想象运30

晨枫

运20是中国军用运输机发展史上的里程碑，从此中国军用运输机迈入世界第一梯队，换装涡扇20后，运20也将达到全规格能力。但光有运20还不够，中国还需要先进中型运输机。
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: \/ q9 f. T1 W7 l现在，中国空军中型运输机的任务由运8、运9承担。运9可以看作运8的深度改进型，两者的基本设计都是苏联时代的安-12，已经很老旧了。同时代的C-130还在用，最新改型C-130J也将长期使用。但这是欧美技术路径依赖的结果，而非最优选择。
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& l) p& u. O& ]& B; ]0 C在2014年珠海航展上，出现了运30的模型，在外观和定位上接近空客A400M，但航展结束后就再没有后续消息。运30也是厂商自定型号，并非中国空军正式的型号。近来又有“新中运”的传说，但还是光听楼梯响、不见人下来。
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A400M是不错的设计，相对于C-130而言，其货舱尺寸更大。一直以来，很多欧美新型战术装备为了能用C-130运输部署，只得削足适履，很影响性能和发展潜力。A400M也增加了载重量，这也是C-130的瓶颈。先进涡桨则提高了经济性，使得A400M具有更大的航程，适合现代战区空运的要求。

: L( o" G8 m" F& N; ]  l但A400M还是传统的筒体-机翼构型。一方面设计、制造、使用经验成熟，另一方面“机翼管升力、机体管运载”的分工成为气动效率的瓶颈。换发动机还算容易，换机翼都可以做到，但除了拉长，换机体就基本上不可能了。

很多年来，航空科技界在不断探索新的气动构型，没有找到能全面、完美替代筒体-机翼的构型。但这其中，翼身融合体（BWB）用于运输机最具潜力，美国空军已经指定新秀JetZero公司研制BWB技术验证机。
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  l6 H( \8 |1 h& ?; B3 QBWB介于传统的筒体-机翼布局和飞翼布局之间。飞翼的整个“机翼”都既产生升力，也用于承载有效载荷（人员或者货物、弹药）。飞翼具有最高的气动效率，堪称“没有一克重量不产生升力”。这意味着同样的起飞重量可以得到更大的载重-航程，或者同样的起飞重量可以大大降低油耗。
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) F$ ~% m8 g6 f1 S% L升力是飞行的关键。机翼是“以阻力换升力”的装置，升力需要克服重量，重量由有效载荷和结构死重构成。机体不产生升力，这就是死重。飞翼消除了机体的死重。减少升力需求降低了阻力的产生，这是飞翼具有最高气动效率的基本道理。

6 T) ?; U0 E+ j2 i5 T8 R( yBWB具有规则但不一定是圆筒的机体，但机体与机翼之间高度融合，形成饱满的翼身融合体，在外观上和飞翼十分相似，只是“中央体”特别宽大、肥厚，也相对规整。规整的中央体包含运载有效载荷的机舱。与飞翼相比，BWB的机体也产生升力，只是气动效率没有飞翼高，但由于相对规整的机舱，运载有效载荷的能力比飞翼高。
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B-2一般认为是飞翼，其实也可以看作某种BWB，因为有效载荷并非分布在整个翼展，也是集中在中央体的内部。只是B-2缺乏明显的中央体，中央体到机翼是完全圆滑过渡的。典型BWB还是能隐约看出机翼和机体的分界线。
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BWB在80年代后期就得到研究，波音曾寄希望于BWB成为下一代客机的构型，还在NASA资助下研制了X-48研究机，获得大量有用的数据。BWB作为客机的问题和飞翼客机一样，中间旅客的感受很糟糕，正常登机离机的路线不顺，紧急疏散的问题更大。


; Y# n9 r& H& ?) m. Q' r2 q但作为运输机，这些都不是问题。宽大的机舱还有便于运载尺寸大但是重量并不大的货物的好处，很多军用装备正是这样的，如机动雷达和机动导弹发射系统。

