飞翼飞机
具有雷达隐身性能的战斗机
飞翼飞机是一种没有尾翼,机身的主要部分隐藏在厚厚的机翼内的飞机,又称全翼机。由于机身的主要部分和机翼融为一体,整个机翼都是用来产生升力的,空气阻力最小,因此这种飞机的空气动力学效率最高。更重要的是这种机型对雷达波的反射最小,所以飞翼飞机也是隐身性最好的飞机。
发展历程
人类从开始制造飞行器之日起,就想到飞翼了。飞翼是一般飞机去掉后机身和尾真的无尾飞机。不言而喻,这种飞机可大大减轻重量,降低阻力,节省制造费用,并且加上其惯性低,还增加了飞行的机动性。在大飞翼飞机宽敞的机翼内,还可安排客、货舱和各种设备。
最初摸索
早期一些航空先驱坚持飞翼的研究,竭诚致力其发展,但进展不大,限于当时的制造技术、航空材料性能较差和发动机推力不足等诸多原因,飞翼布局的计划最终只能胎死腹中。
第一次世界大战结束后不久,德国便蓬蓬勃勃开展滑翔机飞行运动,他们用非常规的结构,生产了大量滑翔机,竞相探索提高滑翔机的飞行性能。1921 年德国一位年青的工程师阿列克山大·利比肖(Alexander Lippisch)走在运动的前列,最先制成飞翼滑翔机。
霍顿兄弟
在利比肖成功的鼓舞下,德国的瓦尔持·霍顿和雷曼·霍顿兄弟,积极从事飞翼的研究。1931 年,16岁 的瓦尔特·霍顿制造了第一架霍顿 Ho I 飞翼滑翔机。接着又从试飞中对原型机进行改进,造出 Ho II 飞翼滑翔机。
从 1934 年至 1944 年,霍顿共制有 5 种不同的飞翼(1941 年霍顿 Ho V 是装了两台发动机的霍顿 Ho III 型滑翔机)。这两种滑翔机都有很高的升阻比。在第二次世界大战前,德国开展滑翔机竞赛运动期间,这两架滑翔机飞进了雷暴区,被卷进严重的气旋中。两飞行员都跳伞下来,一个发现气旋较迟,在跳伞过中丧生;另一名飞行员借上升气流保持救生伞上升,他几乎在空中与风暴博斗了两个小时。
然而以上均为轻型飞机,霍顿兄弟在二战末期设计的德国Go-229战斗轰炸机(注:该机通常会因生产商的原因被误称为Go-229,但是德国空军编号确定为Ho 229战斗机)是人类历史上第一架无尾飞翼喷气式战斗轰炸机。它的外形和性能即使在当今也相当前卫,也是纳粹德国的末日奇迹武器设计之一。该机由霍顿兄弟设计,金属和木材混合结构,由戈塔机车厂负责制造和试验。 Go-229共有三架原型机,其中第一架为无动力滑翔机,仅用于气动验证和研究,德国战败后被烧毁。
实战探索
美国飞机设计师约翰·诺期洛普早在1940 年设计的飞机去掉了机身和尾翼,“简洁”到只有机翼。跟霍顿的设计一样,在以后的岁月里,他也取消了尾部传统的垂直安定面和方向舵,沿着真正“飞翼”设计的另一条道路发展。他在验证他所设计的 N-1M 飞翼小型试验机之后,激起了美国陆军研证飞翼可能性的兴趣。
陆军与诺期洛普签订研制 4 发动机的飞翼重型轰炸机之后,约翰·诺斯洛普根据 N-1M 飞翼,把其展增加到 18.3 米,制成 4 架 N-9M 飞翼,作为以后XB-35 飞翼轰炸机的原型机。前 3 架装 275 马力的盂纳斯科发动机,第 4 架装 300 马力的福兰克林发动机。从设计开始,这 4 架都是直机翼,没有翼梢下垂。1942 年 11 月27日第一架进行初次飞行,但飞行 50 次以后却坠毁了。另外 3 架在以后 3 年中充分准备,拟定了详细计划进行了试飞。有一架现在陈列在 NASA 博物馆内,其他两架已翻修后投入使用。N-9M 飞翼的总重为 3,220 公斤,展弦比 7.34 的机翼面积为 45 平方米。N-9M 4 号机最大飞行速度为 410 公里/小时。
第二次世界大战结束后的1946 年 7 月 25 日,当时世界上最大的全翼式飞机XB-35从诺斯洛普飞机公司厂区跑道成功地飞上天空,使美国航空向着未来跨出引人注目的一步。这次飞 行证明,这种飞机不象常规飞机那样有机身和尾翼,避免了附加阻力。
这种气动力布局的基本方案是从 1940 年以 N-1M 系列的 1/3 缩比飞行模型进行的首次试飞。1941 年 9 月,开始了实际战略轰炸机的设计。11 月公司与空军签订了 XB-35 原型机的合同。不久又增订了第二架原型机。
首航时,这种“飞翼”上装有四台 P\u0026W 公司的“大黄蜂”活塞式发动机,驱动反向螺旋桨。每具发动机功率 3,000 马力。两桨轴间的距离足以平衡任何偏航的倾向,反向旋转的螺旋桨增加了稳定性,星形发动机的冷却空气从机翼前缘开缝的导管引入。
由于 XB-35 飞翼的发动机和螺旋桨存在很大的缺陷,军方希望完全改用喷气动力推进,进一步提高性能以及实用化。于是装8 台1,816 公斤推力的 J35-A-5攻击机 喷气发动机,也就是 YB-49诞生了。
