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本帖最后由 晨枫 于 2021-5-22 09:06 编辑 ) D" E! g; l- ~: Y
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在歼-20、运-20、直-20之后，人们最期待的就是轰-20了。虽说在公开之前一切皆有可能，轰-20的存在大概是真的。真伪辩是特指《现代兵器》2021年第6期的封面图及内部彩色插页。
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* p# S: V3 M; n6 o3 t' v' l- u8 ^现代兵器上发表了轰-20想象图，引起一阵轰动% D/ ], x! p, A$ d
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必须说，这两张图大概率是艺术想象，不是真品。首先，中国没有通过媒体透露高度保密的武器系统外观的传统，在公开的前一天透露都是保密事故。第二，国家安全日刚过去没多久，保密正在风头上，没有理由会把这么大一个机密随随便便就登到杂志封面上去了。第三，气动布局不合理，太明显是用B-2的图改的。
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, W$ M' j7 v* {1 r0 l* q zB-2是划时代的设计，至今依然很科幻，开裂式副翼清晰可见
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5 R. ~' x; p! g2 n" R" ^B-21只有官方的艺术想象图
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5 ^9 l d+ H& _5 q/ kB-21明显受到B-2的影响，实际上回到B-2原始设计的基本气动外形了5 Z* D" q8 n) I C+ G! l% F
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B-2是划时代的设计，至今依然很科幻。B-2是第一个采用飞翼布局的量产飞机，这里有全向隐身的考虑，也有低翼载的考虑。B-2的原始设计是以高空突防为基点的，只有翼载足够低才能飞得足够高。距离是隐身的最大战友，高空突防确保了最低距离都小不了，加上隐身的外形，使得B-2很难被探测到。美国空军后来改变了要求，B-2还需要加强低空突防能力，这样低空抗阵风能力就不足了，所以后缘从类似B-21的简单W形修改成现在的复杂双W形，后缘控制面的位置向后移动了，增加控制力矩。( f/ s& i, _7 E! u3 \7 P3 K; s
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B-2没有垂尾，航向控制是用开裂式副翼产生不对称阻力实现的。必须注意的是，传统的有垂尾的飞机的垂尾是用来稳定航向的，就像箭簇的尾羽一样。垂尾不是用来转弯的，转弯是通过横滚产生侧向升力实现的。B-2也一样，开裂式副翼是用于稳定航向的，不是用于转弯的。& b) R0 H: P5 C
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X-47B是第二代无尾飞翼; G( M P, v/ t- A: h0 b
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这更像箭簇体加上一对小后掠机翼
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2 o0 I# o' c* w' @3 }无尾飞翼不仅隐身，高空性能好，还降低结构重量和飞行阻力。B-2闯出路来之后，无尾飞翼成为很多隐身飞机设计的起点，X-47B是其中的典范。X-47B也采用不对称阻力稳定航向，但采用上翼面扰流板和常规副翼的组合，与B-2的开裂式副翼相比，结构较简单，重量也较轻，效果则没有损失。" i) z" M7 ?0 ]$ s8 X! k8 J
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X-47与B-2最大的差别在于机翼平面形状。B-2按照最少回波方向设计，所有前后缘严格对齐，也最大限度采用直线，减少折线。但这也对气动设计带来较大的限制。比如说，翼展要进一步增加的话，翼尖就要延伸到机尾之后了，这使得飞机的重心和气动中心的相对关系很难处理。9 O% ~ w9 j4 s: i
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静态稳定飞机的重心位于气动中心之前7 T3 ^3 i! I& k1 [, b' n4 Y- K
& l9 v. {; ~8 K4 p4 \$ x# l飞机都有重心和气动中心，重心是重力的作用点，气动中心是升力的作用点。重心位于气动中心之前的话，飞机是静稳定的；反之则是静不稳定的。静稳定的飞机会在气流扰动下上扬或者下俯之后自然回到稳定的中立位置，静不稳定的飞机则必须用平尾主动补偿才能恢复稳定。但不管是静稳定还是静不稳定，都是有限度的。重心与气动中心相距太远，飞机就不平衡了。B-2这样的斜前缘继续增大翼展的话，就会有这个问题。4 m5 W( x! T# w7 Q* n% C
; I6 V+ j2 s* e6 z& F% |X-47B采用两段折线前缘，增加了一个回波方向，还形成了一个浅角反射体，对隐身的实际影响不大，但气动设计的自由度就大大增加了。
