21世纪的新型运输机

现代高新科技的发展,推动了航空技术的进步,促进了运输机以崭新的模式,朝着高效率、多功能、低杨本的方向发展.从而出现了飞翼式、连翼型、短机身型、隐身型等运输机的创新设计.本文对此进行简要介绍.

高效率21世纪的运输机将在现役飞机的飞行性能基础上,通过创新设计,改变其自身重量大、载重量小、故障率高、出航率低、维护工作量大、费用高、自主性差、对后方机场依赖性大、易受恶劣气象影响等缺点,使运输机普遍达到大载重、短距起落、高可靠性、易维护、全天候飞行、可直抵前线野战机场,完成"面－点"和"点－点"的空运任务,充分体现出运输机的高效率.

对于战术运输机而言,应能在有效载重、短距起降、使用经济性等方面,与安－70桨扇式运输机不相上下.

而对于中型运输机来说,则应具备C－5运输机的运载量,拥有C－130运输机的短距起降性能,高的可靠性和可维护性,能与C－17喷气式运输机竞争.同时,它又具备空中加油能力,从而可弥补目前运输机航程不足的缺点,使中型中程运输机跨入中型战略运输机的行列.总之,要以有限架数的新型运输机,完成目前需要靠大量运输机才能完成的任务,解决这一问题的途径就是高效率.

图示-双尾型运输机方案

多功能21世纪的运输机在完成战术空运和战略空运的同时,将通过功能模块的变更与替换,或经过适当改装,变成多种用途的飞机,如能成为救护伤病员,并可进行手术治疗的空中医院；成为歼击机、强击机、歼击轰炸机补充燃料的空中加油机,以及充当轰炸机的替补；成为隐蔽性较好的侦察机空中预警机、携载和发射无人驾驶飞机的母机；此外,它们还能充当电子战的飞行平台,能作为动力装置试验和机载设备试验的飞行平台,以及能作为宇航员失重训练的飞行平台.总之,21世纪的运输机可充分发挥"一机多型"和"一机多用"的功能.

低成本21世纪的运输机将应用更加成熟的制造技术、低燃耗的发动机、较普通的航材、有效的机载系统和可靠的机载设备、更多的标准件和通用件等,以降低飞机的成本,吸引用户购机.这些措施能使单机低于同档军用飞机和旅客机.同时,还能达到规定的翻修寿命和服役年限.

双尾型运输机它是由美国洛克希德马丁公司设计的一种新型运输机.该机采用后掠上单翼、双垂尾、宽机身的总体布局.其机长为32米,翼展38米,外廓尺寸略大于F－111战斗轰炸机,但起飞重量却是F－111的2倍,为100吨.从外形看上去酷似隐身作战飞机,与F－117相接近,但在气动设计方面更加完善.

这种双尾型的隐身运输机是作为替代C－130运输机的新一代机型之一,所以在设计上重视了飞机的低速性能和起降性能,采用了"上表面吹气"增升技术.

吹气增升的动力源来自于机翼上表面前部的发动机排气流,它可加快机翼上表面的气流速度,降低其压强,扩大上下机翼表面的压强差,从而起到增升作用.尤其是还增加了翼型曲率,当放下后退式襟翼后,可引导气流向下偏转,这样的增升效果更佳,低速飞行性能更好.甚至可在爬升过程中进行急转弯,规避地面炮火的攻击.同时,这种增升技术对改进该隐身运输机的起降性能,缩短滑跑距离,更好地适应战地环境也可起到十分重要的作用.

该运输机的动力舱全部融入翼根内,保持了流畅的气动外形,且进气口和排气口又吸取了F－117和B－2飞机设计上的成功经验,配之机翼巧妙的屏蔽,大大削弱了雷达的探测效果和红外辐射,有助于获得更好的隐身效果.

该运输机采用上翘后削平端面尾段,既为双垂尾翼及其操纵系统的安装提供了有效空间,减小了两者相互之间的干扰,又确保了大型跳板式机尾舱门的设置,还简化了尾舱门的收放机构及结构设计,形成了自己的特色.

该隐身运输机将在起飞重量、有效载重、巡航速度、航程,乃至突防性能等方面超过C－130运输机.其设计飞行速度为805公里/小时.计划单机造价控制在1.0～1.2亿美元.

双发远程运输机该机采用了C－17、C－5、安－124等喷气运输机广泛采用的后掠上单翼、T型尾翼布局,不同的是用2台发动机,而不是象以上飞机那样采用4台发动机,且外廓尺寸与C－5运输机相当,有效载重为68吨（大于C－141运输机）.且不进行空中加油的航程将达到22224公里.

