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翼身融合體

鎖定
翼身融合體:一般的飛機是由機翼與機身兩個部件接合而成的,在機翼與機身的交接處 , 機身的側面與機翼表面構成直角(或接近於直角),這樣的組合,由於浸潤面積大,阻力也較大。
中文名
翼身融合體
外文名
Blended Wing Body
別    名
BWB
特    點
機身的側面與機翼表面構成直角
缺    點
阻力也較大
優    勢
二者間圓滑過渡

目錄

翼身融合體簡介

為了減少翼身組合體的阻力,有些飛機在機翼與機身的交接處增裝了整流帶(亦稱整流包皮),使二者間圓滑過渡。在設計上,整流帶一般是不承受載荷的,但在飛行時,它很難不受氣動力的影響,因此,往往會發生變形等問題。 後來,研究人員根據翼身整流帶的優缺點,提出了翼身融合體的概念,即把飛行器的機翼和機身合成一體來設計製造,二者之間沒有明顯的界限。 翼身融合體的優點是結構重量輕、內部容積大、氣動阻力小,可使飛機的飛行性能有較大改善。後來還發現,由於消除了機翼與機身交接處的直角,翼身融合體也有助於減小飛機的雷達反射截面積,改善隱身性能。 翼身融合體的缺點是:外形複雜,設計和製造比較困難。

