随着时代的发展,飞行器早已不再千篇一律,采用各种布局形式的飞行器承载着人类的想象和对天空的向往不断推陈出新。而在各式各样的飞行器中,飞翼布局飞行器优势尽显,这使其不但广受瞩目,并且还成为各航空大国竞相发展的重要方向。
现如今,飞翼布局的B-2轰炸机依然是隐身战略轰炸机的标杆,同时也是美国空军轰炸机部队绝对的杀手锏。

B-2一直都是隐身战略轰炸机的标杆
要了解飞翼布局的优势,就要从常规布局的飞行器说起。常规布局的飞行器主要由机身、机翼、尾翼、发动机四大部分组成。其中机身是整个飞行器的基础部件,用于容纳乘员及货物。机翼和尾翼则作为主要的气动部件,其中机翼用于在空气中产生升力,尾翼用于维持整机平衡及姿态控制。而发动机则是动力部件,为飞行器飞行提供前进动力。同时在机翼和尾翼上布置有大量舵面用于进行姿态操控,其中机翼外侧的副翼用以提供滚转力矩、平尾上的升降舵用以提供俯仰力矩、垂尾上的方向舵用以提供偏航力矩,由此使飞行器可完成各种飞行机动动作。可见常规布局飞行器在保证运输装载前提下,合理有效的布置翼面和舵面实现可控飞行,因而成为当今飞行器设计的主流。
飞翼布局的B-2与常规布局的B-52,二者特点鲜明,差异明显
而飞翼布局飞行器则将机身与机翼融为一体,最为纯粹的无尾飞翼布局则更是将发动机埋入机身-机翼融合体内,并将尾翼全部取消。由此机翼与机身的功能相互交融,界限越发模糊。从而使得飞行器外形极大简化,整体形似一个巨大的翼面,飞翼也由此得名。
相较于常规布局,飞翼布局的飞行器才是真正的为飞行而生。
首先,由于机翼与机身形成了融合体并将发动机包含其中,飞机各主部件间形成了圆滑的过渡,再加之尾翼部分或完全取消,极大的降低了部件间的干扰阻力,同时由于浸润面积的减小,摩擦阻力也被极大削减。而基于翼型设计的翼身融合体可产生远超常规布局机翼的升力,由此整机升力系数较常规构型有较大优势。阻力的大幅减小和升力的提升造就了飞翼布局飞行器绝佳的升阻比优势,进而带来的是优秀的气动效率,这也就意味着其航程和续航时间具备特有的优势。
其次,通过翼身融合、整合或取消部件使得整机的结构重量大幅减小,同时由于机身承受的重力基本沿展向分布,与所受气动载荷基本一致,因而在刚度设计上具有先天的优势。由此飞翼布局也具备了优秀的载重比。
最后,就是绝佳的隐身特性,由于正向及侧向投影面积小,因此飞翼飞行器先天具有低可探测性优势,再通过精心的设计翼身融合体边缘及采用吸波材料、合理设计发动机进气道和尾喷口等其他隐身措施即可获得其他构型飞行器难以触及的低RCS特性。
B-21的未来,值得我们去关注
然而拥有如此多的优势,飞翼布局飞行器在整个世界航空史上却从未占据主流,这是因为飞翼布局飞行器在设计上面临着超乎想象的困难。由于省去了几乎所有能省去的部分,再加上几乎所有的控制舵面都只能基于翼身统合体后缘,因而飞翼布局的飞行器往往有着显著的横侧向稳定性问题以及操纵耦合问题,仅通过常规布局飞行器积累的经验和人为的操纵完全无法解决。
另外,同样是由于飞翼布局过于精简的机体,即使经过复杂的气动设计,依然难以获得像最新一代常规布局飞行器那样兼顾亚音速及超音速、巡航及高机动飞行性能的能力。因而飞翼布局飞行器也出现了分化,其中后掠角35°上下以B-2为代表的飞翼重点突出长时间续航能力和亚音速性能;后掠角55°上下以“神经元”无人机为代表的飞翼重点突出跨音速飞行和较强的机动能力;后掠角超过60°以无侦-8为代表的飞翼则主要追求超音速突防能力。
最后,则是飞翼布局可能引发很严重的气动弹性问题。所谓气动弹性问题使飞行器气动和结构相互作用所引起的综合性问题,飞行器在空气中飞行,机翼受载而产生形变,而形变后的机翼又进一步改变了原本的气动外形,以此循环往复即为气动弹性问题。飞翼布局,尤其是展弦比较大的飞翼,由于机翼尺寸过大,很容易由气动弹性问题诱发翼面震颤,威胁飞行安全。因而需要采用全新的工艺和材料及复杂的数值计算、气动仿真,甚至要放弃飞翼的某些优势才能加以解决。



