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神奇的機(jī)翼(三),處女座設(shè)計師的新方案:只剩翅

時間:2019-11-26 17:32來源:網(wǎng)絡(luò)整理 瀏覽:
引言馴服鴨翼這匹烈馬之后,一部分工程師沾沾自喜,覺得自己天下無敵。但是處女座無處不在,工程師也不能免俗,于是有一部分處女座工程師強(qiáng)迫癥發(fā)作,
引言

馴服鴨翼這匹烈馬之后,一部分工程師沾沾自喜,覺得自己天下無敵。但是處女座無處不在,工程師也不能免俗,于是有一部分處女座工程師強(qiáng)迫癥發(fā)作,他們又圍著桌子討論起來了:飛機(jī)最重要的部件到底是什么呢?

有人說機(jī)翼,有人說機(jī)身,有人說起落架,有人說發(fā)動機(jī),有人說飛控系統(tǒng)……

飛翼布局

大吵一架之后,這群強(qiáng)迫癥患者得出來一個結(jié)論,飛機(jī)最重要的部件有兩個。一個是發(fā)動機(jī),發(fā)動機(jī)只要推力足夠,就算是板磚,那也能上天。還有一個就是機(jī)翼,只要有機(jī)翼,就算沒有發(fā)動機(jī)飛機(jī)也能夠滑翔。

Ho-229結(jié)構(gòu)圖

那為什么不可以兩者結(jié)合,造一種只有只有機(jī)翼和發(fā)動機(jī)的飛機(jī)呢?這個想法一提出,工程師們一哄而散,各自查資料去了。

工程師們想到的這種氣動布局,正是早前已經(jīng)有前輩探索過的飛翼氣動布局。

杰克·諾斯羅普的飛翼研究之路

Ho-229

說到飛翼布局有一個人不得不提,他甚至走在了德國霍頓兄弟的Ho-229轟炸機(jī)之前。他就是美國的天才設(shè)計師,杰克·諾斯羅普。聽到這個名字是不是很熟悉,沒錯,他就是世界著名航空巨頭公司諾斯羅普公司(今諾斯羅普·格魯曼公司)的創(chuàng)始人。在萊特兄弟放飛人類第一架飛機(jī)之后,無數(shù)人為之震驚,成為了狂熱的航空者,諾斯羅普就是其中一員。只不過諾斯羅普的興趣不在普通飛機(jī),他沉迷于神奇的飛翼布局飛行器。

N-1M

這是諾斯羅普于1940年7月3日首飛的N-1M技術(shù)驗(yàn)證機(jī),這款驗(yàn)證機(jī)是一個技術(shù)驗(yàn)證平臺,是諾斯羅普的飛翼布局飛行器研制之路的開端。

1941年,第二次世界大戰(zhàn)進(jìn)入到白熱化階段,美國陸軍航空兵發(fā)布了研制洲際轟炸機(jī)計劃,要求研制一款航程可達(dá)16000公里,實(shí)用升限超過13710米的遠(yuǎn)程戰(zhàn)略轟炸機(jī)。雖然后來聯(lián)合航空公司的B-36戰(zhàn)略轟炸機(jī)戰(zhàn)勝了當(dāng)時諾斯羅普的XB-35,但是美國陸軍航空兵卻并未徹底放棄這個看起來怪異的轟炸機(jī)。他們意識到這種轟炸機(jī)有著常規(guī)飛機(jī)無法比擬的優(yōu)勢,于是給了諾斯羅普一部分經(jīng)費(fèi)繼續(xù)研究。后來諾斯羅普又將XB-35的R-4360星形螺旋槳發(fā)動機(jī)改換成了噴氣式發(fā)動機(jī),推出了性能更為出色的YB-49轟炸機(jī)。

XB-35

1981年,諾斯羅普公司贏得美國空軍的新一代隱身戰(zhàn)略轟炸機(jī)項目,推出史無前例的B-2隱身遠(yuǎn)程戰(zhàn)略轟炸機(jī),讓飛翼布局飛行器走上“機(jī)”生巔峰。

