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中國之重器出世:一跡象預示轟20今年亮相

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  • 04-23

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在美國空軍致力發展遠程打擊轟炸機並爭取儘快啟動全尺寸樣機開發的同時,俄羅斯和中國也正在從事未來轟炸機計劃。在俄羅斯方面,其PAK-DA未來遠程空中系統將是其自1977年的圖-160以來的第一款全新轟炸機,而中國未來的新系統則將是其第一款國產轟炸機。據美國《航空和空間技術周刊》網站18日以《中國和俄羅斯正在研究中的未來轟炸機》為題報道稱,中國對於遠程空中力量仍然興趣不減,軍方主要的大型軍用飛機製造商西飛集團很可能是新型轟炸機的主承包商。與俄羅斯和美國的下一代轟炸機一樣,轟-20可望採用亞音速的低可偵測性「飛翼式」構造。儘管俄羅斯的PAK-DA系統明顯是一種旨在威脅美國的戰略威懾系統,但中國的發展目標也大體如此——轟-20將是以攜載巡航導彈為主的高生存能力遠程隱形平台,且很可能是與殲-20超音速隱形戰鬥攻擊機搭檔使用的機型。

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美國B-2轟炸機可能影響中國轟-20的設計美國B-2轟炸機可能影響中國轟-20的設計

作為世界政治軍事大三角的一角,中國與美俄兩國一樣,是世界上擁有戰略轟炸機的三個國家之一。但大家都知道,中國的戰略轟炸機基本也就是一種象徵,轟-6K雖然看起來很新,但是與美俄兩國比起來,不但有著代差,而且威懾能力也僅限於周邊地區,更主要的是不能對北美地區構成任何威脅。因此,為了實現對等的核威懾,中國一直企圖擁有一款真正的洲際戰略轟炸機,最起碼要達到圖-160那樣的能力,才能滿足中國建立戰略空軍的需求。可是,意圖從國外採購是不現實,沒有哪個國家會把戰略武器出售給潛在對手,而且有關國家條約也存在很多限製,所以,這種能力還要靠自己研發。但是中國的航空工業歷來底子薄,在2010年前要想研發圖-160和B-1B這樣的轟炸機是不太可能的,因此在那之前所謂建立戰略空軍的呼籲也隻是一句口號而已。

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轟-6K看起來已經難以承擔重任轟-6K看起來已經難以承擔重任

可時過境遷,隨著中國航空工業的迅速崛起,以及在研發諸如殲-20隱身戰機、運-20大型戰略運輸機、C919大型支線客機、渦扇-10A發動機、渦扇-15和渦扇-18發動機等方面的技術積累,中國看起來已經積累了十分豐富的技術儲備。於是,國內對於研發一款類似美國B-2A隱身戰略轟炸機的呼籲就開始抬頭了,當然這一切是建立在與美國幾近相似的戰略基礎上的,中國必須使用這類轟炸機建立起一個完善的全球戰略轟炸體系。

在各界專家看來,中國通過研發殲-20等機型,充分掌握了現代航空隱身的秘密;通過研發運-20和C919,基本掌握了設計製造大飛機的氣動設計;通過設計製造渦扇-10A發動機、渦扇-15和渦扇-18發動機等具備了為新機型提供動力的能力。所以,從技術上來看,中國具備了設計研發一款採用飛翼式布局和高亞音速飛行的大型隱身轟炸機的基礎。

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被廣泛認可的一種轟-20的方案看起來更像B-2被廣泛認可的一種轟-20的方案看起來更像B-2