YB-49飞翼起飞重量为 60 吨,正常载荷重量 20.5 吨,但可增大到 46.6 吨。1974 年 10 月 21 日,第一架真正的喷气飞翼进行了飞行。接下来的飞行试验中,YB-49 最大速度达到 832 公里/小时,并创造了 12,810 米服役升限的纪录。在载油量为 17,545 加仑的情况下,航程为 7,210 公里。在 1,840 公里的航程下,YB-49 飞翼可装载炸弹 16.7 吨。
经过 20 个月的试飞之后,当时有效载荷和续航时间都破了纪录,但是第一架 YB-49 飞翼在飞行中解体。9 个月后,第二架飞翼在着陆中损坏。从此 YB-49 项目被终止,仅一架 6 发的 YRB-49A 喷气侦察机在继续研制。 YRB-49A 的 4 具埋装的喷气发动机舱下方吊挂了两台发动机,打破了 YB-49 “纯”飞翼的外形布局。YRB-49A 上装的是 2,270 公斤推力的艾利森 J35-A-19 喷气发动机 6 台。1950 年 5 月 4 日,这架飞机首次飞行,空重 37.6 吨,总载荷达到 8.3 吨时,携带 15,231 加仑的燃油。这架飞翼经短期试飞后便被放弃。
绝迹重生
上个世纪七十年代,当时美苏冷战正酣,苏联大力发展各种中远程防空导弹和高空高速国土防空拦截机,例如S-200(北约代号:萨姆-5)中高空超远程地对空导弹、S-300(北约代号:萨姆-10)全空域防空导弹系统和米格-25战斗机/31高空超音速拦截战斗机等。为能隐秘的突破苏联防空网,寻找并摧毁苏联红军的洲际弹道核导弹发射基地和其它重要战略目标,美国空军提出要制造一种新的战略轰炸机,强调突防能力,要求能够避开对空雷达探测,潜入敌方纵深,以80%的成功率完成任务。为此,空军拟制出了“军刀穿透者”计划,把隐身技术的应用列入了具体议事日程。
通过招标,诺斯罗普的方案代号是“高级钻石”(SeniorIce,密语无特定含义),洛克希德的方案代号“高级钉”(Senior Peg)。“高级钻石”由诺斯罗普先进计划高级副总裁维尔科·E·加西奇主持,计划指导是哈尔·马尔卡良。洛克希德/罗克韦尔国际公司的“高级钉”方案的资料披露不多,但鉴于当时洛克希德在隐身技术上的成就以及罗克韦尔在B-1项目上的经验,人们普遍认为该队会赢得竞争。但1981年10月20日美国空军宣布诺斯罗普成为ATB合同的赢家,飞机编号B-2轰炸机,并签订了6架试飞用机和两架静态测试机的初始合同,外加127架生产型战略轰炸机的意向订货,计划在1987年达成初始作战能力。于是当代飞翼的代表作:B2轰炸机就此诞生。
优缺点
优点
1、飞翼布局是气动布局一体化设计的最佳布局,通过翼身融合来实现一体化,提高气动效率,增大航程。
2、与常规飞机相比较,飞翼布局取消了平尾、升降舵、垂尾和方向舵等,飞机整体构成一个升力面,极大地提高了飞机的气动性能,增加了升力。
3、飞翼布局采用高度翼身融合技术,外形光滑,又无外挂等突出物,具有良好的雷达隐身性能 ,军事应用潜力大。
缺点
1,俯仰不稳定。如果升力中心(压力中心)与重心不靠近,飞行中机翼会绕横轴翻转。飞翼在某一飞行速度下还容易保持稳定,但是一旦飞行进度和姿态变化时,压力中心移动,就很难说会保持稳定飞行。
2,俯仰操纵的力矩小。因为在平直机翼的飞翼上,一股配平控制的升降舵很靠近重心,所以操纵力臂短,操纵效能也就大大降低了。这就是说,需要增大操纵力臂和作用力来弥补小的力矩。在水平飞行中为很小的配平校准,就要移动升降舵,这样就增加了所谓配平阻力。
未来发展
民用航空
由于飞翼的先进性,未来将成为民航领域的一支重要力量。如规划中的波音 797等,波音 797机翼机体混合结构有几大优点,最主要的是“提升比”大大提高达50%,机身重量可减少25%,因此燃油效率比空中客车A380提高33%。高强度机体是797机翼机体混合式结构的另一主要优点,它可以减少空气紊流对机体的压力,提高燃油燃烧效率,致使797能在满载1000名乘客的负荷下续航能力16000公里,速度达到0.88马赫即每小时 935公里。无疑是未来客机强大的竞争者。
军事
由于B2十分昂贵,因此即使美国也未大量装备。但随着技术的成熟,飞翼布局在先进隐身无人机率先大放异彩。如美国的X-47B神经元无人机、中国利剑隐身无人攻击机等。
参考资料
B-2“幽灵”.环球军事.2016-12-04
目录
概述
发展历程
最初摸索
霍顿兄弟
实战探索
绝迹重生
优缺点
优点
缺点
未来发展
民用航空
军事
参考资料