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《现代兵器》的轰-20想象图也有X-47B这样的两段折线设计，但转折很小，外翼段的后掠角依然较大。这样小的转折毫无意义，还不如简单斜前缘，简化机翼的受力和结构设计，也简化制造。问题出在浅V形双垂尾，索性像B-2一样无尾翼还更加可信一点。+ G. i) W/ n! |, g6 H6 G/ W( w- r
+ c6 h7 }% i# d如前所述，垂尾的作用是航向稳定。也就是说，重心之后的侧向投影面积要大于重心之前的侧向投影面积，而且面积分布越靠后，效果越好。轰-20想象图中的浅V形双垂尾是否有足够的投影面积不好说，但位置不合理，太靠前了。这是作者受到常见V形双垂尾都在发动机喷口外侧的影响。+ o% z- X0 f! n3 x3 l7 i, `' Q) X
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常见的V形双垂尾确实大多安装在发动机喷口外侧
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但F-117就是在喷口之间" B c* E f' Y# \7 a
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采用浅V形双垂尾是要用垂尾取代不对称阻力。阻力降低，飞控大大简化，但隐身影响不大。歼-20已经采用全动V形双垂尾，降低垂尾面积，所以中国有这个技术基础。问题是，全动V形双垂尾依然需要尽量靠后。至于安装在发动机喷口外侧，战斗机这样做，常常是因为四翼面的构局，这样平尾和垂尾可以共用安装结构，或者在喷口之间并无合适的安装位置，也没有特殊优点。5 e: d' U7 n: k8 l% B* j9 `
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但F-117的V形双垂尾就采用喷口之间的安装位置，这里是最靠后的位置，也是气动和结构上最合理的安装位置。在一定的角度范围内，这样的安装对于对方的下视雷达和红外还有一定的遮挡作用，不至于直视发动机喷口。如果F-117的V形双垂尾也想轰-20想象图一样，安装在“腋下”的位置，那V形双垂尾和不装也不差多少了。
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6 D$ W; |% D, K/ L7 s有说法V形双垂尾是可升起、放倒的。升起时形成V形双垂尾，用于巡航状态；放倒时与飞翼后缘齐平，用于隐身突防状态。这可能是过度想象了。这样的升起、放下导致飞控律的高度复杂，机械上更是逆天。升起、放倒的转轴是平行于机体纵轴线的，全动垂尾的转轴是90度于机体纵轴线的，机械上将是不可思议地复杂，随之而来的是可靠性的降低。雷达反射特征不光是光学反射，还有缝隙导致的爬行波反射。考虑到机械吻合精度和气动变形，放倒状态与飞翼后缘的吻合不可能紧密，增加的缝隙则增加了雷达发射特征。可升起、放倒的设计在气动上好处有限，在机械上高度不利，对隐身帮助不大，不大可能是真的。$ i3 b' ~9 ?* {$ A/ l. c
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如果轰-20想象图改以X-47B为基础，改用B-2那样的四发或者B-21的双发（看起飞总重和发动机的推力了），采用较大后掠角的箭簇体和较小后掠角的外翼段，并在“海狸尾”的末端布置较小的V形双垂尾，不知道是否与真实的轰-20更加接近，但至少在气动设计上更加合理了。在某种意义上，这可以看成X-47B、F-117的混合体，但大大放大了。
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9 R. [1 p/ \8 I; a. Y, @! u这当然是很大的改动。优点是航向控制简化了，V形双垂尾阻力应该小于开裂式副翼或者扰流片-副翼的不对称阻力，箭簇体较大的容积容易安排机内武器舱、发动机舱，较大翼展的外翼段有利于降低巡航阻力、增加航程。# D0 U) j1 _/ Q# d
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5 ~ m+ Z% y# b9 ^) x3 N: c, ^上翼面进气本来就气流较复杂，大后掠角箭簇体和上翼面进气相结合，大大增加了进气口设计的难度, G; r7 @" t* p( j- x2 Y; G& k
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8 i+ ^; M" o/ A$ J' a" ~) X但改用下翼面扁梯形进气口，气流问题就比较容易解决，但也破坏了平坦的下表面，对隐身有所影响* {. k) h) m I: P1 A) Q6 _+ ~0 `; V
# |1 h1 t' `# [) Q* ~9 s, N问题在于箭簇体使得前缘上表面的气流流动较复杂，可能影响发动机进气。如果改用下表面的扁梯形进气口，比较容易解决进气口设计的问题，也可以用S形进气道解决避免对方雷达直视发动机正面的问题，但不再平坦的下表面对隐身会有一定的影响。这是一个设计取舍的问题，仔细设计的话，隐身也未必损失多少，并无大逆不道。
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0 K9 u) N- S( @3 b" r9 H真实的轰-20到底是什么样子？下图据说是官泄，这还真没有V形双垂尾。
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4 ?/ v$ K7 W+ x$ A. @( s6 M y也就是说，如果这是真的，想象图就不可能是真的。但真的是什么样子的呢？呃，不知道。% H- V8 M1 B- j" m% M. o( d; t
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发表于 2021-5-22 15:52:48
