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技術(shù)派丨王者之翼——各國(guó)飛翼布局研發(fā)的過(guò)去與未來(lái)(上)

澎湃防務(wù)特約撰稿 雪鸮
2016-11-04 13:43
澎湃防務(wù) >
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本次珠海航展,以“彩虹”-5、“翼龍”-II為代表的數(shù)款無(wú)人機(jī)成為航展的焦點(diǎn)之一,其中CH-805高速隱身靶機(jī)尤為獨(dú)特——盡管它并不具備攻擊能力,卻采取了十分利于隱身的飛翼布局。

此前,解放軍空軍司令馬曉天上將9月1日首度向外界確認(rèn)了我國(guó)正在研發(fā)新一代轟炸機(jī)的消息;而僅僅兩周過(guò)后,美軍便為新一代B-21戰(zhàn)略轟炸機(jī)正式命名為“奇襲者”,據(jù)圖片顯示,B-21也采取了與B-2類似的飛翼布局。

隨著隱身時(shí)代的到來(lái),飛翼布局正受到越來(lái)越多的重視和采用。那么,飛翼布局是否還擁有其它獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)?是否是未來(lái)戰(zhàn)略轟炸力量的發(fā)展趨勢(shì)?本系列將為讀者剖析人類對(duì)飛翼布局近百年的探索及其技術(shù)特點(diǎn)。

諾斯羅普早年的探索

自從萊特兄弟將人類送上天空后,人們就在思考,如何飛得高、飛得快、飛得遠(yuǎn)。隨著20世紀(jì)20年代航空工業(yè)的發(fā)展進(jìn)入了井噴期,有越來(lái)越多的方案得到了實(shí)踐。

杰克·諾斯羅普也是航空創(chuàng)新大軍中的一員,他是美國(guó)諾斯羅普公司的締造者(后合并成現(xiàn)在的諾斯羅普·格魯曼公司)。從上世紀(jì)20年代開(kāi)始,他就認(rèn)為飛翼布局充滿希望,因?yàn)轱w翼布局與其他構(gòu)型不同,如果盡可能將設(shè)備內(nèi)置并利用少數(shù)幾個(gè)翼面操縱,它有希望做到表面近乎沒(méi)有凹凸從而大大減少阻力。而且,由于飛翼布局等于利用整個(gè)機(jī)身提供升力,內(nèi)部空間極大,所以在航程上也有極大優(yōu)勢(shì)。正是由于這些優(yōu)點(diǎn),杰克從很早就開(kāi)始考慮飛翼布局在軍事和民用航空上的用途。

不過(guò),雖然杰克·諾斯羅普對(duì)飛翼布局一直抱有極大的執(zhí)念,但苦于公司剛成立時(shí)條件和設(shè)計(jì)人員不足,并沒(méi)有余力發(fā)展他熱愛(ài)的飛翼布局。待30年代公司財(cái)政狀況稍緩后,杰克馬上著手設(shè)計(jì)名留青史的驗(yàn)證機(jī)——N-1M,它于1940年7月3日首飛。

博物館內(nèi)展出的N-1M技術(shù)驗(yàn)證機(jī)

原本杰克只是利用公司盈余的資金來(lái)驗(yàn)證自己的一種興趣,這或許只是因?yàn)樗膱?zhí)念和商業(yè)上的一些潛力,不過(guò)有趣的是,歷史卻以一種一波三折的方式將他所鐘愛(ài)的技術(shù)推向了巔峰,而諾斯羅普公司則成為了浪潮的先鋒。

XB-35與YB-49

1941年5月,當(dāng)世界還在為法西斯的肆虐橫行而哭泣,諾斯羅普公司的工程師們卻幾乎高興地睡不著覺(jué)。

美國(guó)陸軍航空隊(duì)考慮到未來(lái)跨洲際作戰(zhàn)的需求,于4月11日向航空工業(yè)發(fā)布了研發(fā)洲際轟炸機(jī)的需求,主要指標(biāo)包括16000千米的最大航程,以及13710米的實(shí)用升限。盡管聯(lián)合飛機(jī)公司的方案最終擊敗諾斯羅普公司成為了B-36,而且當(dāng)時(shí)仍有不少技術(shù)門檻,但由于飛翼布局的潛力巨大,軍方還是給予了諾斯羅普?qǐng)F(tuán)隊(duì)一份合同,用來(lái)建造大尺寸的技術(shù)驗(yàn)證機(jī)以及前兩架XB-35原型機(jī),其指標(biāo)比起B(yǎng)-36稍降。1941年末珍珠港被偷襲后,全美變成了一個(gè)巨大的軍工廠,諾斯羅普的項(xiàng)目也被命令提速,軍方命令諾斯羅普公司在1943年末必須交付第一架原型機(jī)。