由此联想起双发宽体喷气客机波音777,该机以优良的性能实现了跨洋飞行,以事实证明了不是3发或4发运输机也可完成远程飞行,且还可降低营运成本.

而采用创新设计的这种双发远程运输机,由于选用了高涵道比大推力发动机,运用了大量现有技术和经验,采用了自然层流机翼和尾翼设计,所以具有低风险、低成本、高可靠性和研制周期短的竞争优势.虽不属全新开发,但也不失为一种"实用创新",对节省资源,降低造价,简化维护,尽快形成运力投入营运,同样具有深远的意义.

翼身融合体运输机该机采用超宽体翼身融合、后掠上单翼和双发双垂尾总体布局,同时以减小废阻,降低翼载,获取最大升力,提高巡航性能为设计目标.

图示-下图为连翼型运输机

该机的超宽机身可容纳超宽、超大、超长的车辆或装备.上翘的平端尾上方可布置双垂尾及操纵系统,下方能设置跳板平台及货舱门,当运载车辆、货物时,能满足快速进出的要求.

其动力装置一改广泛采用的翼吊模式,即改为上置模式,并把发动机布置在机翼后缘靠近翼根处.由于单发高涵道比涡轮风扇发动机已能达到大推力、低燃耗、高可靠性的要求,并且1台发动机能达到相当于2台中等推力涡扇发动机的功率,所以该机仅配置了2台发动机.发动机数量的减少不仅简化了设计和制造,而且方便了维护,同时也大大减轻了重量、降低了造价、节省了燃油、使其更能发挥出高的效能.

该机为减小气动阻力,将机身从驾驶舱后部尽可能多地融于机翼边条内,或翼根内,并注意使翼－身交界处圆滑过渡,保持较佳的气动流线,更好地发挥出机翼卸载增升效益.

无尾型运输机波音公司设计了一种酷似C－130飞机,但截去了尾翼段的战术运输机.该机的机翼翼展为37.7米,机长29米,起飞重量为109吨.设计师在该机上采用了大展弦比机翼与短距起降技术,从而使仿生学与现代航空技术很好地结合起来,这是一种独具特色的创新设计.

图示-突破无尾设计难关的“超蛙”战术运输机设想图

另一特点是,该机采用了超宽短机身,即机身长度缩短为常规设计的1/2,而机身宽度（尤其是货舱段）则为常规设计的2倍（大于宽体客机的机身宽度）,设计有效载重30吨,且更适宜空运大型车辆和重型装备.车辆和装备的进出也更顺利、更方便、更节省时间、更符合实战需要.此外,这种超宽短机身的设计还可以大大缩小停机积,能进入目前很多常规运输机难以进入,或无法进入的机场和场地.另外,超宽短机身的这种设计,在同等条件下结构强度会更好,刚性也更高.

无尾型运输机由于没有了机尾段,也就没有了垂直尾翼和水平尾翼这些大部件的雷达反射面,所以对飞机的隐身更为有利.该机在截去机尾段的同时,也对等地截去了前机身的一段,加上仍然保留了机翼上的操纵面,且又有4台发动机各驱动1个螺旋桨工作,故不会影响飞机的俯仰和偏航飞行.整机重心位移容易控制,也不需要尾段机身和平尾的配平力矩,这样就可以去掉这些结构的重量,减轻飞机的结构总重,对提高运输机的性能非常有益.

该运输机沿用了平直型机翼,安装了全展向襟翼,配置了4台单发功率为7400千瓦（C－130运输机采用单发功率为4510千瓦的T56－A－15涡桨发动机）的发动机作为动力,以便达到良好的巡航性能、低速性能和短距起降性能.50年代设计的C－130运输机仅能从1000米左右的跑道起降,而美国空军和陆军则要求这种新设计的运输机,应能在230米长的跑道上安全起降.为此,波音公司曾在1996年搞了一个新的运输机设计方案,即机翼可在飞机起降过程中倾转60°的设计方案.以后又多次修改变更方案,结果仍不理想.后来条件虽被放宽,但短距起降的要求始终被坚持,仍然要求能在比2个足球场面积稍大的简易机场进行起降.

图示-图为“超蛙”与C-130运输机外形比较

为确保无尾型运输机在起降和巡航时安全可靠,它的4台发动机之间用一个交叉轴系相连接,一旦其中某台发动机在空中停车,仍能保持4个螺旋桨照常运转,并且能够提供足够的功率维持飞行.