就在各界對中國研發新一代轟-20隱身戰略轟炸機猜測紛紛之際在去年9月份的一次空軍活動中,中國空軍司令員在新聞節目中公開宣布,中國空軍現在的遠程打擊能力比過去有很大的提高,將來還會有更大的提高。我們現在發展新一代的遠程打擊轟炸機,將來你會看到的。這幾乎就是告訴大家,中國正在研發新型隱身戰略轟炸機,也證實了此前國內外的猜測。雖然表面上要求轟-20必須是「核常兼備」型轟炸機,但是應該突出的是一個「核」字,因為這個「常」字中國有多種手段,包括大量的中近程巡航導彈和彈道導彈,而這個「核」字則是中國相對於美俄最大的短板。因此轟-20的終極使命,就是以此建立可靠的洲際戰略威懾力量,利用其超級隱身能力和不低於12000公里的航程(實施一次空中加油後可達18000公里)以及可內掛大約12枚長劍-20巡航導彈的能力,形成覆蓋北美的能力。

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轟-20隻要是飛翼式布局基本和B-2有一定相像轟-20隻要是飛翼式布局基本和B-2有一定相像

從中國空軍發展的規劃目標來看,應該是有一個「-20機型系列」,這可能包括殲-20隱身戰機、運-20大型戰略運輸機、直-20中型通用直升機、轟-20隱身戰略轟炸機,唯有如此,中國建設一支戰略型空中力量的目標才能完整。現在,前三種機型的發展目標已經完全實現,那麼轟-20隱身戰略轟炸機的研發計劃到底是某種技術拖了後腿,還是研發過程中遭遇了重大技術障礙?但從以往的經驗來看,當年空軍副司令員宣布中國正在研發第四代隱身戰機後,僅僅14個月後殲-20就首飛了。現在,距離中國空軍司令員宣布正在研發國產戰略轟炸機已過去了7個月,應該快到了轟-20曝光的時候了,但最遲不過年底。當然,也許轟-20的消息披露不會走殲-20的路子,會選擇在技術穩定後正式公開;當然也有可能在等待某一特定時刻,比如當年殲-20就是在時任美國防長訪華時首飛的。當轟-20如願在2020年後具備實戰能力的時候,基本可以說,這個具備了開始奮起直追美國和俄羅斯的能力,但要想與兩者比肩還為時尚早!

中國正在研製轟-20飛翼布局隱身戰略轟炸機,這已經不是秘密。

雖然中國若干無人機、美軍B-2轟炸機等早已使用這一飛翼布局,但轟-20轟炸機的研製難度依然令人乍舌。

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這反映在以下各個方面:

一、縱向靜穩定難以保證

靜穩定,粗略的說是指飛機在飛行中會趨向於穩定,當發生偏移時的飛機會趨向於回到穩定的飛行狀態。在現代作戰飛機中,特別是戰鬥機(例如殲-20),常常藉助於複雜的自動化飛行控製技術,令飛機處在靜不穩定的狀態,這樣飛機的機動性會特別的出色,但需要計算機搭配先進氣動控製手段,讓飛機不至於徹底失控。有的戰機根據飛行狀態、重心變化等原因,可能在靜穩定和靜不穩定之間遊走,給飛行控製帶來極大挑戰。

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對於轟-20轟炸機,因為它考慮到隱身等要求,採用的是沒有專門尾翼的飛翼布局,在保持靜穩定方面有更大的困難 ——這也是二戰結束後若干美國飛翼轟炸機(例如XB-35)未能獲得成功的主要原因,這種布局要保持飛行穩定實在太難了。

常規布局的飛機,利用尾翼的正負升力,即可有控製的飛機的穩定狀態。現代戰鬥機常常使用的翼身融合設計,一般有著縱向靜不穩定的特點,但平尾可以很好的解決這一問題。可是轟-20轟炸機的飛翼布局,並沒有平尾,全機氣動焦點比較靠前,隻能依靠其他更為先進、也更為困難的手段來控製。

例如,對於實質上採用平直翼飛翼布局(後掠角太小)的飛機來說,需要在翼型下下功夫,包括了使用特殊彎度設計的翼型,或後卸載翼型來滿足穩定控製要求。如果是後掠飛翼,則使用對稱翼型或帶有小正彎度的翼型,或略有後卸載的翼型。另一個重點是機翼的幾何扭轉、氣動扭。通過這些方法,飛翼處於飛機重心後方的翼尖就有著尾翼的作用。