XB-35設(shè)計(jì)草圖

1942年,全美沉浸在了復(fù)仇的怒火之中,用山本五十六的話說(shuō),就是沉睡的巨人被喚醒了。美國(guó)陸航獲得了巨量的發(fā)展資金,對(duì)幾乎有可能發(fā)展的每一種飛機(jī)都做了投資,XB-35項(xiàng)目也不例外。在1942年11月,雙方簽訂了采購(gòu)200架B-35轟炸機(jī)的合同。

XB-35裝備普惠公司兩臺(tái)R-4360-17和兩臺(tái)R-4360-21星形螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī),每臺(tái)功率2237千瓦,這樣的動(dòng)力對(duì)于最大起飛重量高達(dá)95噸的大家伙來(lái)說(shuō)是有些不足的。

R-4360系列發(fā)動(dòng)機(jī)

XB-35翼展是52.43米,機(jī)翼前緣后掠角27度,飛機(jī)的總長(zhǎng)度為16.18米。不過(guò),由于XB-35采用了前所未有的構(gòu)型,不同于常規(guī)的B-29、B-36等戰(zhàn)機(jī),XB-35沒(méi)有尾翼和機(jī)身,穩(wěn)定性只能依賴幾片巨大的副翼和襟翼調(diào)整,這對(duì)于如此龐大的轟炸機(jī)來(lái)說(shuō)是非常難的。因此,研發(fā)團(tuán)隊(duì)花了大把時(shí)間在提升飛行控制上,直到如今,飛翼布局的飛行操縱難也是其最大的技術(shù)障礙。

果然,由于飛控上巨大的難度以及戰(zhàn)時(shí)物資和工人的緊缺,XB-35這個(gè)稍顯“非主流”的項(xiàng)目被拖延了,因此美國(guó)陸航取消了XB-35的量產(chǎn)合同。但基于其研究?jī)r(jià)值,軍方仍命令諾斯羅普公司繼續(xù)低速生產(chǎn)B-35系列飛機(jī)用于測(cè)試,其中有兩架XB-35原型機(jī)以及六架變化不大的YB-35型飛機(jī)。

B-35生產(chǎn)完畢后的合影

二戰(zhàn)即將結(jié)束之時(shí),美國(guó)研發(fā)出了一批噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。初代的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)性能雖好,但耗油率極高,美國(guó)人在改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的同時(shí),必須尋找一款擁有大載油空間和良好氣動(dòng)外形的轟炸機(jī)來(lái)平衡這龐大的耗油率,飛翼布局的優(yōu)勢(shì)被重新重視起來(lái)。1945年6月1日,美國(guó)陸航?jīng)Q定讓諾斯羅普公司把兩架YB-35改裝成噴氣轟炸機(jī),安裝八臺(tái)艾利森J35-A-5渦噴發(fā)動(dòng)機(jī),被命名為YB-49。此時(shí)二戰(zhàn)大局已定,美國(guó)決心投資一些有前途的項(xiàng)目,因此無(wú)論是人力還是物力,該項(xiàng)目比起二戰(zhàn)時(shí)的XB-35都有了更大的保障。

YB-49正面表面積極小,甚至有些類似于飛碟,在試飛的時(shí)候,其信號(hào)在地面的雷達(dá)上經(jīng)常會(huì)消失,但當(dāng)時(shí)還沒(méi)有人意識(shí)到飛翼布局最大的優(yōu)勢(shì)在于隱身。

YB-49的布局減少了阻力和表面積,卻有極大的升力

起初YB-49項(xiàng)目進(jìn)展順利,由于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)極大提升飛翼布局的性能,在試飛的大多數(shù)科目都超過(guò)了設(shè)計(jì)要求,制造速度按計(jì)劃進(jìn)行,美國(guó)空軍十分滿意。

