21世紀的新型運輸機

林一平

現(xiàn)代高新科技的發(fā)展，推動了航空技術(shù)的進步，促進了運輸機以嶄新的模式，朝著高效率、多功能、低楊本的方向發(fā)展。從而出現(xiàn)了飛翼式、連翼型、短機身型、隱身型等運輸機的創(chuàng)新設(shè)計。本文對此進行簡要介紹。

高效率 21世紀的運輸機將在現(xiàn)役飛機的飛行性能基礎(chǔ)上，通過創(chuàng)新設(shè)計，改變其自身重量大、載重量小、故障率高、出航率低、維護工作量大、費用高、自主性差、對后方機場依賴性大、易受惡劣氣象影響等缺點，使運輸機普遍達到大載重、短距起落、高可靠性、易維護、全天候飛行、可直抵前線野戰(zhàn)機場，完成"面－點"和"點－點"的空運任務(wù)，充分體現(xiàn)出運輸機的高效率。

對于戰(zhàn)術(shù)運輸機而言，應(yīng)能在有效載重、短距起降、使用經(jīng)濟性等方面，與安－70槳扇式運輸機不相上下。

而對于中型運輸機來說，則應(yīng)具備C－5運輸機的運載量，擁有C－130運輸機的短距起降性能，高的可靠性和可維護性，能與C－17噴氣式運輸機競爭。同時，它又具備空中加油能力，從而可彌補目前運輸機航程不足的缺點，使中型中程運輸機跨入中型戰(zhàn)略運輸機的行列?？傊杂邢藜軘?shù)的新型運輸機，完成目前需要靠大量運輸機才能完成的任務(wù)，解決這一問題的途徑就是高效率。

圖示-雙尾型運輸機方案

多功能 21世紀的運輸機在完成戰(zhàn)術(shù)空運和戰(zhàn)略空運的同時，將通過功能模塊的變更與替換，或經(jīng)過適當(dāng)改裝，變成多種用途的飛機，如能成為救護傷病員，并可進行手術(shù)治療的空中醫(yī)院；成為殲擊機、強擊機、殲擊轟炸機補充燃料的空中加油機，以及充當(dāng)轟炸機的替補；成為隱蔽性較好的偵察機空中預(yù)警機、攜載和發(fā)射無人駕駛飛機的母機；此外，它們還能充當(dāng)電子戰(zhàn)的飛行平臺，能作為動力裝置試驗和機載設(shè)備試驗的飛行平臺，以及能作為宇航員失重訓(xùn)練的飛行平臺?？傊?1世紀的運輸機可充分發(fā)揮"一機多型"和"一機多用"的功能。

低成本 21世紀的運輸機將應(yīng)用更加成熟的制造技術(shù)、低燃耗的發(fā)動機、較普通的航材、有效的機載系統(tǒng)和可靠的機載設(shè)備、更多的標準件和通用件等，以降低飛機的成本，吸引用戶購機。這些措施能使單機價格低于同檔軍用飛機和旅客機。同時，還能達到規(guī)定的翻修壽命和服役年限。

雙尾型運輸機 它是由美國洛克希德·馬丁公司設(shè)計的一種新型運輸機。該機采用后掠上單翼、雙垂尾、寬機身的總體布局。其機長為32米，翼展38米，外廓尺寸略大于F－111戰(zhàn)斗轟炸機，但起飛重量卻是F－111的2倍，為100噸。從外形看上去酷似隱身作戰(zhàn)飛機，與F－117相接近，但在氣動設(shè)計方面更加完善。

這種雙尾型的隱身運輸機是作為替代C－130運輸機的新一代機型之一，所以在設(shè)計上重視了飛機的低速性能和起降性能，采用了"上表面吹氣"增升技術(shù)。

吹氣增升的動力源來自于機翼上表面前部的發(fā)動機排氣流，它可加快機翼上表面的氣流速度，降低其壓強，擴大上下機翼表面的壓強差，從而起到增升作用。尤其是還增加了翼型曲率，當(dāng)放下后退式襟翼后，可引導(dǎo)氣流向下偏轉(zhuǎn)，這樣的增升效果更佳，低速飛行性能更好。甚至可在爬升過程中進行急轉(zhuǎn)彎，規(guī)避地面炮火的攻擊。同時，這種增升技術(shù)對改進該隱身運輸機的起降性能，縮短滑跑距離，更好地適應(yīng)戰(zhàn)地環(huán)境也可起到十分重要的作用。

該運輸機的動力艙全部融入翼根內(nèi)，保持了流暢的氣動外形，且進氣口和排氣口又吸取了F－117和B－2飛機設(shè)計上的成功經(jīng)驗，配之機翼巧妙的屏蔽，大大削弱了雷達的探測效果和紅外輻射，有助于獲得更好的隱身效果。

該運輸機采用上翹后削平端面尾段，既為雙垂尾翼及其操縱系統(tǒng)的安裝提供了有效空間，減小了兩者相互之間的干擾，又確保了大型跳板式機尾艙門的設(shè)置，還簡化了尾艙門的收放機構(gòu)及結(jié)構(gòu)設(shè)計，形成了自己的特色。

該隱身運輸機將在起飛重量、有效載重、巡航速度、航程，乃至突防性能等方面超過C－130運輸機。其設(shè)計飛行速度為805公里/小時。計劃單機造價控制在 1.0～1.2億美元。

