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技術派丨王者之翼——各國飛翼布局研發(fā)的過去與未來(上)

澎湃防務特約撰稿 雪鸮
2016-11-04 13:43
來源:澎湃新聞
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本次珠海航展,以“彩虹”-5、“翼龍”-II為代表的數(shù)款無人機成為航展的焦點之一,其中CH-805高速隱身靶機尤為獨特——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日首度向外界確認了我國正在研發(fā)新一代轟炸機的消息;而僅僅兩周過后,美軍便為新一代B-21戰(zhàn)略轟炸機正式命名為“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。

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

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。隨著20世紀20年代航空工業(yè)的發(fā)展進入了井噴期,有越來越多的方案得到了實踐。

杰克·諾斯羅普也是航空創(chuàng)新大軍中的一員,他是美國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20年代開始,他就認為飛翼布局充滿希望,因為飛翼布局與其他構型不同,如果盡可能將設備內置并利用少數(shù)幾個翼面操縱,它有希望做到表面近乎沒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機身提供升力,內部空間極大,所以在航程上也有極大優(yōu)勢。正是由于這些優(yōu)點,杰克從很早就開始考慮飛翼布局在軍事和民用航空上的用途。

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

博物館內展出的N-1M技術驗證機

原本杰克只是利用公司盈余的資金來驗證自己的一種興趣,這或許只是因為他的執(zhí)念和商業(yè)上的一些潛力,不過有趣的是,歷史卻以一種一波三折的方式將他所鐘愛的技術推向了巔峰,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。

美國陸軍航空隊考慮到未來跨洲際作戰(zhàn)的需求,于4月11日向航空工業(yè)發(fā)布了研發(fā)洲際轟炸機的需求,主要指標包括16000千米的最大航程,以及13710米的實用升限。盡管聯(lián)合飛機公司的方案最終擊敗諾斯羅普公司成為了B-36,而且當時仍有不少技術門檻,但由于飛翼布局的潛力巨大,軍方還是給予了諾斯羅普團隊一份合同,用來建造大尺寸的技術驗證機以及前兩架XB-35原型機,其指標比起B(yǎng)-36稍降。1941年末珍珠港被偷襲后,全美變成了一個巨大的軍工廠,諾斯羅普的項目也被命令提速,軍方命令諾斯羅普公司在1943年末必須交付第一架原型機。

XB-35設計草圖

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

XB-35裝備普惠公司兩臺R-4360-17和兩臺R-4360-21星形螺旋槳發(fā)動機,每臺功率2237千瓦,這樣的動力對于最大起飛重量高達95噸的大家伙來說是有些不足的。

R-4360系列發(fā)動機

XB-35翼展是52.43米,機翼前緣后掠角27度,飛機的總長度為16.18米。不過,由于XB-35采用了前所未有的構型,不同于常規(guī)的B-29、B-36等戰(zhàn)機,XB-35沒有尾翼和機身,穩(wěn)定性只能依賴幾片巨大的副翼和襟翼調整,這對于如此龐大的轟炸機來說是非常難的。因此,研發(fā)團隊花了大把時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障礙。

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

B-35生產(chǎn)完畢后的合影

二戰(zhàn)即將結束之時,美國研發(fā)出了一批噴氣發(fā)動機。初代的噴氣發(fā)動機性能雖好,但耗油率極高,美國人在改進發(fā)動機的同時,必須尋找一款擁有大載油空間和良好氣動外形的轟炸機來平衡這龐大的耗油率,飛翼布局的優(yōu)勢被重新重視起來。1945年6月1日,美國陸航?jīng)Q定讓諾斯羅普公司把兩架YB-35改裝成噴氣轟炸機,安裝八臺艾利森J35-A-5渦噴發(fā)動機,被命名為YB-49。此時二戰(zhàn)大局已定,美國決心投資一些有前途的項目,因此無論是人力還是物力,該項目比起二戰(zhàn)時的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,在試飛的時候,其信號在地面的雷達上經(jīng)常會消失,但當時還沒有人意識到飛翼布局最大的優(yōu)勢在于隱身。

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項目進展順利,由于噴氣發(fā)動機極大提升飛翼布局的性能,在試飛的大多數(shù)科目都超過了設計要求,制造速度按計劃進行,美國空軍十分滿意。

不過,在移交給美國空軍后不久,其中一架YB-49就因為速度失控而墜毀。操縱難的問題依然沒有解決,飛機甚至不能保持穩(wěn)定的航線,或以恒定的高度和速度進行飛行,平飛時伴有持續(xù)蛇形運動,由此帶來的振動使人難以瞄準目標。與B-29相比,YB-49在投彈測試中的轟炸平均圓概率誤差和范圍誤差都差得可憐。

40年代末的航空技術是無法解決飛翼的穩(wěn)定性問題的,因為當時仍然是靠人的經(jīng)驗來操縱。只有到線傳操縱和飛控計算機出現(xiàn)后,才能基本滿足穩(wěn)定飛行的要求。

1950年美國空軍終于失去了耐心。隨著朝鮮戰(zhàn)爭的爆發(fā),美國空軍需要購買成熟的“即戰(zhàn)力”,YB-49項目被取消,但是諾斯羅普公司領導下的飛翼技術依然作為一個國防研究課題得到美國空軍的資助。

YB-49結構圖

納粹德國的飛翼科技

說到美國飛翼技術的發(fā)展,就不得不提德國在這方面的研究。

二戰(zhàn)時,德國的航空科技在世界上也屬于最一流。由于戰(zhàn)爭局勢的惡化,德國企圖開發(fā)一批高科技武器來抵消盟軍的數(shù)量優(yōu)勢,于是出現(xiàn)了一批有代表性的“末日飛機“,其中德國的飛翼布局飛機也曾被譽為”決戰(zhàn)飛機“而寄予厚望。

德國在30年代就開始研究飛翼布局在滑翔機上的運用,而霍頓兄弟在1944年設計生產(chǎn)了一架滿足戈林提出的“3*1000“(時速1000km/h,有1000kg載彈量,飛往1000km外進行攻擊)需求的飛機,該機采用了飛翼布局和最新的Jumo-004B渦噴發(fā)動機,被命名為Ho229型戰(zhàn)斗轟炸機。令人贊嘆的是,德國航空工業(yè)當時已經(jīng)發(fā)現(xiàn)飛翼布局具有隱身特性,有能力對英國雷達群進行突防。

Ho229設計草圖

二戰(zhàn)結束后美國忙于搜羅德國科學家以及他們的資料,美國航空工業(yè)也派了代表團招攬愿意效勞的德國科學家。如同著名的納粹科學家布勞恩一樣,戰(zhàn)敗后的德國有一大批擁有飛翼布局設計經(jīng)驗的科學家(不僅僅是Ho229項目),他們都被諾斯羅普公司吸收,極大地充實了諾斯羅普的研制團隊。這批人才為美國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,而這兩項技術也是日后B-2隱形轟炸機的核心技術。

Ho229想象圖

自從德國科學家開始成批為諾斯羅普工作后,美國通過不斷地試驗和論證意識到了飛翼布局最大的優(yōu)勢在于隱身,自此之后美國才開始發(fā)展出針對雷達隱身的系統(tǒng)理論和設計要點。

美軍和諾斯羅普、成千上萬的科學家花了半個世紀來磨礪的這把寶劍,終于要出鞘了。

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