不過(guò),在移交給美國(guó)空軍后不久,其中一架YB-49就因?yàn)樗俣仁Э囟鴫嫐?。操縱難的問(wèn)題依然沒(méi)有解決,飛機(jī)甚至不能保持穩(wěn)定的航線,或以恒定的高度和速度進(jìn)行飛行,平飛時(shí)伴有持續(xù)蛇形運(yùn)動(dòng),由此帶來(lái)的振動(dòng)使人難以瞄準(zhǔn)目標(biāo)。與B-29相比,YB-49在投彈測(cè)試中的轟炸平均圓概率誤差和范圍誤差都差得可憐。

40年代末的航空技術(shù)是無(wú)法解決飛翼的穩(wěn)定性問(wèn)題的,因?yàn)楫?dāng)時(shí)仍然是靠人的經(jīng)驗(yàn)來(lái)操縱。只有到線傳操縱和飛控計(jì)算機(jī)出現(xiàn)后,才能基本滿足穩(wěn)定飛行的要求。

1950年美國(guó)空軍終于失去了耐心。隨著朝鮮戰(zhàn)爭(zhēng)的爆發(fā),美國(guó)空軍需要購(gòu)買成熟的“即戰(zhàn)力”,YB-49項(xiàng)目被取消,但是諾斯羅普公司領(lǐng)導(dǎo)下的飛翼技術(shù)依然作為一個(gè)國(guó)防研究課題得到美國(guó)空軍的資助。

YB-49結(jié)構(gòu)圖

納粹德國(guó)的飛翼科技

說(shuō)到美國(guó)飛翼技術(shù)的發(fā)展,就不得不提德國(guó)在這方面的研究。

二戰(zhàn)時(shí),德國(guó)的航空科技在世界上也屬于最一流。由于戰(zhàn)爭(zhēng)局勢(shì)的惡化,德國(guó)企圖開(kāi)發(fā)一批高科技武器來(lái)抵消盟軍的數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì),于是出現(xiàn)了一批有代表性的“末日飛機(jī)“,其中德國(guó)的飛翼布局飛機(jī)也曾被譽(yù)為”決戰(zhàn)飛機(jī)“而寄予厚望。

德國(guó)在30年代就開(kāi)始研究飛翼布局在滑翔機(jī)上的運(yùn)用,而霍頓兄弟在1944年設(shè)計(jì)生產(chǎn)了一架滿足戈林提出的“3*1000“(時(shí)速1000km/h,有1000kg載彈量,飛往1000km外進(jìn)行攻擊)需求的飛機(jī),該機(jī)采用了飛翼布局和最新的Jumo-004B渦噴發(fā)動(dòng)機(jī),被命名為Ho229型戰(zhàn)斗轟炸機(jī)。令人贊嘆的是,德國(guó)航空工業(yè)當(dāng)時(shí)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)飛翼布局具有隱身特性,有能力對(duì)英國(guó)雷達(dá)群進(jìn)行突防。

Ho229設(shè)計(jì)草圖

二戰(zhàn)結(jié)束后美國(guó)忙于搜羅德國(guó)科學(xué)家以及他們的資料,美國(guó)航空工業(yè)也派了代表團(tuán)招攬?jiān)敢庑诘牡聡?guó)科學(xué)家。如同著名的納粹科學(xué)家布勞恩一樣,戰(zhàn)敗后的德國(guó)有一大批擁有飛翼布局設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的科學(xué)家(不僅僅是Ho229項(xiàng)目),他們都被諾斯羅普公司吸收,極大地充實(shí)了諾斯羅普的研制團(tuán)隊(duì)。這批人才為美國(guó)之后在飛行控制和隱身理論的發(fā)展上做出了極大的貢獻(xiàn),而這兩項(xiàng)技術(shù)也是日后B-2隱形轟炸機(jī)的核心技術(shù)。

Ho229想象圖

自從德國(guó)科學(xué)家開(kāi)始成批為諾斯羅普工作后,美國(guó)通過(guò)不斷地試驗(yàn)和論證意識(shí)到了飛翼布局最大的優(yōu)勢(shì)在于隱身,自此之后美國(guó)才開(kāi)始發(fā)展出針對(duì)雷達(dá)隱身的系統(tǒng)理論和設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

美軍和諾斯羅普、成千上萬(wàn)的科學(xué)家花了半個(gè)世紀(jì)來(lái)磨礪的這把寶劍,終于要出鞘了。

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