据报道,美国空军计划在2027年之前,完成对基于新型融合翼布局方案的运输机全尺寸原型机的测试。
显然,这一项目有两个主要目的:一是大幅度降低运输机油耗,二是提升此类飞机的战场效能。
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主要目标是降低油耗
在美国空军所需的各主要能源中,基于石油来源的航空燃料占比达到80%左右。其中有相当一部分是被空中加油机所消耗掉的。
而发展融合翼运输机项目的重要目标之一就是降低油耗。目前看来,这一目标符合近年来美军在“环保”和“降低碳排放”上的政策导向。
这一项目所附带的减少战场后勤压力、降低总运行成本……等优势,相比其能源消耗上的优势倒是次要、而且在短期内难以实现的。
为了降低油耗,这种新的融合翼飞机必须实现飞行阻力的大幅减小。这需要气动外形拥有远超以往的效率提升——目前,美军宣称将至少提升30%以上。
洛马公司的先进加油机假想方案之一,带有显著的隐身化和翼身融合特征。
基于早期设计制造能力限制、货物尺寸等一系列原因,大型运输类飞机最终都采用了相当近似的设计:独立的筒状大截面机身,翼下吊挂发动机的后掠机翼,带有不同形式的水平或垂直尾翼的常规布局设计。这种布局“范式”在主流客机上表现得尤其明显。
而设计路线的长期同质化,使得此类飞机在发展过程中,气动性能的进步只能通过不断的细节优化累积来实现。因此目前来说,主流客机、运输机和加油机在气动性能方面的进展已经进入了显著的边际效用区域——能挖掘的潜力已经被挖掘殆尽,剩下的每一次细微性能提升,都要花费更为高昂的代价。
波音X-48B融合翼技术验证机
目前来看,大型运输类飞机要实现气动性能的突破性提升,一个设计思路就是采用类似B-2、B-21翼身融合、升力体布局:让原本基本上不负责产生升力、只形成阻力的机身,也发挥出机翼的作用。
也适用于战场加油机
虽然美空军声明中仅提到了融合翼运输机,但这种布局更加适合于加油机,因此不排除未来美空军会基于这一构型改装新型加油机。
从飞行器设计角度来说,单一用途的空中加油机对于机体外形布局形式的要求相当宽松。毕竟航空燃油是流体,储存燃油的油箱可以设计成非常扁平的形状。
因此,从战场效能角度考虑,纯粹的飞翼布局也非常适合于专用加油机,还能够将战场信号特征控制在较低水平。
从现代空战,特别是远程作战的战术角度考虑,加油机等大型机种是维系整个作战体系运转的关键节点。
KC-767/KC-46采用了地板下运油,地板上面前面运货、后面运人的设计布局。
但由于传统构型的影响,这类飞机目标明显,机动性较差,在战场上必然是敌方的重点打击对象——尤其是面对装备有中远程空空导弹的新型隐身战机时,大型加油机的生存能力相当低。
从实战经验角度来说,除非一方掌握了绝对制空权,否则空中加油机极少会贴近战场一线,而是被部署在相对较远、也较安全的后方。
这必然导致战术飞机实际可用的航程和滞空时间显著缩水,而且要花费更多的时间在加油往返上。
单纯从技术角度来说,按照美空军目前的时间表,基于B-2或者B-21平台的改进设计,完成一款融合翼布局的隐身空中加油机并不难。
但在使用经验、作战理念、以及长久以来形成的部队结构等因素的影响下,美国空军的加油机一直以来相当强调多用途能力——不仅要能运油,还要能运人、运装备。
这一点则是目前基于轰炸机平台的改装方案所难以满足的,也是至今为止美国空中加油机主力一直都以运输机为平台的主要原因。
顾及到这种背景,美空军如果要获得新型的运输机和加油机,只能在兼顾综合运输能力的前提下,折衷货舱尺寸与隐身化外形等因素,开发全新的平台——而如果全新研发,“于2027年前完成测试”这一任务节点就不那么容易保住了。
军机,革新动力更强
单就融合翼构型来说,虽然波音、空客等主要航空制造商都曾发布未来设计构型,但并没有真正投入主要资源进行研发。
相较于军用运输机,民用客货机要摆脱现有的主流构型,困难更多:
民用运输行业面对风险更脆弱、更敏感,特别是在直接涉及飞行安全的气动和飞行控制等领域,针对突破性和颠覆性的技术改进,总体态度非常保守。
全新构型的平台,其运营成本的大幅度降低是基于更长的市场周期而言;但在其发展初期,由于需要大范围部署,以及与传统差异巨大的技术人员培训体系、完全不同的零备件和维护检修体系,存在非常大的成本劣势。
民用运输行业严重依赖于各地机场基础设施建设。现有的机场廊桥等设施及其对应的工作流程标准规范,都是根据传统构型客机设计的。
全新构型的客货机,很难良好的兼容现有的设施和规范,而改变这一点,需要全行业上下的一致推动。
因此,如果要实现运输机的新构型,从军机入手显然更容易成功、成本也更低。
未来客机要实现性能的大幅度提升突破,这种先军后民、军用带动民用的模式,或许是成功的关键所在。