據(jù)媒體報道，洛克希德·馬丁公司經(jīng)過6年研發(fā)已經(jīng)形成初步方案的下一代軍用運輸機外形圖最近曝光。該方案完全顛覆傳統(tǒng)運輸機形象，采用高度翼身融合和傳統(tǒng)“T”形尾翼氣動布局，燃油效率更高的高涵道比發(fā)動機短艙置于機翼翼根部后緣上方。
這是一款大型、超大型運輸機方案，將用于替代美國空軍現(xiàn)役的C-5和C-17運輸機。美軍對下一代大型軍用運輸機技術(shù)的預研工作開始于幾年前?，F(xiàn)代大型運輸機研發(fā)周期一般在15年左右，現(xiàn)役的C-5和C-17已經(jīng)有了較長的服役時間，越來越迫近退役。
目前，美國空軍共有運輸機840多架，其中超大型戰(zhàn)略運輸機和戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)運輸機C-5、C-17兩種就達331架。C-5的發(fā)展計劃于1960年提出，1970年6月裝備部隊。從那時起到現(xiàn)在，已經(jīng)服役長達45年，超過計劃服役年限47%。其最新型號C-5M，美軍也只打算使用到2040年。
C-17比C-5“年輕”，該機1991年9月首飛，1993年6月交付部隊。即使如此，C-17到現(xiàn)在也已服役22年之久。還有一個特殊情況，就是C-17的使用率特別高，計劃每年飛行1000個小時，而實際上近年來卻高達1500至1800個小時，其壽命被提前消耗。按計劃，美軍打算讓C-17服役到2033年。
美軍加快下一代大型軍用運輸機研制步伐，還有希望提高運輸機經(jīng)濟性的考慮。運輸機和由運輸機改裝而來的空中加油機，是美國空軍裝備中的耗油“大戶”。以C-17為例，其耗油率大致為每小時9～17噸，如果每年飛行1500小時，每架C-17一年就要耗油1.35萬～2.55萬噸。美國空軍目前共有220架C-17，如果再綜合考慮現(xiàn)役的111架C-5和大量的其他戰(zhàn)術(shù)運輸機以及加油機，每年的油耗是個天文數(shù)字。運輸機隊如何降耗，已成為美國空軍努力攻克的重大課題。
同時，從環(huán)保角度來看，美國是世界上碳排放量第二大戶，其中就包括美國空軍運輸機隊、加油機隊的“貢獻”。氣候變化是全球性挑戰(zhàn)，美國到處催促他國減排，如果能研發(fā)出耗油率大大降低的下一代大型軍用運輸機，也算是有了一個落實自己減排承諾的具體措施。
為能及時替換或補充C-5或C-17的運輸能力，并著眼于2035～2040年的戰(zhàn)略空運環(huán)境，美國空軍近幾年一直在與諾斯羅普·格魯曼、波音和洛克希德·馬丁等公司合作，開展下一代大型軍用運輸機技術(shù)預研，其中高效能、低能耗是一項重要指標，3家公司也都相應(yīng)地提出了各自方案。
初步看，美國下一代大型軍用運輸機的發(fā)展將從單純追求高性能，轉(zhuǎn)變到強調(diào)性能、成本、可靠性、環(huán)保等綜合指標的均衡發(fā)展，節(jié)能減排將成為美國下一代大型軍用運輸機發(fā)展的關(guān)鍵制約因素。
這次曝光的洛克希德·馬丁公司設(shè)計的下一代大型軍用運輸機方案，突出特點可以概括為：低油耗、低排放和低噪聲；大載荷、大航程、短距起降。而實現(xiàn)這些能力，奇異但氣動效率更高的外形功不可沒。
洛克希德·馬丁公司的方案有兩個方面顛覆傳統(tǒng)。一是氣動布局。機體前部采用翼身融合體氣動布局。出于有利于運輸機的空運，特別是空投的考慮，機體后部采用傳統(tǒng)的機身加“T”形尾翼布局。這樣的氣動布局可以稱為翼身融合體布局和傳統(tǒng)布局的結(jié)合。
二是發(fā)動機的安排。將兩臺高涵道比渦扇發(fā)動機對稱地設(shè)置在機翼后緣根部上方。傳統(tǒng)的運輸機形象一直就是像在一個粗壯的圓筒形機身中部，對稱地插著兩塊板子式的機翼，在其末端安裝垂直和水平尾翼。這種布局使得飛機飛行的升力主要來源機翼，而機身對升力的貢獻率極小。同時，機翼和機身交接處還要產(chǎn)生較大的干擾阻力。
洛克希德·馬丁公司設(shè)計的翼身融合體氣動布局，將前機身拉寬向兩側(cè)延展，使之扁平化，讓機身上下表面平滑地向機翼過渡，機身側(cè)面也從機頭一直平滑過渡到機翼外翼段。這樣，機身和機翼就沒有了明顯的外形區(qū)分，完全融為一個有機整體，合成一個完整的升力面。
這種布局形式使得飛機升力面增大，升力增加，機翼和機身的干擾阻力減小，飛機的升阻比大大提高。同時，飛行阻力的減小，也可大大降低飛行噪聲。另外，翼身融合部位擁有較大的內(nèi)部空間，便于布置機體內(nèi)油箱、增加機艙容積等，這樣可以明顯提高飛機的隱身性能。
傳統(tǒng)運輸機的發(fā)動機短艙一般是對稱地吊在機身兩側(cè)機翼下方，可洛克希德·馬丁公司的方案卻將發(fā)動機設(shè)置在機翼后緣根部上方。一直以來，飛機設(shè)計都避免采用這種安裝方式，因為這會在跨聲速時引起機翼不利干擾。但經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計，目前這個問題已經(jīng)被解決。
這種發(fā)動機布局形式的優(yōu)點也是多方面的。發(fā)動機的高速吸入氣流流經(jīng)機翼上表面，能夠形成很強的低壓區(qū)，可以有效增加升力。與此同時，運輸機可以安裝直徑更大、燃油效率更高的高涵道比渦扇發(fā)動機，方便發(fā)動機的維修和拆卸。
據(jù)洛克希德·馬丁公司估計，翼身融合體氣動布局的氣動效率比采用傳統(tǒng)布局的C-17運輸機要高出65%。有了效率更高的氣動布局，如果再加上可能應(yīng)用的效率更高、結(jié)構(gòu)更輕、排放更低、噪聲更小的高涵道比渦扇發(fā)動機，強度更高、質(zhì)量更輕、熱膨脹系數(shù)更小的新型復合材料，以及新工藝，美國下一代大型軍用運輸機在運載能力、航程、短距起降能力、油耗、碳排放等各方面，都會有令人驚訝的優(yōu)異表現(xiàn)。
（作者單位：空軍裝備研究院）
聯(lián)系客服
