网传轰-20十一试飞?网友:气动布局已确认,究竟有没有垂尾?

"网上的各种CG版本基本大同小异,说明它的构型应该是已经确定了。

这是社交媒体上对目前公布的轰-20的CG图评价,转发这些高清CG图的不乏军事大V,笔者对比了各种版本轰-20的CG图,差别可不是大同小异,而是大了去,垂尾则是其中最大的不同之一,所以问题来了,轰-20的垂尾到底应该是有还是没有?

网上到底有哪些轰-20的CG版本?

关于轰-20的说法已经很难确定究竟是什么时候首次出现在网上了,不过得到官方实锤是应该是在2016年,空军司令员在接受官媒采访时公开表示空军确实正在研发新一代远程战略轰炸机,至于是什么机型他没说,不过大家都知道这就是轰-20。

之后关于轰-20的传闻就满天飞了,各种各样的CG图都出现在了网上,笔者将近些年来出现的大部分轰-20的CG图都整合到了一张图上,这是高清图,有兴趣的朋友可以点开详细了解下:

上图是公开的几个轰-20版本,有垂尾和无垂尾版本都有,不过是无垂尾版本更多一些,下图则是公开的另一个特征的部分,气动布局差异还比较大,有飞翼形,也有三角翼形,各位看看哪几个气动布局才能入各位的法眼?

网传气动布局已确定, 究竟有没有垂尾?

在前文中那么多气动布局,到底哪种才有可能是轰-20的气动布局?还有争议最大的是垂尾到底有没有有,另外还有一个解决的问题是三角翼高速型方案到底有没有可能?

近似于B-2的布局可能性最大

首先笔者要告诉各位,B-2的气动布局不是拍脑袋定下的,这是诺斯罗普的里程碑式设计,这家公司一直在飞翼布局上折腾,对飞翼布局的飞行器有着非常深的理解,比如YB-49飞翼:

飞翼布局非常特别,一般的飞行器有机身、机翼、水平尾翼和垂尾,但飞翼只剩下了机翼,垂尾也变得可有可无,整架飞机都是一个升力体,所以飞翼的优势也相当明显:

所以诺斯罗普一直都在飞翼上折腾,前前后后搞出了很多飞翼,比如上文中的YB-49,但这种飞行器并不实用,原因是飞翼重心在升力中心前并且距离比较大,这会导致低头力矩,需要在气动翼面上补偿,另一个则是飞翼这种特殊的结构,无论是起飞还是降落,又或者是空中机动等,需要操作的翼面比较多,人力控制难度很大,因此在早期的飞翼飞行安全系数也不高。

另一个则由于飞翼的机翼巨大,机翼荷载产生变形会导致原本的气动数据改变,由此循环往复即为气动弹性问题诱发翼面震颤,威胁飞行安全。因此早期飞翼因为无法解决这些问题而无法实用化。

到了1980年代,材料技术和计算机飞控技术的进步,飞翼解决了稳定飞行的问题后各项优势才得以展现,1989年B-2首飞,这架飞机诞生后直接惊艳了全世界,一只大蝙蝠的造型,加上其隐身涂料,其雷达散射面积很低,据称低于0.001平方米。

B-2的飞行性能也十分优秀,航程高达1.2万千米,载弹量达到了15吨,在隐身性能的加持下,从北约轰炸南联盟到阿富汗战争再到伊拉克战争,B-2无一损失,仅有的几次损失是在飞行起降过程中因为飞行事故损失的。

这里必须要简单解释下B-2的发动机为何要背置,其实这是解决部分发动机尾流的红外特征信号以及发动机短舱的雷达反射信号这两大问题,背置可以避免发动机旋转的叶片形成镜面反射被敌方的雷达波扫射到形成反射面,降低雷达散射信号。

背置的发动机尾流还能引入机翼背部的气流,混入后可以大幅降低排气温度从而降低红外特征,避免红外引导的导弹锁定,也避免地面红外光电跟踪信号锁定,B-2几乎就解决了所有能增加探测机会的可能。

所以从理论上看,如此优秀的设计我们为什么不参考?殊途同归,类似的作战任务,同样的隐身性能要求,我国的材料与飞控技术早已可以满足飞翼飞行的要求,所以选择类似B-2的气动布局来解决我们面临的问题,很正常!

到底有没有垂尾?答案可能是没有

B-2是没有垂尾的,B-21也没有,轰-20不知道有没有,目前就网上公布的信息来看,有或者没有都有一大批支持的网友,所以我们在这里要解决的问题是轰-20到底有没有垂尾,不过下文首先要解决的一个问题是:垂尾到底是用来干啥的?

