设为首页收藏本站

爱吱声

 找回密码
 注册
搜索
查看: 1819|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。
$ V: V( L2 X, |0 l7 F9 Z! h, W
* K8 T8 F6 l  i; j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。
1 h* {% F, n& u9 W4 \9 T0 V% \+ W" [/ \4 D) T
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。, k6 _5 l" }1 M" m; _  O* |! Y

: k2 n+ |6 X& u! NA400M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。" F- M* N! }4 m" p+ f/ }
* F5 r- r7 S; }2 i/ \" _5 t' o
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。
9 A$ B) {& P, w3 j" p
4 ]( e' o/ N. Y( Z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。8 o  ~- A3 G. u

/ J& l8 u9 O7 {/ s" k# jBWB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。* V' a% L4 H+ L) D' k
- C3 V0 B- T, z% s: d' {* r# k+ L; r
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。
& _" z' I, O6 S3 v2 D2 z) d$ ^
3 \$ ^+ L9 I8 x, w$ \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。
+ J% i: v1 D( Z& v' n. E6 o! |, K+ v% b8 L: m  ]+ n
B-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。8 m$ T2 R$ w* K5 _1 p: G
  f, T; K2 k- r1 c4 W
BWB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。
# g4 h0 T3 D( M. x) y" @1 Q3 h! ^+ M; A, x/ }- K; U  w

. q# x+ X1 d+ U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。
3 i  U( F8 k; d* ?1 H" j% ~3 [: b
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。
* x* G+ ~( U2 T2 x3 Q& ^1 K' \& I: y3 p+ |
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。
) ?% t  z  S/ Z/ J" _: Z; h$ b- ~0 e3 \4 n
隐身对运输机很重要,但对加油机更重要。7 F2 x# i5 B6 X! d. J  k

6 M/ \& i2 ~+ m, |7 F/ l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。7 `5 s2 o9 U. \& O
; @% {. f: y; O5 S% n, D  r
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。
+ d& \9 G% ]: i: T8 x- j
- c; F0 k9 J# g1 y0 J5 D7 h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。8 ]& z+ P. U/ j1 k9 k# p
" s" B: l6 D7 E4 x1 Q9 u6 b  r+ _
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。! i# |6 |$ b+ \; x) `
/ k& S2 E+ o' b. k7 W
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。& u+ d. V8 v, T& t# G" |3 I
7 U; r, X3 n8 z" f0 Y
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。
4 r# ~3 q6 d# P( W- u$ Z  H( A
2 m- ]0 ]. ]* e2 `2 h2 x1 E# XJetZero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。9 ]  d- |# W) D8 r9 n
- m; N1 v# f) ^! {. h
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 \9 ]# J) I, j) Z$ x
. q* p9 J8 i  A& U7 c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。
% n( H* P: x6 @7 D
7 H% e9 \  e3 Y9 U4 `; ?6 JBWB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。5 D5 G7 Z3 r8 v) j& Z( X

7 {: @" o6 G8 z) _0 A9 j3 R7 v9 v8 \8 VBWB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。
' e+ h9 R( b+ i: d; L9 C" k
: T( Y# V4 b/ U9 P" E6 gBWB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。& W% z; z+ h, s6 k: {* J

' ]9 Y6 |/ v) |) e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。8 H1 t! P1 D& T+ ~
6 i4 M6 Z+ o0 B$ e. |( g9 y1 i
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。' d9 \8 j7 y# r+ ?+ p5 r3 c" w

* v1 B' N: ]' O3 E' ]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。1 r/ _2 O! h+ \7 r. b- B& J

$ U% F6 ]9 [# |$ h# R  @  S- D) c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。
/ q* `7 O$ `3 ~' o: j0 o
; O( E# q+ v& N5 L0 D# ZBLI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。& d& C8 O& {& P$ f6 c

) G' q( I$ [) v1 C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。, V( ?4 L' p3 C* i/ V# f
4 `8 K0 ?* L  ]4 ^* y3 k
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。
, z/ M+ p& W: x, T' n/ L$ g2 p1 s7 P& _+ \% l: ^- r
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。6 V, G: s, ]8 I3 r/ P# |

/ o% M* u9 l+ P$ j7 O6 N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。
0 J* g6 `0 t! v" ^8 i+ r$ T* g) G6 Y& K
BWB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。4 k! l& \( [4 t2 K; f% K2 u) G
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。
; Z8 I0 C" {3 o' q+ P$ O+ U$ S, d7 k3 b4 R6 D1 l
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。
5 {2 |" L% f5 l4 Y7 t7 m% C
  l) t) X; g$ N3 g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。: a% b0 K4 W7 t3 j4 }( H! J
+ h0 W0 N/ Y' s( c% R" k" Z
JetZero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。; k. K  r5 ~0 r" \4 F4 [- P" @

6 j1 n& S) c5 Q" @% Y$ i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。
# z9 P6 z, F7 m4 ]9 `- l
/ C/ Q3 }! R8 J" B: z! G% k! e  K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。8 g) z' q' e! o

" B+ i* o4 C0 r6 S5 s1 W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。
6 M  ^  S3 r$ y' ~6 P1 ]9 D! j# c( M: w2 Q( i( ?
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。1 C( b0 P8 N9 P! e1 @) e4 ^) Z, @
6 y3 s6 ]4 R  M$ @8 m6 v/ j
RTM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。
; J5 v- L4 C1 C3 Z" w2 A, h
3 _) }0 b& t1 y; S0 C7 u  U3 d  [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。
& C9 k! d0 j: h  @9 l) D4 v) H6 I5 ]; ]2 m. N: y
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。
& s0 K, ~' e4 d$ J! G4 f) U
3 S5 }+ _& W5 q/ Z' y0 S! U; o% i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。
8 ]; S# A4 ?8 [
/ x1 |5 Y/ y& K7 G运30,值得期待。9 V! {. n! U9 ?) B

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
    2024-9-2 01:41
  • 签到天数: 298 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
    , n0 @9 c8 A! h, U# U2 m# C3 g0 d5 Y
    给晨大配图
    , k) _8 O. p+ O! t" D6 a8 ?! v$ @! _

    / X) k, j# Y6 H7 C* C! x- Y2 h1 Z& K  f5 l9 n

    8 q6 F; l, K; R  h) c
    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 21:404 R. N2 f- c9 K
    给晨大配图
    # k: z2 L; v) B. y
    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, ?& P; E* x$ R( N1 I6 C
    图看不到

    1 O: B- W. V& Q$ w( r5 i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
    " H: C7 e3 X* @* k6 }" I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
    * M# i/ _( T) H6 G  N% |4 B
    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, 2025-4-3 09:37 , Processed in 0.040087 second(s), 19 queries , Gzip On.

    Powered by Discuz! X3.2

    © 2001-2013 Comsenz Inc.

    快速回复 返回顶部 返回列表