究竟什么是飛翼布局

先來了解一個概念,翼身融合。現(xiàn)代飛行器由機(jī)身,機(jī)翼,尾翼,起落裝置,和動力裝置五大部分組合而成,大部分飛機(jī)身上都可以找到這五個部分的特征。▼這是一架常規(guī)氣動布局的美國反潛巡邏機(jī)總體布局結(jié)構(gòu)圖,可以清晰地看到它的五大部件。

后來,有人提出了翼身融合設(shè)計。將傳統(tǒng)的機(jī)翼和機(jī)身融合到一起,飛機(jī)的機(jī)翼和機(jī)身變成一個整體。▼這是艦-15“飛鯊”艦載戰(zhàn)斗機(jī)。觀察它的背部可以發(fā)現(xiàn),它的機(jī)翼和機(jī)身之間過渡非常平和,似乎融合成了一個整體,和上圖的反潛巡邏機(jī)機(jī)翼機(jī)身結(jié)合處有著較大的區(qū)別,這就是翼身融合設(shè)計。

殲-15

不過,殲-15戰(zhàn)斗機(jī)的翼身融合設(shè)計并不徹底,真正徹底的翼身融合設(shè)計是今天的主角——飛翼布局飛行器。處女座的工程師覺得:飛機(jī)要飛得更高,更快,一切部件的存在都會產(chǎn)生阻力,所以要把一切能夠省略掉的部件省略掉,不能省略的則塞進(jìn)機(jī)翼里面。這么一來,從外觀上看,飛行器在飛行的時候,就只剩下保證飛行的機(jī)翼,像是一對翅膀在天上飛。起落裝置,座艙,控制系統(tǒng)等其他部件也融合進(jìn)機(jī)翼里,不會對飛行產(chǎn)生影響。

飛翼飛行器優(yōu)勢所在

飛翼布局飛行器去掉尾翼,機(jī)身變成機(jī)翼,動力裝置和起落裝置通通塞進(jìn)機(jī)翼里面,使用襟翼和副翼作為舵面,使得飛機(jī)在飛行時只剩下機(jī)翼,外形變得非常簡潔,阻力大大降低。而且,機(jī)身即機(jī)翼,整個飛行器在飛行時都可以提供升力,擁有非常良好的升力系數(shù)。同時,徹底的翼身融合,空間大大增加,可以攜帶更多的設(shè)備,更多的燃油,獲得更大的航程。

試飛的YB-49

除此之外,工程師們非常迷惑,使用飛翼布局的飛行器在試飛過程中經(jīng)常從雷達(dá)屏幕上消失,害得幾個工程師心情起伏跌宕。

為了解決這個問題,工程師們從雷達(dá)查到飛機(jī),又從飛機(jī)查到雷達(dá),頭發(fā)都完全掉光了,始終不明白為何會出現(xiàn)這種現(xiàn)象。所有人都很沮喪,現(xiàn)場一片沉默,突然有個工程師靈光一閃,大聲說道:會不會它從雷達(dá)上消失是因?yàn)?,?dāng)時雷達(dá)波照射到它之后,沒有反射回來,而是被反射到了其他地方?

這句話一說出來,所有人噌地一聲站了起來,這不就是隔壁那群光頭天天研究的飛機(jī)隱身嗎?