估计各位的第一反应就是垂尾不是用来转弯的吗?各种报道中不是有个蹬舵面的说法吗?其实这个说法还真不是全对,因为垂尾最主要的功能不是转弯,而是保持航向稳定,所以垂尾的另一个叫法是垂直安定面。

垂尾存在的一个重要功能是在飞行过程中防止侧滑,如果没有垂尾,飞行器在飞行中可能遭遇左右不一样的气动作用力,从而失去航向,轻则偏离航向,重则甚至横向飞行遭遇极大过载导致飞行器解体,所以垂直安定面很重要。

垂尾的另一个重要功能是增加机动性,蹬舵与襟翼上下偏角配合,可以快速机头指向,占据有利位置发射格斗导弹,当然转弯也是垂尾的配合的功能之一,但没有垂尾同样也能转向,只要朝着要转弯的方向倾侧机身,然后拉起机头即可将飞机航向对准新的方向,之后再操作机翼气动面偏转将机体回正即可。

垂尾那么好,为什么B-2不要垂尾?

垂尾能保持航向稳定,也能增加机动性,那么B-2和B-21为什么都不要垂尾?答案是影响雷达散射面积,垂尾高于机身,无法被前机身遮挡,正向RCS(雷达散射面积)会增加很多。而侧向则会数量级增加,因为在侧向会形成有效面积下的镜面反射,所以对于极致隐身的飞行器来说,垂尾都打算取消的。

B-2和B-21之流又是怎么解决航向稳定的呢?B-21没有公布全机照片,目前还不清楚,但B-2用的是减速片,即在机翼左右侧张开减速片,由计算机通过大量传感器获知飞行状态,如果发现有侧滑就会立刻启动左右减速板的差异扩张,将侧滑角度调整过来,在计算机的控制下,B-2每秒可以进行上百次感知与控制,如果人力控制的话显然是不现实的。

请注意左右机翼外侧的减速板张角

除了B-2这种用减速板暴力型修正航向外,还有更优秀的射流级飞控,这是从发动机压气级中引出高压气流,在机翼上通过环流控制器排气,可以形成襟翼的上偏转与下偏转效果,还能控制左右喷气平衡以稳定航向,可以直接取消各种复杂的气动控制翼面。这种飞控我国早已有过测试,会不会用在轰-20上呢?

所以答案也非常明显,已经有了取代航向稳定的方式,最差就是用减速板调整,最好就是用射流级飞控,垂尾的存在完全没必要,并且轰-20又没有高机动性能的要求,笔者实在是想不出这个碍事的垂尾真有存在的必要。

同时也要提醒下各位,那个被各位大V追捧轰-20的CG图,气动布局其实不符合逻辑,垂尾与主机翼相距过近,而且外倾太大,受到主翼面气流(特别是起降状态大迎角飞行时的涡流与紊流)影响很大,其效率是值得商榷的,所以这种CG图各位看看也就罢了。

三角翼高速型:究竟有没有可能?

这是本文最后要解决的一个问题,在之前列出的各种启动布局图中,三角翼布局占了挺大一部分,就算是不懂气动布局的朋友也知道,这是高速机型,而在了解气动布局的朋友看来可以用可以更专业的名词来形容,即展弦比来描述该飞行器的大致速度范围,下面是常见飞行器的展弦比数据:

B-52轰炸机展弦比为6.5,U-2高空侦察机展弦比10.6,全球鹰无人机展弦比为25,这是低速侦察机与轰炸机的展弦比。那么战斗机呢? F-16是3.2、F-15是3、F-18是3.52、Su-27是3.5、MIG-29是3.5、台风是2.4,F-22是2.3,J-20是2.2。

如图的三角翼或者双三角翼飞行器的大致展弦比应该是小于2的,甚至可能只有1.6左右,有兴趣的朋友可以到CAD里去建个模评估下,这种飞行器的飞行马赫数最高应该在3~4左右,3.3马赫的SR-71的展弦比为1.93左右,这种展弦比小于2的飞行器显然是一种高马赫数的机型。

有网友表示,高速不是更好么,为什么还要搞慢悠悠的亚音速隐身机型?其实笔者也很希望轰-20是一种高超音速机型,但有一个航程要求是无法取舍的,因为高速与航程是两个相悖的要求,根据动能公式大家就知道能量与速度平方的一半成正比,能量也就是燃料消耗。

如果在发动机效率上没有特别大提升的话,在满足高速的同时需要保持大航程非常困难,未来高效率的旋转爆震发动机入役后也许会有所改观,但就轰-20技术定型的时间来看,当时这种发动机也就处于突破前夜,应该还无法装到轰-20上。

延伸阅读:十一试飞?

这个可能性还是存在的,最近003航母福建舰的三条弹射器风雨棚都已经拆除,接下来就要安排海试了,从现在开始到十一,也就二十多天时间,因此这个可能性还是非常大的。而轰-20则是等得太久了,我们已经听了太多首飞的消息,是时候公开了!

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页面更新:2024-05-31

标签:展弦比   布局   升力   机翼   航向   飞行器   航程   机身   发动机   机型   笔者   面积   性能   稳定   版本   网友

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