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技术派丨王者之翼各国飞翼布局研发的过去与未来(下)
来源:互联网   发布日期:2016-11-16   浏览:1052次  

导读:美国海军和空军素来存在竞争关系,当海军看到空军进入“隐身化”时代后,也不甘落后,除了提出独立于ATF计划的隐身版“雄猫”外(NATF计划),还打算在隐身攻击机领域先行一步,获得“先进战术攻击机”ATA项目的主导权。 “复仇者”的挽歌 美国海 ......

美国海军和空军素来存在竞争关系,当海军看到空军进入“隐身化”时代后,也不甘落后,除了提出独立于ATF计划的隐身版“雄猫”外(NATF计划),还打算在隐身攻击机领域先行一步,获得“先进战术攻击机”ATA项目的主导权。

“复仇者”的挽歌

美国海军正式在1983年提出了ATA计划,诺斯罗普、LTV和格鲁曼公司组成一组参与竞标,而通用动力公司则和ATF计划的竞争对手麦道公司合作。诺斯罗普团队的设计非常类似B-2轰炸机的缩小版。然而,虽然B-2的设计经验可以借鉴,但在机动性上却难以达到攻击机的要求。

相比之下,通用动力公司颇为激进的方案“酒渣”,采用了三角飞翼,能够在相同的条件下冲击更大的极速(0.85马赫)。最关键的是,它的载弹能力比A-6E高40%,航程多60%,同时横截面积却极其小。由于飞翼布局在机动性上有着天生的劣势,“酒渣”着重提高了飞机的增速性能和盘旋速度。“酒渣”在机体后部设置了九片翼面,在机翼前缘末梢也设置了一片扰流片,使其瞬时盘旋角速度和最大盘旋角速度都超过了A-6E,甚至最大盘旋角速度要比F-18C还要好。

在被ATA项目选中后,已是A-12“复仇者II”的“酒渣”方案已经越来越趋于成熟。美国海军宣布购买620架,海军陆战队购买200架,空军也考虑购买400架。1987年,A-12项目进入了“全尺寸发展”状态。

A-12“复仇者II”攻击机的详细结构图

A-12唯一的革命性突破在于隐身性能。它没有尾翼和明显的机身,整架飞机完全是一个三角形。其机翼面积达109.6平方米,翼展20.2米,前缘后掠角约为47度,且机身可以折叠。三角形的布局不仅能有效利用航母上的宝贵空间,也有利于降低机翼载荷,以及航母上的起降。

庞大的翼面积也赋予了“复仇者”极大的内部空间,其三个武器舱的最大有效载荷可达约6吨以上,相当于第一代隐身攻击机F-117“夜鹰”的三倍,而A-12机体只比F-117稍大一些。

动力系统方面,A-12沿用了飞翼布局的经典设计,将尾喷口设置在了机身上方,整体采用S型进气道。内部安装两台GE公司的F412涡扇发动机,即不带加力的F404发动机(空军版有计划安装F100系列发动机以适应F-15、F-16的后勤系统),每台F412的最大推力为71kN。

总的来看,A-12是第一款在隐身性和机动性方面做到良好平衡的飞翼布局飞机,其发动机推力并不大,但A-12具备了不俗的空战和打击能力。

然而,如同它那些不凡的前辈一样,“复仇者II”再次输给了战场以外的敌人成本。随着苏联解体,美军各种高科技武器纷纷失去了假想敌。而“复仇者II”直逼两亿美元的单价,对于预算大大缩减的美军来说是难以承受的。于是,A-12与难兄难弟“隐身猫”一同被“预算大刀”砍掉,而舰载机的后继机型最终确定为今人熟知的F/A-18E/F“超级大黄蜂”。

21世纪的美利坚飞翼们

进入新世纪后,飞翼布局也延伸到了无人机上。侦察无人机必须同时满足长航程、长航时、隐身性能好等条件,对机动性、速度等要求相对较低,这十分符合飞翼布局的特点。

彼时,飞翼布局早已不是诺格的专利。针对美国空军和海军对于无人机不同的需求,美国三大军火巨头分别投入巨资研制。

洛克希德马丁公司著名的“臭鼬工厂”设计了RQ-170无人机,其起初定位为侦察无人机,但洛马公司也预留了开发其他功能的空间。

RQ-170的设计中规中矩,堪称缩小版B-2。良好的气动效率赋予了其极大的航程。不过,一架RQ-170在伊朗执行任务的时候,因被伊朗以GPS干扰手段锁定,错判了坐标而降落,并因此被伊朗俘获,造成了美国技术的泄漏。

RQ-170设计图

尽管RQ-170被俘获导致的技术泄漏与“臭鼬工厂”的气动设计无关,但这几乎也宣判了洛马公司源自RQ-170的其他改型的死刑。

不过美军并非没有备选方案。在NASA和国防高等研究计划署的合作下,波音公司和诺格公司分别发展出了X-45和X-47系列试验机。

自从收购麦道公司后,波音公司不但扩大了庞大的客机、军机产业链,也继承了麦道公司用于秘密军品研发的、与“臭鼬工厂”齐名的“鬼怪工厂”,并借此获得了A-12攻击机的研发经验。“鬼怪工厂”主持的X-45系列验证机就有着A-12布局的血统。

波音公司在设计时充分考虑到了今后“察打一体”的需求,着力提供更好的飞行性能。相比于RQ-170以及之前其他的飞翼布局,X-45的后掠角更大,形状更类似于风筝,线条相当简洁。到了X-45C,它不仅仅拥有更快的速度,也由于较长的机身,因而能装备体积更大的武器。