更重要的是，BWB具有更好的隐身外形，可能成为下一代加油机的气动构型选择。

说一千道一万，隐身的关键在于“一小抵三俏”。隐身措施可以掩盖庞大的雷达反射特征，但更小的物理尺寸才是更好的起点。最理想的隐身飞行器是圆盘形，但飞碟的问题比飞翼还要多，离实用化太遥远。飞翼对于装载不友好，BWB就是退而求其次的选择。
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隐身对运输机很重要，但对加油机更重要。

加油机对空中战场的重要性不言而喻，不管是战斗机、轰炸机，还是运输机、长航时无人机，都有旺盛的空中加油需求。但加油机的战场生存力越来越成为大问题。

所有飞机都有起飞后立刻空中加油的需要，以避免最大起飞重量对多载油还是多载弹的困扰。已经飞起来后，速度大大超过滑跑起飞状态，机翼升力大大提高，增加飞机重量不再是问题，但航程增加是显然的。起飞后的空中加油还补上了起飞中的耗油，这是最耗油的阶段。

/ [& o; L+ m8 c' {" x- S/ ?7 g起飞后加油只需要量大管饱，生存力没有特殊要求，什么加油机都可以。但对于战斗机来说，典型的战区空中加油方式是在战场边缘。战斗机在战斗间隙脱离战场，空中加油后返回再战。对于轰炸机来说，空中加油可能在出击和返航的中途，往往超过自己战斗机控制的区域。
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传统加油机以效率为基本考虑，民航客机为基础的加油机大行其道。军用运输机为基础的加油机具有野战机场起落能力的优点，但经济性不及民航客机为基础的加油机。然而，这两类加油机在空战战场边缘几乎没有生存力可言，敌人战斗机既可以奔袭，也可以用超远程空空导弹吊打。前者还可能通过战斗机护航应对，后者就很少有办法了，即使护航战斗机舍身救主，具有较高目标分辨能力的先进空空导弹都未必上当。

加油机一旦被击落，很多亟待补油的战斗机就可能因为油尽而坠毁。加油机安全已经不止是加油机的生存问题，还是整个空中作战体系的生存问题。

, }/ a1 }8 r* x5 z, D! }  X( Z隐身加油机成为美国空军的研究话题已经有一段时间了，但在战略重点转向亚太后迫切性大大提高，BWB成为优先选择，JetZero的BWB技术验证机就有隐身加油机的背景。隐身加油机对中国空军也同样重要。中国战斗机要前出到第一岛链甚至更远，很难回避加油机的生存力问题。

JetZero的BWB技术在Z-5设计方案中集中体现。这最初是从民航客机入手的，定位于波音“新中客”（NMA）的要求，也就是说5000海里（略超过9000千米）的航程和250人的载客量，与波音767同级。Z-5翼展为61米，与A330相似，但长度只有波音767的2/3不到，结构重量和动力要求只有波音767的一半。换句话说，可以用波音737一级的动力（比如通用电气LEAP或者普惠PW1000G）达到波音767一级的运力。

: r9 B. G: F+ A/ [作为加油机，BWB提供宽大的机内容积，较低的结构重量和油耗也意味着更大的可转移燃油量。JetZero声称Z-5为基础的加油机可以达到KC-46一倍的可转移燃油量。
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宽大的机内容积还为未来氢动力提供可能。氢动力最大的问题就是难以找到足够的机内容积，来携带足够的氢燃料。

BWB特别宽大的机体意味着很宽的主起落架轮距，特别便于采用降低对跑道压力的多轮起落架，有利于提高起飞重量。传统运输机要采用多轮起落架，只有安装在有利于受力的机体下。但机体宽度不够，只得在机体两侧设计巨大的鼓包，在气动阻力和重量上都要付出很大的代价。

