飛翼飛機

具有雷達隱身性能的戰鬥機

飛翼飛機是一種沒有尾翼,機身的主要部分隱藏在厚厚的機翼內的飛機,又稱全翼機。由於機身的主要部分和機翼融為一體,整個機翼都是用來產生升力的,空氣阻力最小,因此這種飛機的空氣動力效率最高。更重要的是這種機型對雷達波的反射最小,所以飛翼飛機也是隱身性最好的飛機。

發展歷程


人類從開始製造飛行器之日起,就想到飛翼了。飛翼是一般飛機去掉后機身和尾真的無尾飛機。不言而喻,這種飛機可大大減輕重量,降低阻力,節省製造費用,並且加上其慣性低,還增加了飛行的機動性。在大飛翼飛機寬敞的機翼內,還可安排客、貨艙和各種設備。

最初摸索

利比肖的首架飛翼滑翔機 E2
利比肖的首架飛翼滑翔機 E2
早期一些航空先驅堅持飛翼的研究,竭誠致力其發展,但進展不大,限於當時的製造技術、航空材料性能較差和發動機推力不足等諸多原因,飛翼布局的計劃最終只能胎死腹中。
第一次世界大戰結束后不久,德國便蓬蓬勃勃開展滑翔機飛行運動,他們用非常規的結構,生產了大量滑翔機,競相探索提高滑翔機的飛行性能。1921 年德國一位年青的工程師阿列克山大·利比肖(Alexander Lippisch)走在運動的前列,最先製成飛翼滑翔機。

霍頓兄弟

霍頓兄弟的飛翼機
霍頓兄弟的飛翼機
在利比肖成功的鼓舞下,德國的瓦爾持·霍頓和雷曼·霍頓兄弟,積極從事飛翼的研究。1931 年,16歲 的瓦爾特·霍頓製造了第一架霍頓 Ho I 飛翼滑翔機。接著又從試飛中對原型機進行改進,造出 Ho II 飛翼滑翔機。
從 1934 年至 1944 年,霍頓共制有 5 種不同的飛翼(1941 年霍頓 Ho V 是裝了兩台發動機的霍頓 Ho III 型滑翔機)。這兩種滑翔機都有很高的升阻比。在第二次世界大戰前,德國開展滑翔機競賽運動期間,這兩架滑翔機飛進了雷暴區,被卷進嚴重的氣旋中。兩飛行員都跳傘下來,一個發現氣旋較遲,在跳傘過中喪生;另一名飛行員借上升氣流保持救生傘上升,他幾乎在空中與風暴博鬥了兩個小時。
希特勒飛翼戰機
希特勒飛翼戰機
然而以上均為輕型飛機,霍頓兄弟在二戰末期設計的德國Go-229戰鬥轟炸機(註:該機通常會因生產商的原因被誤稱為Go-229,但是德國空軍編號確定為Ho-229)是人類歷史上第一架無尾飛翼噴氣式戰鬥轟炸機。它的外形和性能即使在當今也相當前衛,也是納粹德國的末日奇迹武器設計之一。該機由霍頓兄弟設計,金屬和木材混合結構,由戈塔機車廠負責製造和試驗。 Go-229共有三架原型機,其中第一架為無動力滑翔機,僅用於氣動驗證和研究,德國戰敗后被燒毀。

實戰探索

美國飛機設計師約翰·諾期洛普早在1940 年設計的飛機去掉了機身和尾翼,“簡潔”到只有機翼。跟霍頓的設計一樣,在以後的歲月里,他也取消了尾部傳統的垂直安定面和方向舵,沿著真正“飛翼”設計的另一條道路發展。他在驗證他所設計的 N-1M 飛翼小型試驗機之後,激起了美國陸軍研證飛翼可能性的興趣。
N9M飛翼機
N9M飛翼機
陸軍與諾期洛普簽訂研製 4 發動機的飛翼重型轟炸機之後,諾斯洛普根據 N-1M 飛翼,把其展增加到 18.3 米,製成 4 架 N-9M 飛翼,作為以後XB-35 飛翼轟炸機的原型機。前 3 架裝 275 馬力的盂納斯科發動機,第 4 架裝 300 馬力的福蘭克林發動機。從設計開始,這 4 架都是直機翼,沒有翼梢下垂。1942 年 11 月27日第一架進行初次飛行,但飛行 50 次以後卻墜毀了。另外 3 架在以後 3 年中充分準備,擬定了詳細計劃進行了試飛。有一架現在陳列在 NASA 博物館內,其他兩架已翻修后投入使用。N-9M 飛翼的總重為 3,220 公斤,展弦比 7.34 的機翼面積為 45 平方米。N-9M 4 號機最大飛行速度為 410 公里/小時。
XB35飛翼機
XB35飛翼機
第二次世界大戰結束后的1946 年 7 月 25 日,當時世界上最大的全翼式飛機XB-35從諾斯洛普飛機公司廠區跑道成功地飛上天空,使美國航空向著未來跨出引人注目的一步。這次飛 行證明,這種飛機不象常規飛機那樣有機身和尾翼,避免了附加阻力。
這種氣動力布局的基本方案是從 1940 年以 N-1M 系列的 1/3 縮比飛行模型進行的首次試飛。1941 年 9 月,開始了實際轟炸機的設計。11 月公司與空軍簽訂了 XB-35 原型機的合同。不久又增訂了第二架原型機。
首航時,這種“飛翼”上裝有四台 P&W 公司的“大黃蜂”活塞式發動機,驅動反向螺旋槳。每具發動機功率 3,000 馬力。兩槳軸間的距離足以平衡任何偏航的傾向,反向旋轉的螺旋槳增加了穩定性,星形發動機的冷卻空氣從機翼前緣開縫的導管引入。
噴氣式飛翼YB49
噴氣式飛翼YB49
由於 XB-35 飛翼的發動機和螺旋槳存在很大的缺陷,軍方希望完全改用噴氣動力推進,進一步提高性能以及實用化。於是裝8 台1,816 公斤推力的 J35-A-5 噴氣發動機,也就是 YB-49誕生了。
YB-49飛翼起飛重量為 60 噸,正常載荷重量 20.5 噸,但可增大到 46.6 噸。1974 年 10 月 21 日,第一架真正的噴氣飛翼進行了飛行。接下來的飛行試驗中,YB-49 最大速度達到 832 公里/小時,並創造了 12,810 米服役升限的紀錄。在載油量為 17,545 加侖的情況下,航程為 7,210 公里。在 1,840 公里的航程下,YB-49 飛翼可裝載炸彈 16.7 噸。
YB49A
YB49A
經過 20 個月的試飛之後,當時有效載荷和續航時間都破了紀錄,但是第一架 YB-49 飛翼在飛行中解體。9 個月後,第二架飛翼在著陸中損壞。從此 YB-49 項目被終止,僅一架 6 發的 YRB-49A 噴氣偵察機在繼續研製。 YRB-49A 的 4 具埋裝的噴氣發動機艙下方弔掛了兩台發動機,打破了 YB-49 “純”飛翼的外形布局。YRB-49A 上裝的是 2,270 公斤推力的艾利森 J35-A-19 噴氣發動機 6 台。1950 年 5 月 4 日,這架飛機首次飛行,空重 37.6 噸,總載荷達到 8.3 噸時,攜帶 15,231 加侖的燃油。這架飛翼經短期試飛后便被放棄。