翼身融合體內容

波音從90年代開始,研究介於飛翼和筒體-機翼之間的翼身融合體(Blended Wing Body,簡稱BWB)。從計算、風洞研究和自由飛試驗可以推斷,對於300座以上的大型飛機而言,BWB可以達到降低油耗50%以上的驚人效果,背部發動機的進氣和噴氣都受到機體屏蔽,地面感受噪聲很低。NASA正在研究四種未來客機構形,BWB就是其中一種,而且是降低油耗和噪音效果最大的方案。
翼身融合體(BWB)在外觀上與飛翼很像,但具有明確的中央機體和高度融合的機翼與典型飛翼相比,中央機體明顯加厚,寬扁中央機體還可以有縱牆加強。
在結構上,BWB以大大加寬的扁平筒體為基礎,機翼在翼根大大加厚,自然、圓滑地融入機體。內部結構依然有明確的機體、翼根和機翼,但外觀上渾然一體,機翼與機體沒有明顯的分界線,與飛翼很難區分。BWB的機翼依然是升力的重要來源,但特別寬大的機體也可提供40%以上的升力,因此對於同樣起飛重量的飛機,機翼翼展和翼面積可以大大減小,降低機翼的誘導阻力。
但BWB畢竟是有機體的,機體後端可以延長到機翼後緣之後,扁寬的“燕尾”不僅可以作為安裝發動機的位置,也可以安裝外傾的雙垂尾,不僅有利於維持方向安定性,也對發動機的噪聲形成有效的側向遮擋。在軍事上,雙垂尾也起到發動機的側向雷達屏障作用。燕尾還具有較長的力臂,有利於有效的俯仰控制作用,大大改善無尾飛翼的飛控難題。
不過BWB在實用中也有難於解決的問題,否則早就進一步推廣了。
BWB用於貨運問題還不大,但用於客運的話,機艙佈置很不好辦,不像傳統的縱列的飛機座,倒像橫排的劇院座,大量座位在“暗無天日”的中間,非常不舒適。另外,這樣的扁平寬大機艙很不容易解決緊急疏散的問題,日常運作的登機離機也不好辦。
BWB對於大型飛機有顯著的減阻作用,在起飛重量相同的情況下,濕面積顯著降低。但對於小型飛機而言,機艙厚度有一定的下限,加上地板下行李-貨物空間和起落架,中央體相對肥厚,機翼與中央體的融合就很彆扭,也破壞了BWB的最優翼展-中央體厚度的比例,影響氣動效率,增加濕面積。緩和過渡的話,翼根過於肥厚,阻力加大;急劇過渡的話,BWB的氣動優越性難以體現,實際上回到了筒體-機翼,只是筒體扁寬一點而已。
BWB通常適合大型飛機,但適當優化,也可用於中型平台,與傳統的筒體-機翼相比,也有20%的節油能力,特別寬大的地板面積很適合用於佈置任務設備,如大型雷達天線。另外,BWB也適合用作加油機。
但是換一個思路的話,地板下空間取消,行李艙/貨艙轉移到肥厚的翼根內,主起落架也轉移到翼根內,這樣中央體的厚度可以顯著降低,更加便於翼身融合。據報道,小型BWB與筒體-機翼相比,也有至少20%的節油能力,這還是很顯著的。與相同起飛重量的筒體-機翼構形相比,翼展也有所縮短,長度則縮短近1/3。
除了節油外,BWB機體寬大,提供了三倍的地板面積,使得機艙佈置可以完全轉變思路。現有支線客機為了限制起飛重量和運營成本,常在2+2座位和2+3座位之間糾結。2+2的機艙直徑小,阻力小,製造和飛機(相對於座-公里)運營成本低,但2+3明顯更加舒適。改為BWB的話,前半的公務艙可以1+2+1和2+2+2形式安排寬大座位,後半的經濟艙可以沿中央牆分隔成兩個3+3的機艙,但每個機艙只有8排座位,走廊長度較短,便於登機離機。公務艙的兩側有通常的機窗,經濟艙的兩側是肥厚的翼根,無法開窗,只有開天窗。這樣的106座客機在技術上是可以實現的,但在旅客接受程度上還需要磨合,機場設備(如登機橋)和運作(如機位間隔)也需要重新考慮。
但用於軍用平台的話,很多民航上難於解決的問題都不是問題。BWB當然可以用於轟炸機或者加油機。BWB比筒體-機翼更加隱身,這不僅對轟炸機具有極大價值,對加油機也越來越重要。加油機越來越成為空中戰爭體系的重要節點,打掉一架加油機可能造成好幾架戰鬥機因為燃油耗盡而墜毀,或者被迫提前退出戰鬥,作用比陸戰中打掉一輛油罐車而困住一個坦克連還要顯著、直接。美國空軍已經着手研究下一代加油機,可能將脱離從大型民航客機改裝的傳統技術路線,專門研製隱身而且具有激光自衞反導能力的先進加油機,BWB正是首選方案。但對中國來説,中型通用平台是更緊迫也更有突破意義的應用,BWB特別寬大的地板面積是特別有用的特點。
BWB寬大的地板也有利於電子戰平台的各種天線,足夠的物理距離總是為更好的電磁隔離創造條件。用於海上巡邏或者遠程空地監視時,寬大地板便於安裝各種傳感器和觀察窗。空中指揮所更是需要地方,才能擺開各種通信指揮控制枱。
BWB縮短翼展對艦載飛機更是有特別意義。航母的戰鬥力在於完整的空中力量單元,預警機是不可或缺的一部分。直升機預警機是沒有辦法的辦法,續航時間、巡航高度、離艦距離、雷達尺寸都受到很大的限制。現在世界上只有美國的E-2是唯一的固定翼艦載預警機,基本設計是50年代的,1960年就首飛了。最新的E-2D換了骨,但是依然沒法脱胎,因為航母升降機尺寸限制,也因為翼展不能過大,要避免起飛、降落時與兩側停放的飛機、設備發生碰撞。增加翼展可以帶來很多氣動、航程、載重上的好處,但要是需要清空兩側飛機才能起降,那就沒有出動率可言了。同樣重量的BWB的翼展較小,BWB的發動機通常安裝在“燕尾”部位,不需要安裝在機翼上(像E-2)或者在翼下(像各種民航客機),因此機翼的摺疊線可以相應向中軸靠攏,較短的總長更是適合航母升降機的需要。翼根結構肥厚,便於加強,也適合航母起落架需要特別加強的特點。這些特點都使得BWB成為航母艦載中型平台特別值得考慮的方案。
BWB艦載機除了預警機外,還可以有很多應用,比如反潛機、電子戰機、加油機,甚至可用於勤務運輸,在岸艦之間運送重要物資、設備和人員,或者將急病人轉送到岸上醫院。