BWB没有这个问题，可以直接在腹部安装多轮起落架。如果只要求在高标准跑道上起落，也可以采用更加轻巧和常见的支柱式起落架。

BWB有一点“机体”长度，所以后掠翼翼展较大也不至于出现翼尖远远超出“机尾”，导致升力中心在重心之后太远的问题。大翼展、小展弦比对升阻比的好处是显然的，大翼展后掠翼BWB比大翼展后掠翼飞翼在气动上容易安排，洛克希德“暗星”无人机采用平直翼，部份原因就是没法解决后掠翼的升力中心和重心相对位置的问题。
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4 N5 e1 D7 l4 X7 Q# m2 y; Y1 |' x宽大的中央体还使得发动机位置容易解决，扁平、宽大的鸭尾体上方正好可以方便地并排安装发动机，单发、双发、三发都不成问题，完全看动力需要。发动机尺寸也不受限制，大直径的高涵道比发动机没有翼下离地净空问题。
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. E) D; Y/ M/ s* p* b- W% }背部发动机还有利于抽吸BWB上表面的附面层。附面层是空气粘性导致的机体表面的呆滞气流。在理论上，气流速度在机体表面处为零，随离机体表面的距离而增加，最后达到自由气流的速度。速度分布可看作抛物线形，附面层的厚度则为机体表面到自由气流速度的距离。

附面层内气流速度与自由气流速度的差别意味着“拖后腿”，这就是阻力。飞机的迎风阻力不仅由机体和机翼造成，还有附面层这个肥厚的虚拟套子造成。由于空气粘性，附面层沿气流流经的长度逐渐堆积。因此，机翼上的附面层还不是最大的问题，长长的筒形机体的由前向后的附面层堆积才是大问题。

' D) O' u9 h- A0 s* [飞机减阻的一个热门研究方向就是附面层抽吸（BLI）。BLI把机体表面的附面层通过抽吸而拉动起来，动摩擦低于静摩擦，附面层的阻力就小很多。流动起来的附面层也因为速度差异减小，降低附面层厚度，同样降低阻力。

$ |% D) R8 h" o3 N) w/ zBLI通常由环绕机尾尾锥的超大涵道风扇实现，将整个机体的附面层一起抽动。退而求其次，可以只抽动机体上表面，这还有增加上表面气流速度和产生一点升力的好处。BWB的机尾上方发动机正好起到一定的BLI作用。

5 R/ x6 s$ o2 V) \/ T6 ]# T( Q8 q理想BLI需要更加均匀的抽吸，但有总是比没有好，80：20才是工程上的正道。
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BWB的鸭尾体也使得运输机尾门比较容易安排。传统运输机的筒形机体必须有一定的长度，才能提供足够的载货空间。但运输机为了地板低，起落架只能尽量短，反而由于尾锥的离去角限制而使得筒形机体从中后部就开始压扁，形成机尾下方的斜坡，便于安排尾门和装卸斜板。
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7 @4 c& t3 H' ~- I这个斜坡使得机尾气流十分复杂。下表面气流沿着斜坡往上爬。另一方面，尾门和装卸斜板的尺寸使得尾锥的“双肩”很宽，最终的气动整合使得机尾的“鸭尾体”实际上略高于机体顶部，形成不大不小的“驼背”。机体上表面的气流流到这里，被“驼背”一劈为二，向侧下流动，与沿着斜坡往上爬的气流混合，形成复杂的机尾涡流。

对于飞机来说，所有对升力和推力无用的气流搅动最后都反映为阻力。有研究在C-130的机尾两侧增加扰流片，梳理复杂的气流，降低涡流阻力，也改善空投时的机尾气流流场。

: @# t$ ?4 [/ S" `# tBWB的“机体”短得多，离去角的限制也小得多，尾门和装卸斜板与机尾的气动整合简单得多。宽扁的机尾使得后体气流主要向后流动，向两侧的涡卷减少，额外气动阻力也相应降低。
4 J9 z- W. h4 t# A, [2 U/ a鸭尾体的后缘正好是俯仰控制面的位置，因此不需要专门的平尾。如果飞控与发动机控制相整合，垂尾也可以省略，降低飞行阻力，也进一步改善隐身。
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鸭尾体也对发动机噪声和喷口温度形成良好的屏蔽。屏蔽噪声对军用运输机和加油机不太重要，但屏蔽喷口温度对降低红外制导防空导弹的威胁有用。如果鸭尾体两侧再增加浅V形尾翼，可以进一步改善屏蔽，并增加偏航安定性，降低飞控难度。
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但是BWB俯仰控制力矩短的问题比飞翼好一点，但还是存在，起飞时拉起困难。为此，JetZero采用像法国舰载“阵风”战斗机的可弹出前起支柱，在起飞时弹出、伸长一米，使得迎角增大6度，帮助起飞中的拉起。