絕跡重生

上個世紀七十年代,當時冷戰正酣,蘇聯大力發展各種中遠程防空導彈和高空高速國土防空攔截機,例如S-200(北約代號:薩姆-5)中高空超遠程地對空導彈、S-300(北約代號:薩姆-10)全空域防空導彈系統和米格-25/31高空超音速攔截戰鬥機等。為能隱秘的突破蘇聯防空網,尋找並摧毀蘇軍的洲際彈道核導彈發射基地和其它重要戰略目標,美國空軍提出要製造一種新的戰略轟炸機,強調突防能力,要求能夠避開對空雷達探測,潛入敵方縱深,以80%的成功率完成任務。為此,空軍擬制出了“軍刀穿透者”計劃,把隱身技術的應用列入了具體議事日程。
通過招標諾斯羅普的方案代號是“高級鑽石”(SeniorIce,密語無特定含義),洛克希德的方案代號“高級釘”(Senior Peg)。“高級鑽石”由諾斯羅普先進計劃高級副總裁維爾科·E·加西奇主持,計劃指導是哈爾·馬爾卡良。洛克希德/羅克韋爾的“高級釘”方案的資料披露不多,但鑒於當時洛克希德在隱身技術上的成就以及羅克韋爾在B-1項目上的經驗,人們普遍認為該隊會贏得競爭。但1981年10月20日美國空軍宣布諾斯羅普成為ATB合同的贏家,飛機編號B-2,並簽訂了6架試飛用機和兩架靜態測試機的初始合同,外加127架生產型轟炸機的意向訂貨,計劃在1987年達成初始作戰能力。於是當代飛翼的代表作:B2轟炸機就此誕生。

優缺點


優點

1、飛翼布局是氣動布局一體化設計的最佳布局,通過翼身融合來實現一體化,提高氣動效率,增大航程。
2、與常規飛機相比較,飛翼布局取消了平尾、升降舵、垂尾和方向舵等,飛機整體構成一個升力面,極大地提高了飛機的氣動性能,增加了升力。
3、飛翼布局採用高度翼身融合技術,外形光滑,又無外掛等突出物,具有良好的雷達隱身性能 ,軍事應用潛力大。

缺點

1,俯仰不穩定。如果升力中心(壓力中心)與重心不靠近,飛行中機翼會繞橫軸翻轉。飛翼在某一飛行速度下還容易保持穩定,但是一旦飛行進度和姿態變化時,壓力中心移動,就很難說會保持穩定飛行。
2,俯仰操縱的力矩小。因為在平直機翼的飛翼上,一股配平控制的升降舵很靠近重心,所以操縱力臂短,操縱效能也就大大降低了。這就是說,需要增大操縱力臂和作用力來彌補小的力矩。在水平飛行中為很小的配平校準,就要移動升降舵,這樣就增加了所謂配平阻力。

未來發展


民用航空

波音797
波音797
由於飛翼的先進性,未來將成為民航領域的一支重要力量。如規劃中的波音 797等,波音797機翼機體混合結構有幾大優點,最主要的是“提升比”大大提高達50%,機身重量可減少25%,因此燃油效率比A380提高33%。高強度機體是797機翼機體混合式結構的另一主要優點,它可以減少空氣紊流對機體的壓力,提高燃油燃燒效率,致使797能在滿載1000名乘客的負荷下續航能力16000公里,速度達到0.88馬赫即每小時 935公里。無疑是未來客機強大的競爭者。

軍事

由於B2十分昂貴,因此即使美國也未大量裝備。但隨著技術的成熟,飛翼布局在先進隱身無人機率先大放異彩。如美國的X-47B神經元無人機、中國利劍隱身無人攻擊機等。