翻遍了隔壁光頭們的研究資料,他們終于明白過來:飛翼布局把其他能夠反射雷達(dá)波的部件都去掉了,只留下了用于飛行的機(jī)翼。這么一來雷達(dá)波照射時,反射回去的雷達(dá)波大大減少,甚至有的時候被反射到了其他地方,導(dǎo)致雷達(dá)的接收機(jī)沒有接收到雷達(dá)波,飛機(jī)從屏幕上消失。

知道這個結(jié)果后,工程師們欣喜若狂,又是不斷地試驗(yàn),不斷地改進(jìn),試圖研制出一款可以躲開雷達(dá)探測的飛行器。

B-2

實(shí)現(xiàn)飛翼布局設(shè)計的難點(diǎn)

一陣驚喜過后,工程師們終于又想起了之前在試飛時遇到的那個令人頭疼的問題。他們發(fā)現(xiàn):飛翼布局和鴨翼相似,飛機(jī)比較好動,幾乎不聽飛行員的使喚。因?yàn)轱w翼布局取消了垂直尾翼和水平尾翼,只能由副翼和襟翼來控制飛機(jī)的姿態(tài)。使用副翼和襟翼雖然可以改變飛機(jī)的姿態(tài),但在控制飛機(jī)姿態(tài)的同時,它又會反向影響飛機(jī)的姿態(tài),要想控制住飛機(jī),需要副翼和襟翼遵循一定規(guī)律不停地動。早期采用機(jī)械操作系統(tǒng)的XB-35根本無法平穩(wěn)飛行,經(jīng)常飛出蛇形軌跡,高度也無法穩(wěn)定保持。

B-2姿態(tài)控制由8片襟翼和海貍尾負(fù)責(zé)

不過這個問題并不嚴(yán)重,隨著計算機(jī)的出現(xiàn),飛機(jī)用上了電傳操作系統(tǒng),于是飛翼的好動問題和鴨翼一并得到解決,飛機(jī)的姿態(tài)控制被完美解決。在計算機(jī)的控制下,傳感器會識別飛機(jī)的姿態(tài)變化,然后不斷地控制副翼和襟翼做出相應(yīng)的動作,抵消飛機(jī)姿態(tài)變化,從而實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)飛行,這就是電傳操縱系統(tǒng)和飛控計算機(jī)出現(xiàn)后大名鼎鼎的靜不定設(shè)計。

隱身的幽靈B-2戰(zhàn)略轟炸機(jī)

解決飛控問題之后,工程師們又投入到了隱身的研究上。

又是不斷的試驗(yàn),試過了所有的機(jī)翼外形之后,工程師們終于敲定方案,它就是如今的B-2轟炸機(jī)。根據(jù)諾斯羅普的統(tǒng)計,B-2為了隱身,進(jìn)行的各項優(yōu)化多達(dá)數(shù)百項。

舉一個例子,它的進(jìn)氣道與尾噴口設(shè)計。飛機(jī)最大的兩個雷達(dá)反射源分別是進(jìn)氣道和發(fā)動機(jī)尾噴口,工程師們首先想到的是將這兩個口子遮上,但轉(zhuǎn)念一想發(fā)現(xiàn)不能遮,遮住了發(fā)動機(jī)就沒法工作了。

B-2背負(fù)式進(jìn)氣道

一翻抓耳撓腮之后,他們想到了一個辦法。探測飛機(jī)的雷達(dá)波大多數(shù)來源于地面,是從下往上傳播的,要讓進(jìn)氣道和尾噴口避免被雷達(dá)波照射只需要用機(jī)身擋住雷達(dá)波就可以了,于是工程師們讓B-2將發(fā)動機(jī)背在了背上。再將腹部的所有口子全部遮住,縫隙全部涂上吸波涂料,終于造出了目前世界上隱身性能最優(yōu)秀的飛機(jī),B-2轟炸機(jī)。

結(jié)語

其實(shí)近年來,隨著各國航空工業(yè)的井噴式發(fā)展,飛翼布局已經(jīng)被多個國家突破。雖然目前除了美國之外,還沒有哪個國家成功的研制出一款采用飛翼布局的有人飛機(jī),但是采用飛翼布局的無人機(jī)卻早就面世?;蛟S在不久的未來,這種隱身性能極為出色的氣動布局將會廣泛用于無人機(jī),躲開雷達(dá)執(zhí)行攻擊,或者偵察任務(wù),成為敵方的巨大威脅。

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