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大飞机创新设计(下)

2015-10-10 09:45  来源: 科普中国

    “翼身融合”飞机能够获得超乎寻常的高效率,秘密就在于它的整个机体结构都能产生升力。而在传统大飞机上,圆筒形机身不但完全是一个负担,而且飞行时还会造成额外的拖力。道理听起来十分简单,那“翼身融合飞机”距离实用还有多远呢?

    早在20世纪三四十年代,“飞翼式飞机”就已经出现了,采用这种布局设计的米尔斯M-30战斗机,事实上也是翼身融合技术的早期探索。但是,有一个至关重要的飞行难题,当时的技术根本无力解决。

    那就是飞机的操纵性问题。由于没有常规尾翼,“飞翼式飞机”也好、后来的“翼身融合”飞机也好,都只能依靠机翼上多个操纵面的组合作用,才能实现飞机的稳定飞行、并控制好方向。而这靠当时飞行员拉扯钢丝操作方向舵的简单方式是绝对实现不了的,再优秀的飞行员也不可能同时控制十几个、甚至几十个舱面。

    问题的解决,只能等待充分运用计算机技术、智能控制技术的数字化飞行控制系统来完成了。

    2000年初,波音公司在美国国家航空航天局的资助下,开发了第一种现代意义的翼身融合飞机X-48A。这架小比例无人验证机翼展约12米,重约1吨,机体后部上端配置了三台小型涡喷发动机作为动力。

    X-48A的主要验证内容除了外形设计以外,最关键的还是控制问题。它的机体上设有20个操纵面,机上配置了数字式电传飞控系统,计算机不但可以精确控制每个操纵面,而且还能有效控制多个操纵面进行组合动作,来完成转向、上升等特定的飞行动作。

    从飞行稳定性方面看,翼身融合飞机最容易出现的问题是机体的俯仰、尤其是起飞和降落时的失速。这就更需要对所有的操纵面进行合理的分工,充分解决电传操纵系统的控制方式与规律问题,也就是所谓的“飞行控制律”和飞行特性。

    为了进一步探索翼身融合技术,波音公司又分别于2006年和2007年研制了两架X-48B验证机,并在巨型风洞试验装置中进行了250小时的“风洞试验”,以及高风险的大迎角飞行和接近失速飞行测试。

    随后,更大型的X-48C也得以问世。与X-48B相比,C型机增加了两个外斜的、带有方向舵的垂直尾翼,选用了更大的发动机、并改进设置方式,从而使飞行时更安静、效率也更高。

    翼身融合布局的另一个技术难题是结构。常规设计的圆筒形机身,内部的压力分布均匀,因此很容易保持密封。但当“圆筒”被挤压成为一种不规则的扁圆形状时,机体结构将承受更大的压力。解决的办法,目前主要是依靠尖端的复合材料技术,使形状不规则的机体强度更高、性能更好。

    波音公司与欧洲的空客公司是世界民用大飞机制造的两霸。波音公司通过X-48A/B/C,不断地深化翼身融合技术,为什么空客公司看上去却无动于衷呢?

    波音承担新技术开发的鬼怪工厂负责人,向世人揭示了答案:那就是翼身融合飞机将首先应用于军用领域。比如,作为空军未来型的超级运输机,或者空中加油机平台,在15-20年后投入使用。按照美军的规划,用于替代B-2轰炸机的下一代“远程打击系统”,可能也是一种翼身融合飞机的改进设计。

    在可预见的未来战场,作战双方要拼信息、拼火力,更要拼及时充分、可靠有效的支持与保障。因此,下一代载货更多、飞得更远、更不易被对手察觉的翼身融合大型运输机,也必将成为支撑未来战争、塑造未来战场的一支关键空中力量。

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