美空軍決定研發翼身融合運輸機,這會如何影響未來軍、民機構型?

據報道,美國空軍計劃在2027年之前,完成對基於新型融合翼佈局方案的運輸機全尺寸原型機的測試。

顯然,這一專案有兩個主要目的:一是大幅度降低運輸機油耗,二是提升此類飛機的戰場效能。

主要目標是降低油耗

在美國空軍所需的各主要能源中,基於石油來源的航空燃料佔比達到80%左右。其中有相當一部分是被空中加油機所消耗掉的。

而發展融合翼運輸機專案的重要目標之一就是降低油耗。目前看來,這一目標符合近年來美軍在“環保”和“降低碳排放”上的政策導向。

這一專案所附帶的減少戰場後勤壓力、降低總執行成本……等優勢,相比其能源消耗上的優勢倒是次要、而且在短期內難以實現的。

為了降低油耗,這種新的融合翼飛機必須實現飛行阻力的大幅減小。這需要氣動外形擁有遠超以往的效率提升——目前,美軍宣稱將至少提升30%以上。

美空軍決定研發翼身融合運輸機,這會如何影響未來軍、民機構型?

洛馬公司的先進加油機假想方案之一,帶有顯著的隱身化和翼身融合特徵。

基於早期設計製造能力限制、貨物尺寸等一系列原因,大型運輸類飛機最終都採用了相當近似的設計:獨立的筒狀大截面機身,翼下吊掛發動機的後掠機翼,帶有不同形式的水平或垂直尾翼的常規佈局設計。這種佈局“正規化”在主流客機上表現得尤其明顯。

而設計路線的長期同質化,使得此類飛機在發展過程中,氣動效能的進步只能透過不斷的細節最佳化累積來實現。因此目前來說,主流客機、運輸機和加油機在氣動效能方面的進展已經進入了顯著的邊際效用區域——能挖掘的潛力已經被挖掘殆盡,剩下的每一次細微效能提升,都要花費更為高昂的代價。

美空軍決定研發翼身融合運輸機,這會如何影響未來軍、民機構型?

波音X-48B融合翼技術驗證機

目前來看,大型運輸類飛機要實現氣動效能的突破性提升,一個設計思路就是採用類似B-2、B-21翼身融合、升力體佈局:讓原本基本上不負責產生升力、只形成阻力的機身,也發揮出機翼的作用。

也適用於戰場加油機

雖然美空軍宣告中僅提到了融合翼運輸機,但這種佈局更加適合於加油機,因此不排除未來美空軍會基於這一構型改裝新型加油機。

從飛行器設計角度來說,單一用途的空中加油機對於機體外形佈局形式的要求相當寬鬆。畢竟航空燃油是流體,儲存燃油的油箱可以設計成非常扁平的形狀。

因此,從戰場效能角度考慮,純粹的飛翼佈局也非常適合於專用加油機,還能夠將戰場訊號特徵控制在較低水平。

從現代空戰,特別是遠端作戰的戰術角度考慮,加油機等大型機種是維繫整個作戰體系運轉的關鍵節點。

美空軍決定研發翼身融合運輸機,這會如何影響未來軍、民機構型?

KC-767/KC-46採用了地板下運油,地板上面前面運貨、後面運人的設計佈局。

但由於傳統構型的影響,這類飛機目標明顯,機動性較差,在戰場上必然是敵方的重點打擊物件——尤其是面對裝備有中遠端空空導彈的新型隱身戰機時,大型加油機的生存能力相當低。

從實戰經驗角度來說,除非一方掌握了絕對制空權,否則空中加油機極少會貼近戰場一線,而是被部署在相對較遠、也較安全的後方。

這必然導致戰術飛機實際可用的航程和滯空時間顯著縮水,而且要花費更多的時間在加油往返上。

單純從技術角度來說,按照美空軍目前的時間表,基於B-2或者B-21平臺的改進設計,完成一款融合翼佈局的隱身空中加油機並不難。

但在使用經驗、作戰理念、以及長久以來形成的部隊結構等因素的影響下,美國空軍的加油機一直以來相當強調多用途能力——不僅要能運油,還要能運人、運裝備。

這一點則是目前基於轟炸機平臺的改裝方案所難以滿足的,也是至今為止美國空中加油機主力一直都以運輸機為平臺的主要原因。

顧及到這種背景,美空軍如果要獲得新型的運輸機和加油機,只能在兼顧綜合運輸能力的前提下,折衷貨艙尺寸與隱身化外形等因素,開發全新的平臺——而如果全新研發,“於2027年前完成測試”這一任務節點就不那麼容易保住了。

軍機,革新動力更強

單就融合翼構型來說,雖然波音、空客等主要航空製造商都曾釋出未來設計構型,但並沒有真正投入主要資源進行研發。

相較於軍用運輸機,民用客貨機要擺脫現有的主流構型,困難更多:

民用運輸行業面對風險更脆弱、更敏感,特別是在直接涉及飛行安全的氣動和飛行控制等領域,針對突破性和顛覆性的技術改進,總體態度非常保守。

全新構型的平臺,其運營成本的大幅度降低是基於更長的市場週期而言;但在其發展初期,由於需要大範圍部署,以及與傳統差異巨大的技術人員培訓體系、完全不同的零備件和維護檢修體系,存在非常大的成本劣勢。

民用運輸行業嚴重依賴於各地機場基礎設施建設。現有的機場廊橋等設施及其對應的工作流程標準規範,都是根據傳統構型客機設計的。

全新構型的客貨機,很難良好的相容現有的設施和規範,而改變這一點,需要全行業上下的一致推動。

因此,如果要實現運輸機的新構型,從軍機入手顯然更容易成功、成本也更低。

未來客機要實現效能的大幅度提升突破,這種先軍後民、軍用帶動民用的模式,或許是成功的關鍵所在。