全部评分
|