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美军加快研制下代大型运输机 颠覆传统形象(图)

据媒体报道,洛克希德·马丁公司经过6年研发已经形成初步方案的下一代军用运输机外形图最近曝光。该方案完全颠覆传统运输机形象,采用高度翼身融合和传统“T”形尾翼气动布局,燃油效率更高的高涵道比发动机短舱置于机翼翼根部后缘上方。

这是一款大型、超大型运输机方案,将用于替代美国空军现役的C-5和C-17运输机。美军对下一代大型军用运输机技术的预研工作开始于几年前。现代大型运输机研发周期一般在15年左右,现役的C-5和C-17已经有了较长的服役时间,越来越迫近退役。

目前,美国空军共有运输机840多架,其中超大型战略运输机和战略战术运输机C-5、C-17两种就达331架。C-5的发展计划于1960年提出,1970年6月装备部队。从那时起到现在,已经服役长达45年,超过计划服役年限47%。其最新型号C-5M,美军也只打算使用到2040年。

C-17比C-5“年轻”,该机1991年9月首飞,1993年6月交付部队。即使如此,C-17到现在也已服役22年之久。还有一个特殊情况,就是C-17的使用率特别高,计划每年飞行1000个小时,而实际上近年来却高达1500至1800个小时,其寿命被提前消耗。按计划,美军打算让C-17服役到2033年。

美军加快下一代大型军用运输机研制步伐,还有希望提高运输机经济性的考虑。运输机和由运输机改装而来的空中加油机,是美国空军装备中的耗油“大户”。以C-17为例,其耗油率大致为每小时9~17吨,如果每年飞行1500小时,每架C-17一年就要耗油1.35万~2.55万吨。美国空军目前共有220架C-17,如果再综合考虑现役的111架C-5和大量的其他战术运输机以及加油机,每年的油耗是个天文数字。运输机队如何降耗,已成为美国空军努力攻克的重大课题。

同时,从环保角度来看,美国是世界上碳排放量第二大户,其中就包括美国空军运输机队、加油机队的“贡献”。气候变化是全球性挑战,美国到处催促他国减排,如果能研发出耗油率大大降低的下一代大型军用运输机,也算是有了一个落实自己减排承诺的具体措施。

为能及时替换或补充C-5或C-17的运输能力,并着眼于2035~2040年的战略空运环境,美国空军近几年一直在与诺斯罗普·格鲁曼、波音和洛克希德·马丁等公司合作,开展下一代大型军用运输机技术预研,其中高效能、低能耗是一项重要指标,3家公司也都相应地提出了各自方案。

初步看,美国下一代大型军用运输机的发展将从单纯追求高性能,转变到强调性能、成本、可靠性、环保等综合指标的均衡发展,节能减排将成为美国下一代大型军用运输机发展的关键制约因素。

这次曝光的洛克希德·马丁公司设计的下一代大型军用运输机方案,突出特点可以概括为:低油耗、低排放和低噪声;大载荷、大航程、短距起降。而实现这些能力,奇异但气动效率更高的外形功不可没。

洛克希德·马丁公司的方案有两个方面颠覆传统。一是气动布局。机体前部采用翼身融合体气动布局。出于有利于运输机的空运,特别是空投的考虑,机体后部采用传统的机身加“T”形尾翼布局。这样的气动布局可以称为翼身融合体布局和传统布局的结合。

二是发动机的安排。将两台高涵道比涡扇发动机对称地设置在机翼后缘根部上方。传统的运输机形象一直就是像在一个粗壮的圆筒形机身中部,对称地插着两块板子式的机翼,在其末端安装垂直和水平尾翼。这种布局使得飞机飞行的升力主要来源机翼,而机身对升力的贡献率极小。同时,机翼和机身交接处还要产生较大的干扰阻力。

洛克希德·马丁公司设计的翼身融合体气动布局,将前机身拉宽向两侧延展,使之扁平化,让机身上下表面平滑地向机翼过渡,机身侧面也从机头一直平滑过渡到机翼外翼段。这样,机身和机翼就没有了明显的外形区分,完全融为一个有机整体,合成一个完整的升力面。

这种布局形式使得飞机升力面增大,升力增加,机翼和机身的干扰阻力减小,飞机的升阻比大大提高。同时,飞行阻力的减小,也可大大降低飞行噪声。另外,翼身融合部位拥有较大的内部空间,便于布置机体内油箱、增加机舱容积等,这样可以明显提高飞机的隐身性能。

传统运输机的发动机短舱一般是对称地吊在机身两侧机翼下方,可洛克希德·马丁公司的方案却将发动机设置在机翼后缘根部上方。一直以来,飞机设计都避免采用这种安装方式,因为这会在跨声速时引起机翼不利干扰。但经过优化设计,目前这个问题已经被解决。

这种发动机布局形式的优点也是多方面的。发动机的高速吸入气流流经机翼上表面,能够形成很强的低压区,可以有效增加升力。与此同时,运输机可以安装直径更大、燃油效率更高的高涵道比涡扇发动机,方便发动机的维修和拆卸。

据洛克希德·马丁公司估计,翼身融合体气动布局的气动效率比采用传统布局的C-17运输机要高出65%。有了效率更高的气动布局,如果再加上可能应用的效率更高、结构更轻、排放更低、噪声更小的高涵道比涡扇发动机,强度更高、质量更轻、热膨胀系数更小的新型复合材料,以及新工艺,美国下一代大型军用运输机在运载能力、航程、短距起降能力、油耗、碳排放等各方面,都会有令人惊讶的优异表现。

(作者张文昌 单位:空军装备研究院)

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