! M4 d+ I. Z" K$ wJetZero的Z-5是BWB客机，为此进行大量研究。在解决旅客憋闷感方面，除了尽量在前缘开窗外，还利用宽大的“顶棚”大量开设天窗，增加透光。这降低了舱内的憋闷感，但不解决向外视界问题，只能用更多的数字技术通过虚拟机窗来补偿。

在登机、离机方面，较短的机体和多条平行的走廊实际上加速登机和离机。在紧急疏散方面，只有通过机顶紧急出口和自动放下的短梯满足要求了。
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% D' h8 c( m) c! T: X, Y8 J$ y& C但BWB客机还很遥远。空客的A321XLR达到200座、4500海里的水平，很接近NMA，暂且不会上马BWB。波音NMA则由于技术问题和737MAX危机而搁置了。

: ?1 k& B1 z7 k, R' T美国空军的着眼点是加油机，中国空军加油机和中运都需要解决，BWB是值得考虑的切入点。尤其是中国已经解决了涡扇20的量产，这正好是LEAP同一推力级的发动机。中国还在研制CJ1000，这不仅在推力级方面和LEAP相当，在省油和技术水平方面也相当。
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2 ?3 L3 ~! B( Y  a, q# p0 V) mBWB需要解决非圆筒复材结构的设计和制造问题。中国在2009年购入奥地利的FACC公司后，起点大大提高。FACC是世界上航空级树脂传递模塑（RTM）技术的领先企业，也是空客等主流航空航天企业的主要供应商。
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, g& R+ ]  e( j' ^4 ~6 YRTM用于复材成型，将树脂注入到闭合模具中浸润增强材料并固化，不用传统的预浸料、热压罐，有效地降低设备成本、成型成本，而且适合大型件的制造。
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0 A- N' v% M/ Z( B% H在多种军机和C919的设计、制造中，中国已经积累了大量的复材设计和制造经验，RTM是如虎添翼。C919没有采用复材中央翼盒很出业界意料，但C919是中国第一次独立、完整地设计大型民机，在技术上走金属中央翼盒路线是稳妥的，没有必要一口吃成胖子。但一顿一顿吃下来，是时候吃RTM这顿大餐了。

运30也是中国航空由赶变超的契机，运油结合更是是独特的机会。加油机已经进入新思维，不再是越大越好，而是适中、高生存力为好。少量、大型的加油机人为制造空中拥挤，也容易成为敌人打击的节点。分散化不仅是作战平台的需要，也是加油平台的需要。
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中型、隐身、节油的运30更是海上巡逻机、预警机、远程电子战飞机等特种飞机的理想平台，宽大的机舱特别适合容纳任务设备和机上人员。

运30，值得期待。
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鳕鱼邪恶

呼唤教主～

沉宝

给晨大配图


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晨枫

沉宝 发表于 2024-7-2 21:40
给晨大配图

9 P4 O: J8 H, b& d8 y9 [图看不到

沉宝

晨枫 发表于 2024-7-3 12:07
图看不到

" M2 X+ Z# G; }- c0 A5 b你描述的鸭尾体两侧再增加浅V形尾翼的设计其实更像这一架

晨枫

沉宝 发表于 2024-7-2 23:58
% i5 F$ y# g! D  n; w' f$ n0 j你描述的鸭尾体两侧再增加浅V形尾翼的设计其实更像这一架

9 p1 G  R5 Z! @! T4 V5 B& Z4 {1 i确实挺像