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空军副司令王伟一句“快了”,弄得人们心潮澎湃。在歼-20、运-20、直-20之后,轰-20可能是最引人注目的缺失了。多年来,轰-20的各种传闻一直不断。眼下,王伟也只说“快了”,并无更多信息,结果是各种猜测统统回炉。
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6 V0 h+ D: \/ y6 O+ U9 ]3 X4 \0 V轰-20具有隐身能力,这大概是所有猜测中唯一的共同点。有了B-2和B-21的先例,轰-20也很有可能是飞翼构型。一般认为是无尾飞翼,也有人认为是具有浅V形尾翼甚至可折放V形尾,可以在水平和浅V之间按需转换。
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可折放V形尾是有意思的构想,在理论上,竖立状态下可提高方向安定性;水平状态可增强隐身。但这样不仅机械上很复杂,气动和隐身上也不利。在放平状态下,尾翼和机翼后缘的间隙不仅是隐身大患,也构成严重的气动干扰。在竖起状态,差动副翼的阻力换成垂尾阻力,未必有多大的优点。# O& D& C* m% m7 @
& H y: S$ h& F7 g r# V2 q6 E但最大的争议可能还是超音速。
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. j3 ]# l6 B& r$ q5 U4 G超音速要求翼型很薄,迎角很小。迎角小不是多大的问题,但翼型很薄就问题大了。$ j' i# _( v5 H% p- n
4 Z" I% b. ]3 X+ g: c1 ^' ^飞翼的关键在于没有机体,所有结构和重量统统用于产生升力的机翼。也就是说,人员、载荷、发动机都需要在机翼内。很薄的翼型显然不利于容纳这些东西。B-2实际上已经是不彻底的飞翼,中线部分大大加厚,用于飞行员座舱、弹药舱、发动机舱。但B-2的机翼依然肥厚,翼内油箱有足够的容积。: c; j4 L; @( e: {; \& C
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换到超音速的薄翼型的话,翼内油箱都没地方了,中央部分要大大加厚,那时也就和没有垂尾的筒体-机翼构型差不多了。! F" B G9 e( w9 s( r9 Y& D2 ]
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另一个问题是配平。! T/ R! C3 {4 l6 F& g$ M
& i% u$ e+ o) ^3 E0 [% \/ z在各种速度、姿态、载荷下,飞机的重心和升力中心总是不重合,需要用配平力矩补偿,恢复必要的平飞姿态。对于亚音速飞行来说,升力中心通常在机翼1/4弦长的位置。实际机翼不大有规整的矩形,一般以1/4平均弦长作为升力中心的位置。重心也需要在1/4平均弦长附近,剩余的差距由平尾的配平作用补偿。) _9 L8 W* R, c
# x7 n) Q+ X' o) N" n' G但在超音速飞行时,由于激波的作用,升力中心会后移到1/2弦长的位置,也就是说,突然移动到重心后面较远的地方,导致严重的低头力矩,这就是“马赫埋头”。在早期突破音障的试验中,飞机刚突破音障就突然发生失去控制的俯冲,然后就是机毁人亡。+ O; E% d2 K( N+ [
" m! ^& o- g% d+ w9 k这有两个原因。6 H5 [9 m7 t3 [/ b* l
: U M/ [/ m! \/ M首先,“马赫埋头”使得飞机不由自主地转入俯冲。
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其次,用于俯冲改出的平尾控制力矩不足。常规平尾的前半是固定的,后半是可动的舵面。突破音障时,铰链线的激波屏蔽了舵面,使得改出控制非常不力,甚至完全失效。0 w- K _9 r0 ~- F$ I! M
/ ]2 s1 v. n% f2 u8 e1 [' j( P在血的教训之后,超音速飞机的平尾改用全动平尾,在发生“马赫埋头”的时候提供足够的控制力矩。但最重要的还是保证平尾相对于机翼平均弦长有足够的控制力矩,也就是说,平尾位置要足够靠后。* m4 Q [# K$ y o- a. B7 e8 }
- P8 x. b9 [2 l1 f5 K/ x这只有筒体-机翼构型才可能。没有机体的飞翼在本质上就不可能有太靠后的“平尾”。6 J Y; Z$ \8 K& ~
# ^( Z: C2 k9 v! f% o/ o m; |3 jB-2的俯仰控制力矩太短是臭名昭著的问题,设计要求从高空突防改为高低空兼优后,需要考虑低空抗阵风的问题,为此机尾改为复杂的“双W”外形,以尽可能增加靠后的水平控制面面积。B-21取消低空突防要求,只需要考虑高空,阵风补偿的要求大大降低,后缘恢复到B-2原始设计的简洁的“单W”构型。
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超音速减阻要求的大后掠三角翼的后缘相对靠后,但平均弦长也相应增加,水涨船高,俯仰控制的难题还因为速度快、反应窗口有限而更难了。最大的麻烦则是升力中心现在后移到1/2平均弦长,比亚音速情况又损失了1/4弦长。也就是说,亚音速飞翼本来已经有俯仰控制力矩不足的问题,超音速的问题极大恶化了。
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9 ?7 p% o" [! K& `大大增加控制面面积,采用推力转向,办法总是有的,代价也是大的。最终就是是否值得的问题了。
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$ z# `+ q" \$ p6 `1 c轰炸机能达到超音速是有用的,问题在于代价是否值得。超音速作为突防手段早已过时,超音速对于打击时间敏感目标的作用则可由导弹的速度代替。百吨以上的飞机要超音速还是几吨的导弹要超音速,后者要容易实现得多。如果使用高超音速打击导弹,轰炸机是否超音速就更无所谓了。# z1 l4 m( ~) F' q
- k0 W( r0 I6 J气动上的困难和缺乏实用价值,使得轰-20不大可能为超音速飞翼。 |
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