波音与NASA合作研制的X-45C,又称“魔鬼鱼”或“幽灵射线”

诺格公司在飞翼布局上的研究从未落后,此次它们也试图寻求更大的突破。从某种程度上,诺格的X-47B可以看做是前两者的融合。

诺格公司的X-47B已不再是“纯飞翼”布局,而是X-45C式的布局(风筝布局加上两片尾翼操纵)和B-2式的融合,这样就兼具了两者的许多优点。

在不影响隐身性的前提下,X-47B在拥有了风筝布局的低阻力特性和较长的弹仓的同时,也融合了飞翼布局的高气动效率和宽大的内部空间,以及相对于风筝布局来说较为良好的操纵性。可以说,X-47B是两者平衡的一个作品,而诺格公司可谓将飞翼布局玩出了花。

2016年,老牌飞翼研究机构诺格公司中标美国空军新一代B-21“奇袭者”战略轰炸机。美军对B-21寄予了厚望,宣称要采购一百架以上。就诺格公司展现的技术实力而言,这应该会是一款出色的隐身轰炸机。

B-21

美军放松了对B-21航程的需求,稍微缩小了机体。这使它尽管不具备其前辈B-2那样的洲际航程,但却能够布置更长更宽的弹仓以适应“导弹化”的轰炸手段。

相比于B-2,B-21会在隐身性能上更进一步。B-21相比B-2略小,机体线条更为简洁,后方也减少了凹凸。为了适配两台F135无加力型发动机,B-21对进气道的轮廓做了修形,并且非常有可能采用DSI进气道技术。

唯一可虑的就是成本问题。尽管诺格公司宣称能将每架轰炸机的成本控制在5.5亿美元内,但是在F35战斗机的单价都高达1.5亿美元的现在,这显然是很难做到的。成本的高涨很可能迫使美军削减采购数量,而研发中的种种不确定因素也会对整个项目起到干扰。

其他主要国家的探索

在美国人吸收纳粹德国科技的同时,苏联也获得了德国飞翼设计的资料。苏联人同样意识到了其作为轰炸机的潜力。在二战后不久,图波列夫设计局就提出过外挂五台发动机的图202方案,但是很快因为飞控问题无法解决而放弃了。

图波列夫设计局的图404方案(下)和前身图202方案(上)

电子工业上的相对落后导致苏联在飞控系统上的发展较为滞后,迟迟无法重启明知潜力巨大的飞翼布局。直到美国推出F-117、开始研发B-2的时候,电子工业有了一定进步、且大受刺激的苏联决心研制自己的隐身战略轰炸机。图波列夫和米亚西舍夫设计局参与了竞争,最终图波列夫的方案被称为图404。总体而言,苏联的设计方案神似B-2,称作“B-2斯基”丝毫不为过。但是苏联解体后,这款方案也只能停留在图纸中了。

俄罗斯电视台公布的米亚西舍夫设计局方案吹风洞图像(左)

经济状况逐渐好转后,俄罗斯在近年来重新恢复了高技术飞机的研制工作,其中就包括米格公司的“电鳐”无人机。与法国等欧洲国家研制的“神经元”无人机类似,“电鳐”也体现了俄罗斯对无人机在未来“五代机”时代的定位的思考,并且“电鳐”也具备了上舰的潜力。

米格公司设计的“电鳐”无人机

2015年,俄罗斯国防部一度宣称其PAK-DA战略轰炸机将在2023年服役。该机由图波列夫设计局设计,尽管采用了翼身融合以提升气动效率,但是它下挂的加力发动机仍然会成为巨大的反射源,隐身性能存疑。

PAK-DA想象图

由于需求和投入等原因,欧洲国家一直没有拿出一款自主设计的四代机,在设计水准上已逐渐落后于美、中、俄三国,因此欧洲决定在五代机的标准和研制上先声夺人。在法国的主导下,欧洲开始了“神经元”无人机项目(其他参与者包括德国、瑞典、西班牙等),决定集全欧洲之力研制一款优秀的无人机。

但是,欧洲在战机的通信、对飞翼布局的飞控上缺乏研究,在隐身措施上更是直接跳过了四代机的锤炼,因此在这个项目充其量只能算达到了X-45C的水准,欧洲建立的“五代机”标准难以让其他国家信服。

“神经元”无人机的布局十分类似于波音公司的“魔鬼鱼”

中国在飞翼布局上的研究起步较晚,但近年来逐渐开始收获成果。我国在2012年开始密集试飞采取飞翼布局的“利剑”无人机。尽管其隐身外形并未做到完美,但这只是一款技术验证机,我国主要是利用它在飞控上积累经验。

由沈阳所设计、中航洪都制造的“利剑”无人机

此外,去年有网友拍摄到了一架改装自轰-6的试验机,其机身关键部位各个机翼的边缘,以及发动机前端都敷设了黑色的隐身材料。如果这张照片为真,那么可以肯定的是,中国关于轰炸机隐身材料的研制已经取得重要的进展。

网传试验新型隐身材料的轰-6

“冠军临瀚海,长平翼大风。”空军司令马晓天的讲话,让我国正在研发中的战略轰炸机项目得到了更大的关注。如果不出意外,这有可能是一款布局类似美国B-2或者X-47B的隐形轰炸机。长久以来,我国一直缺乏战略轰炸机这一“大国重器”,但随着歼-20、运-20的研发成功,我们有理由相信 “轰-20”项目也必将收获成功。

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