洛克希德隐身运输机概念

    HWB研究特点是利用计算流体动力学(CFD)工具进行高度的气动优化。最初巡航马赫数为0.7的飞机,利用CFD进行外形优化后巡航速度可增加到0.81马赫,并且跨声速阻力可以减少45%。洛克希德马丁公司估计,与C-17运输机相比,HWB布局飞机的空气动力学效率要高出65%。与C-5运输机相比,HWB布局飞机空气动力学效率要高30%,与波音787相比,HWB布局飞机即使在低马赫数下气动效率要高出5%。

    飞机气动效率高有以下几个原因。首先,翼身融合前机身提供了25%的升力,因为翼根弦外移可以在没有增加机翼重量的前提下增加翼展并减少了阻力,可以改善气动力沿翼展方向的分布,展弦比可以从常规布局的9增加到12。其次,后机身可确保HWB布局飞机空运和空投与现有运输机兼容,这对BWB飞翼布局来说是一个挑战。为了能够短距起降并且防止重心在空投时发生重心突变,飞翼布局需要开发一种新的控制作动器和算法,这将带来风险和费用,虽然与飞翼布局相比传统T型尾翼会增加5%的诱导阻力,但可以提供鲁棒控制并且可以避免开发新控制作动器和算法所带来的费用和风险。类似于C-5运输机,HWB后机身设计可以在投放伞兵部队时在门和舷梯周围提供一个平稳的气流流动区域,尾翼可以保持重心在20%平均气动弦内,并且巡航时尾翼可以避免产生诱导阻力。

    HWB设计的不寻常之处是翼身融合机身前部有一个圆形的增压机身。装载在外部非增压舱里的货物可以放在后斜板上通过传送滚筒往前移,再通过机身侧门进入外部货仓。这就可以使得HWB布局的增压舱机身在货仓体积相同的情况下比C-5运输机机身更小、重量更轻。据洛克希德马丁公司计算HWB布局的结构比传统设计轻18%。HWB布局飞机的另一个非传统特点是发动机安装在机翼后缘上方。一直以来,飞机设计都避免采用这种安装方式,因为这种安装方式会在跨声速时引起机翼不利干扰,但采用这种安装方式的本田喷气公务机很好的优化了这种设计。

    洛克希德马丁公司对发动机安装在机翼前缘,机翼后缘以及前机身位置时的巡航干扰阻力进行了研究。研究结果表明,发动机短舱安装在机翼后缘有利于提高升阻比,不论什么型号的发动机,发动机安装在机翼后缘上方的空气动力学效率要比翼下安装的常规布局高5%。

    目前大家公认的低油耗发动机有三款。第一款是GE公司目前可投入使用的GEnx发动机,第二款是2030可投入使用的罗罗公司的超级风扇概念发动机,第三款是2025年可投入使用的GE公司的开式转子发动机。与C-17和C-5M运输机的发动机相比,第一款、第二款和第三款发动机的燃油消耗率分别要低25%、30%、35%。据洛克希德马丁公司计算,HWB布局的飞机由于空气动力学效率高以及质量轻,比C-17分别安装GEnx发动机、超级风扇发动机、开式转子发动机的燃油消耗要低70% 、75%、 80%。虽然GEnx发动机、超级风扇概念发动机、开式转子发动机的直径大小各异,但通过优化同一架飞机可以根据需要模块化安装不同的发动机。

    分析表明发动机安装在机翼后缘上方还有其他的好处。首先短舱前面长长的翼弦可以起到气流导向器的作用,从而减少进气道畸变以及阻挡发动机噪声向地面传播。其次发动机安装在机翼后缘上方可以方便发动机的维修和拆卸,甚至可以在发动机短舱上安装一个小尾翼。最后还有利于升力的产生,发动机吸入气流可以为机翼提供很大的吸升力,类似于安装在翼下的发动机喷出气流打到下偏的襟翼上在翼下形成高压区域,C-17运输机就采用了这种方法。这可使最大升力系数增加15%。

    为了提供短距起降能力,类似于洛克希德马丁公司在美国空军研究实验室的速度敏捷项目中研究的短距运输机概念,过剩的燃油容积可以用来进行襟翼吹风产生环流控制。另外还可以像F-35矢量喷管一样,产生垂直升力。

    如果C-17按计划在2033年开始退役,那么美国空军将要开始研究下一代战略运输机,因为C-17运输机的研究历时了21年。(中国航空工业发展研究中心   张斌)