文/張龍山
如果說這個世界上有知名度最高的軍用飛機,那麼美國的B-2“幽靈”戰略轟炸機一定不會被排在第二名。由於它是世界上現役唯一一款採用飛翼式氣動佈局的載人軍用飛機,所以有著極高的辨識度,以至於有朋友一看到飛翼式佈局的飛機就說這是B-2。
其實飛翼式佈局的飛機並不少見,但是想要造出像“幽靈”一樣使用飛翼佈局的載人遠端戰略轟炸機還是有很大難度的。首先我們來聊聊什麼是“飛翼”式氣動佈局。
“飛翼”式氣動佈局的定義
“飛翼”式氣動佈局指沒有水平尾翼和垂直尾翼的佈局,將機身,駕駛艙,機載裝置以及所有載荷都融入到機翼中,整架飛機就像是一片會飛的機翼,“飛翼”因此得名。
亮相於建國70週年閱兵式上的攻擊-11無人機採用的就是典型的“飛翼”佈局。圖片來源於網路
不同於常規氣動佈局的軍用飛機,由於採用了這種特殊的氣動外形,飛機的RCS(雷達反射截面積)將會非常小,這帶給了採用這種氣動佈局的飛機無與倫比的隱身性。還是以“幽靈”為例,其實大家看到的B-2沒有什麼參照物對比,可能對它的體積沒有什麼概念,來看看下面這張圖。
B-2的翼展達到了52.4米,比一個NFL球場還要寬一點
就是這樣一個龐然大物,它的正面雷達反射截面積還在0.01平方米的級別。它的全向隱身效能在現代也絲毫不輸隱身戰鬥機。這就是採用“飛翼”佈局的優勢。
此外,飛翼式氣動佈局還有其它氣動佈局無法比擬的氣動效率。飛翼佈局的飛機在亞音速飛行時有著很高的升阻比。(所謂升阻比就是飛機在飛行時升力和阻力的比例)飛翼佈局接近全升力體概念,幾乎每一平米的面積都用來提供升力。它把傳統飛機的垂尾、平尾機身都取消了。可以想象一下一款常規氣動佈局的飛機在飛行時遇到的阻力來自飛機裸露在外的各個部件,而飛翼式飛機在飛行時就是一個機翼,其它的東西基本沒有,阻力非常小,那麼它的升阻比就會非常大。簡而言之就是它更省油,能夠飛得更遠搭載更多的武器。這也是為什麼B-2能夠成為世界上最先進的戰略轟炸機之一的原因,他的航程可以達到11000公里,而同為美軍戰略轟炸機的B-52也才16000公里。更何況B-2還有空中加油能力。
B-2與B-52戰略轟炸機同框,體積對比一目瞭然
正在空中加油的B-2
“飛翼”佈局的飛機很難造出來嗎?
其實縱觀世界,飛翼式佈局的飛機有很多,比如說上文提到的我國攻擊-11型無人機,還有美國的X-47B以及俄羅斯的S-70”獵人”,這些無人機都採用了飛翼佈局。
美軍X-47B
俄羅斯S-70“獵人”無人機
然而無一例外,他們都是無人機。得益於現代日趨成熟的飛控系統,無人飛翼機已經不是什麼新奇的事物。對於載人飛翼佈局的飛機來講,最難的就是飛控系統。
對於採用常規氣動佈局的軍用飛機來講,它對於飛控的要求並不是很高。襟翼,副翼,方向舵,減速板等,各個部位各司其職,就算是哪個環節出了問題也不會直接導致“機毀人亡”。然而對於飛翼佈局的飛機來講,它對飛控系統的要求特別嚴苛。以B-2為例:
整個飛機的操控交給了位於後部的八片舵面。以轉向為例,如果飛機要向一側轉向,那麼一側的舵面就張開,增加這一側機翼的阻力,這時舵面就起到了方向舵的作用。如果舵面上下兩片結合起來一起向一個方向偏轉,一側向上,另一側向下,就起到副翼作用。如果飛機兩側舵面同時張開,那麼就起到了減速板的作用。
說起來簡單,實際操控起來非常複雜,只要一個環節出現了問題就會導致機毀人亡。這也是為什麼我們只能看到飛翼佈局的轟炸機或者偵察機,基本沒有該型氣動佈局的戰鬥機。飛行員在操控的時候會覺得飛機十分笨拙。
德國於二戰末期研製的Ho-229戰鬥轟炸機,可惜止步於原型機。在現代控制理論出現和應用之前,只能把飛機的重心壓得非常靠前,設計成靜安定佈局才能讓人為操控。拋開政治因素不談,這款飛機的設計理念在當時還是非常前衛的。
2008年2月24日,一架編號為89-0127的“堪薩斯幽靈”號B2轟炸機從美軍關島安德森空軍基地起飛時墜毀,隨後被熊熊大火燒成了骨架。事後的調查則顯示,這架“幽靈”在起飛前24個感測器之中的3個因水汽受損,測得錯誤的大氣資訊,導致飛控電腦錯誤計算起飛所需的飛行速度和上升角度,因此在起飛後飛行姿態發生改變,儘管飛行員努力彌補修改引數但最終還是於事無補。
墜毀後的B-2
這是美軍歷史上最嚴重的事故,因為一架“幽靈”的造價高達24億美元(網路資料),這還是2004年的資料,摺合人民幣大概要12“薇”。由此可見,飛控才是制約載人飛翼佈局軍用飛機的最大障礙。
披著神秘面紗的我國未來戰略遠轟炸