二,難以通過內部系統位置設計控製重心

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不同後掠角的各種飛翼布局

飛翼布局的轟-20轟炸機,實質上隻有相對短的機身,因此機翼、機身等各個部分的位置和比例,要比常規布局的飛機更為固定。在設計時,如果改變常規布局飛機里各種系統的位置,可以較好的控製飛機重心,但轟-20轟炸機的設計難以做到一點。基本上,轟-20轟炸機因為需要配備一個靠前的駕駛艙、中後部的彈艙,發動機隻能靠在中部兩側,油箱也隻能位於機翼內部和機身較小的空間內,在縱向上改變各自相對位置的寬餘度很小。

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美軍下一代B-21轟炸機依然採用飛翼布局

特別是在後掠角小、等同於平直翼的飛翼布局飛機上,這一系列困難使得氣動焦點本來就非常靠前。而要進入靜穩定狀態,意味著重心還要在焦點之前,那麼幾乎就沒有辦法在機身後部安排更多設備或者彈藥、燃油,這顯然困難很大。因此後掠飛翼布局要更為廣泛的獲得採用,因為焦點沒有那麼靠前,便於將沉重的彈藥、發動機等等安排到後部,而且重心改變時移動距離小。雖然轟-20後掠角將有限,但必然需要考慮這一因素。

三,轟-20轟炸機需要滿足多種用途的複雜機翼

由上所述,轟-20轟炸機的機翼不再是簡單的提供升力,而是要負責提供縱向等等控製力,這讓機翼設計進一步複雜化 ——必須將兩者綜合考慮,才能設計出轟-20的機翼。前面提到,後掠飛翼布局對於轟-20轟炸機來說有著重大優點,但是它的重心位置不利於穩定與氣動特性的綜合結果,所以比起平直翼飛翼布局要更為難以實現。

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美軍下一代B-21轟炸機依然採用飛翼布局

轟-20作為一種有著大展弦比的飛翼布局轟炸機,縱向穩定在飛機迎角變化時更為敏感,機翼需要有迎角限製、縱向增穩的技術手段控製,這樣才能保證飛行員控製有力。進一步分析,飛翼布局機翼、機身作為一個整體,氣流流場的變化要比常規布局飛機變化更多,這又是一個新的挑戰。

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轟20的氣動設計又創造一世界之最

轟-20因為沒有垂尾,橫向靜穩定也不如常規布局的轟炸機。但是就後掠飛翼布局的轟炸機而言,橫向靜穩定性依然在可以接受的範圍,基本處於橫向靜穩定狀態。但在航向穩定性上要複雜得多,因為沒有垂尾,轟-20必然在航向上處於靜不穩定狀態。而且,機翼是很難產生較大側向控製力的,轟-20這一飛翼布局的航向靜穩定控製,主要依賴機體的氣動設計,需要令重心之前的機體部分盡量產生較小的航向側向氣動力,也就是說這一部分前緣要尖銳、重心要適當靠前、座艙等外露部分要阻力較小,這樣會減小控製航向靜穩定的困難。此外可以借鑒B-2轟炸機起落架艙門兼任穩定面的設計。

小節

不難得出結論,轟-20轟炸機的氣動設計難度,達到了世界之最的程度。在最新氣動設計、飛行控製技術迅猛發展的背景下,特別是中國自主氣動、飛控技術能力近年在各種最先進戰機項目(例如殲-20、運-20、隱身無人機)中取得的重大突破,克服上述困難、研製轟-20隱身戰略轟炸機並非空話。但隻有有擔當、不忽悠的航空企業、航空人,才有可能實現這一偉大目標,為我軍提供真正能用、能打贏的戰機平台!

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