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【军武科普】空中的巨翼-飞翼机的前世今生

 泾渭书院 2016-02-21

空中的巨翼-飞翼机的前世今生


自人类飞向蓝天那一刻起,便诞生了无数的飞行器设计。任何设计都会在空中产生空气阻力,而如何在增大飞机体积的同时减少空气阻力,变成了航空黎明时期各国设计师的目标。德国设计师雨果容克斯最早于1910年设想了只由机翼组成,没有机身的飞机。这种被后世称为飞翼的设计参考了鸟类在滑翔时巨大的翼展,保证载荷同时最大程度减小空气阻力。值得一提的是著名的“斯图卡” Ju-87俯冲轰炸机正是雨果容克斯所创立的容克斯飞机公司设计,Ju的编号便是德语里容克斯的前两字母。




飞翼设计的灵感:鸟类巨大的平行翼展。


容克斯的飞翼梦在1929年首飞的容克斯G.38客机上踏出了第一步,巨大的机翼为这架庞然大物提供充足升力的同时储存大量燃油,让G.38可以带30名乘客进行3460千米的飞行。

G.38客机,以1929年的标准,已然是大型飞机


有趣的是容克斯最初设计飞翼是为了民用,但战争的需求却让其设计被德国另一飞机公司霍顿兄弟所看中,在军迷中赫赫有名的Ho-229轰炸机因而诞生。由于纳粹德国空军迫切需要一种长距离高速轰炸机,霍顿兄弟为了满足戈林提出的3×1000要求(携带1000千克炸弹,1000千米航程且时速1000千米每小时),创新性的使用无任何垂直尾翼和水平尾翼的纯飞翼设计,降低空气阻力的同时使用喷气式引擎来达到高速。



现存于美国国家航空航天博物馆的Ho-229,可看到其位于机翼上方的引擎喷口。


不知有意还是无意,Ho-229采用含碳胶合板和机翼上部搭载引擎的设计,使得Ho-229有更小的雷达截面。美国军方对其进行的测试发现和同时期飞机相比,Ho-229的雷达发现距离缩短了37%,Ho-229也因此被许多人认为是世界上第一架使用隐身技术的飞机。



Ho-229三视图


无独有偶,同时期美国的航空先驱设计师杰克诺斯罗普也对飞翼设计钟爱万分。由其本人创办的诺斯罗普飞机公司在1940年和1942年分别试飞了N-1M和N-9M两款飞翼机,其中N-9M为N-1M的放大版。诺斯罗普创新的使用了螺旋桨反向推进来减少螺旋桨前置对机翼气流的扰乱,更进一步降低空气阻力。从外形上来看,这比Ho-229还要早两年试飞的N-9M不管从大小,整体设计,还是引擎位置都与Ho-229神似,真可谓英雄所见略同。只可惜纳粹的战败让霍顿兄弟的开发被迫中止,Ho-229胎死腹中,而作为战胜国一方的诺斯罗普得以以N-9M为基础,继续在自己的飞翼梦上前行。


诺斯罗普飞翼梦的起点N-9M



YB-35大型飞翼机


随着二战的结束,美国军队公开招标新型超大型长途战略轰炸机,诺斯罗普于是乎拿着以N-9M为基础研发的YB-35闪亮登场。YB-35可谓是超级放大版的N-9M,翼展达到了惊人的52米,大约是N-9M的三倍,为了支持其飞行YB-35更是用了四台普惠R-4360同轴反转螺旋桨引擎提供动力。尽管如此诺斯罗普依然对YB-35表现的性能不满意,一直着眼新科技的他将三架YB-35改装安上了8台通用电力的J35喷气引擎,新编号YB-49,一跃跨入喷气时代。



YB-49喷气式大型飞翼机




1947年10月21日首飞的YB-49超大型喷气飞翼机有着793千米每小时的时速,16000千米的航程和139000米的最大升限,最大起飞重量接近88吨,可携带炸弹达到了14.5吨,同时期B-47只有11吨的载弹量。从各项数据指标看来,YB-49毫无疑问是二战后飞翼机的集大成之作,其比常规大型飞机性能上的优势得以充分体现。



在跑道上停泊的先期测试型 YB-35


可以看到YB-49的垂直尾翼与机翼翼刀


但很可惜,飞翼机因为缺少空气舵面而难以操控的缺点在YB-49上暴露无遗。尽管YB-49安装了四个位于机翼上下的垂直尾翼和机翼翼刀,其在飞行时依然非常不稳定且难以进行有效操控,由于垂尾位置过于靠前,YB-49也无法解决飞行时的偏航问题。1948年6月5日一架YB-49测试机坠毁,5名测试机组人员全部牺牲,诺斯罗普为其采用超越时代的设计付出了代价。最终美国军方还是选择了较为传统气动布局的B-36和B-47轰炸机进行量产。YB-49项目最终在1949年正式取消,杰克诺斯罗普狂热的飞翼梦似乎就此陨落。



绝不会被任何军迷认错的轰炸机


时间的车轮步入1970年代,随着苏联超高空高速防空导弹和拦截机的列装,过去依赖高空高速进行突防轰炸的理念已然作古。此时另外一种通过降低雷达截面进而降低被雷达发现的技术逐渐成熟,这种被后世称为“隐身”的技术利用的是对电磁波的不定向分散与吸收,使得雷达无法通过接收电磁回波来确认飞机的位置。虽然诺斯罗普本人以年入古稀,但诺斯罗普公司的航空设计师们却看到了飞翼机在这方面的巨大潜力。由于本身没有垂直尾翼和水平尾翼,飞翼机自身的雷达截面就很小,同时放置于机翼上的引擎也降低了引擎红外特征,让炽热的气流有充足的空间降温。飞翼机自身低空气阻力的优势也让其油耗比常规设计飞机低许多,进一步满足军方对轰炸机全球打击的要求。



B-2的透视图,可看到其

引擎布置位置与Ho-229神似


利用在YB-49上取得的难得的大型飞翼机的设计经验,诺斯罗普公司的设计在1981年10月20日赢得了ATB项目(Advanced Technology Bomber,先进技术轰炸机)的青睐,正式进入机密研发。1989年7月17日,日后被人们所熟知的B-2“幽灵”隐身轰炸机完成了其首飞。为了克服飞翼机的操控问题,诺斯罗普的工程师们在B-2上使用了先进的电子飞行控制技术,早期的B-2使用了多达136台电脑进行飞行控制。同时为了满足对雷达,红外,噪音,乃至视觉的隐身,B-2大量使用许多现在依然保密的隐身技术,这也使得这世界上最大飞翼机成为了世界上最贵的军用飞机。值得一提的是虽然杰克诺斯罗普没能坚持到B-2的首飞就以西去,但他本人见证了B-2的初始设计图,能看到自己的飞翼梦在现代科技下重生,诺斯罗普也算是死而无憾了。


飞翼的基础让B-2能大幅度使用

平行翼面设计减少乃至消除雷达回波



诺斯罗普格鲁曼公司竞标

获胜的LRS-B(B-3)轰炸机概念图


然而B-2并不是飞翼机的结束。随着对隐身性能和巡航性能的要求越来越高,以及电脑飞行控制技术的日渐成熟,飞翼设计被大量应用在无人机上。RQ-170“哨兵”, 诺斯罗普格鲁曼的X47B,波音“幻影光线”无人机等等都清一色采用了飞翼设计。从现在公布的设想图看,洛马和波音的第六代战机,以及诺斯罗普格鲁曼公司竞标获胜的LRS-B(B-3)轰炸机也都将采用飞翼设计。或许这翱翔于空中的巨翼飞机,才是未来的主流。


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