这种无尾型运输机的货舱采用了双通道布局,能载运大型装备,如轻型坦克、中小型直升机、军用卡车等,并能使这些大型装备快速方便地进舱.同时在货舱内,计划安装一套带动力的自动化传送和锁定系统,以平移和调整货盘或货箱间距.由于该机具有宽敞的货舱,因此还可以在不必全部卸下舱内货物的同时,移出里面的急需物品.

波音公司的设计师希望这种经过技术创新设计的无尾型运输机,能像青蛙从睡莲叶上跃起那样轻松地起飞,完成各种任务,又能轻盈地短距降落,因此给了它一个"超级青蛙"的美誉.它的设计飞行速度为780公里/小时（比C－130快178公里/小时）,设计航程为4800公里.单机造价控制在1.0～1.2亿美元.

倾转旋翼运输机以V－22为代表,该机从概念设计、方案论证、具体设计和修改、研制、试验,直到定型、生产,大约经历了20年时间.它通过动力舱及旋翼的倾转角度运作,实现了垂直起降、过渡飞行、水平巡航,与直升机一样具有使用方便的特点,但飞行性能更好.它的最大载荷为9000公斤,最大速度580公里/小时,最大航程大于3800公里.该机已获得830架美国陆、海、空三军的订单,并且已从1999年起陆续装备部队,该机将成为美国空军21世纪的主力战术运输机之一.这种倾转旋翼的创新设计,无论是从基本原理、结构、机构等,都会给运输机的设计师们以新的启迪,并在型号设计时多一种选择.

连翼型运输机将后掠的机翼与前掠的水平尾翼在翼尖处相连接,集中了大展弦比前掠翼与后掠翼高速飞行时低波阻的优点,突出了良好的巡航性能,且诱导阻力也很小.另外,整机重心位移容易控制,安定性和稳定性均佳.

通过前掠平尾的折转,抬高了尾翼位置,留出了空间,一方面可削弱后掠机翼下洗气流的影响；另一方面可让两侧折转的平尾外端起到双垂尾翼的作用,可利用其上的操纵面差动来实现方向操纵；其三,利用创新设计的框架结构,也增加了机翼、机身和平尾的强度和刚度.

尤其是它的特宽体机身能运载更多大型和重型物件,以满足后勤保障的需要.该机的动力舱位于机尾上方,系统管线布置相对集中,单发停车故障纠控容易,常规机务维护较方便.

然而,洛克希德马丁公司的设计师们将按照美国空军的要求,把它设计成空中加油机.原因是,大约有700架KC－135空中加油机的机龄已达到25～30年,面临退役.为此,对上述连翼型运输机进行了专门设计,安置了储油箱,设计了翼尖加油舱和加油套管,布置了输油管线、控制阀、输油泵等,还布置了严密的消防灭火设施,以确保使用中的安全.

这种连翼型空中加油机可同时为2架飞机或直升机加油.有专家提议将其开发为可携带无人驾驶飞机的母机,即可投放无人驾驶飞机,又可为无人驾驶飞机进行空中加油.最多时,一架母机可为20架无人驾驶飞机进行空中加油.

平台型运输机该机是一种具有一般运输机的各大系统,具备基本飞行功能,可按战术－技术要求,或使用－技术要求,完成特殊运输任务,具有多种用途的基准运输机.尤其是应用了模块设计,也就是可在该运输机上安装各种功能的方舱,以达到各种不同布局的变化,实现一机多型,一机多用.以最少的飞机数量,完成尽可能多的飞行任务,适应21世纪战地需要.

国外曾设计了一种具有长平台的4发后掠翼双垂尾总体布局的重型中远程喷气运输机.在其驾驶舱后独立的宽阔长平台上可安装多级运载火箭、整枚洲际导弹、整架航天飞机、多架完整的直升机、大型飞机的机身/机翼/尾翼分段、大跨度建筑物的构架、液化气罐、高压线铁塔、电站设备,及多种功能的标准方舱.这些大宗物件,只需用简易包装,并系留牢靠后,便可用这种平台型运输机携带其升空飞抵目的地,以这种快速、安全、可靠的运输方式,弥补了因受公路、铁路、桥梁宽度/高度/承载量等的限制,或受水运周期过长的局限,从而能发挥出平台型运输机营运效率高的优势.

尤其是当该平台型运输机安装上各种功能的方舱后,将呈现不同"角色"的变化,并发挥出各种专用飞机的效能.例如,安装电子设备方舱后可成为电子侦察机、电子战飞机；安装大型警戒雷达后,又可成为空中预警机,或空中指挥机；在换装医疗方舱后,又可成为空中医院或战区机动抢救中心；在换装空中加油系统方舱后,还可成为空中加油机.