雙發(fā)遠程運輸機 該機采用了C－17、C－5、安－124等噴氣運輸機廣泛采用的后掠上單翼、T型尾翼布局，不同的是用2臺發(fā)動機，而不是象以上飛機那樣采用4臺發(fā)動機，且外廓尺寸與C－5運輸機相當(dāng)，有效載重為68噸（大于C－141運輸機）。且不進行空中加油的航程將達到22224公里。

由此聯(lián)想起雙發(fā)寬體噴氣客機波音777，該機以優(yōu)良的性能實現(xiàn)了跨洋飛行，以事實證明了不是3發(fā)或4發(fā)運輸機也可完成遠程飛行，且還可降低營運成本。

而采用創(chuàng)新設(shè)計的這種雙發(fā)遠程運輸機，由于選用了高涵道比大推力發(fā)動機，運用了大量現(xiàn)有技術(shù)和經(jīng)驗，采用了自然層流機翼和尾翼設(shè)計，所以具有低風(fēng)險、低成本、高可靠性和研制周期短的競爭優(yōu)勢。雖不屬全新開發(fā)，但也不失為一種"實用創(chuàng)新"，對節(jié)省資源，降低造價，簡化維護，盡快形成運力投入營運，同樣具有深遠的意義。

翼身融合體運輸機 該機采用超寬體翼身融合、后掠上單翼和雙發(fā)雙垂尾總體布局，同時以減小廢阻，降低翼載，獲取最大升力，提高巡航性能為設(shè)計目標。

圖示-下圖為連翼型運輸機

該機的超寬機身可容納超寬、超大、超長的車輛或裝備。上翹的平端尾上方可布置雙垂尾及操縱系統(tǒng)，下方能設(shè)置跳板平臺及貨艙門，當(dāng)運載車輛、貨物時，能滿足快速進出的要求。

其動力裝置一改廣泛采用的翼吊模式，即改為上置模式，并把發(fā)動機布置在機翼后緣靠近翼根處。由于單發(fā)高涵道比渦輪風(fēng)扇發(fā)動機已能達到大推力、低燃耗、高可靠性的要求，并且1臺發(fā)動機能達到相當(dāng)于2臺中等推力渦扇發(fā)動機的功率，所以該機僅配置了2臺發(fā)動機。發(fā)動機數(shù)量的減少不僅簡化了設(shè)計和制造，而且方便了維護，同時也大大減輕了重量、降低了造價、節(jié)省了燃油、使其更能發(fā)揮出高的效能。

該機為減小氣動阻力，將機身從駕駛艙后部盡可能多地融于機翼邊條內(nèi)，或翼根內(nèi)，并注意使翼－身交界處圓滑過渡，保持較佳的氣動流線，更好地發(fā)揮出機翼卸載增升效益。

無尾型運輸機 波音公司設(shè)計了一種酷似C－130飛機，但截去了尾翼段的戰(zhàn)術(shù)運輸機。該機的機翼翼展為37.7米，機長29米，起飛重量為109噸。設(shè)計師在該機上采用了大展弦比機翼與短距起降技術(shù)，從而使仿生學(xué)與現(xiàn)代航空技術(shù)很好地結(jié)合起來，這是一種獨具特色的創(chuàng)新設(shè)計。

圖示-突破無尾設(shè)計難關(guān)的“超蛙”戰(zhàn)術(shù)運輸機設(shè)想圖

另一特點是，該機采用了超寬短機身，即機身長度縮短為常規(guī)設(shè)計的1/2，而機身寬度（尤其是貨艙段）則為常規(guī)設(shè)計的2倍（大于寬體客機的機身寬度），設(shè)計有效載重30噸，且更適宜空運大型車輛和重型裝備。車輛和裝備的進出也更順利、更方便、更節(jié)省時間、更符合實戰(zhàn)需要。此外，這種超寬短機身的設(shè)計還可以大大縮小停機積，能進入目前很多常規(guī)運輸機難以進入，或無法進入的機場和場地。另外，超寬短機身的這種設(shè)計，在同等條件下結(jié)構(gòu)強度會更好，剛性也更高。

無尾型運輸機由于沒有了機尾段，也就沒有了垂直尾翼和水平尾翼這些大部件的雷達反射面，所以對飛機的隱身更為有利。該機在截去機尾段的同時，也對等地截去了前機身的一段，加上仍然保留了機翼上的操縱面，且又有4臺發(fā)動機各驅(qū)動1個螺旋槳工作，故不會影響飛機的俯仰和偏航飛行。整機重心位移容易控制，也不需要尾段機身和平尾的配平力矩，這樣就可以去掉這些結(jié)構(gòu)的重量，減輕飛機的結(jié)構(gòu)總重，對提高運輸機的性能非常有益。

該運輸機沿用了平直型機翼，安裝了全展向襟翼，配置了4臺單發(fā)功率為7400千瓦（C－130運輸機采用單發(fā)功率為4510千瓦的T56－A－15渦槳發(fā)動機）的發(fā)動機作為動力，以便達到良好的巡航性能、低速性能和短距起降性能。50年代設(shè)計的C－130運輸機僅能從1000米左右的跑道起降，而美國空軍和陸軍則要求這種新設(shè)計的運輸機，應(yīng)能在230米長的跑道上安全起降。為此，波音公司曾在1996年搞了一個新的運輸機設(shè)計方案，即機翼可在飛機起降過程中傾轉(zhuǎn)60°的設(shè)計方案。以后又多次修改變更方案，結(jié)果仍不理想。后來條件雖被放寬，但短距起降的要求始終被堅持，仍然要求能在比2個足球場面積稍大的簡易機場進行起降。

圖示-圖為“超蛙”與C-130運輸機外形比較

為確保無尾型運輸機在起降和巡航時安全可靠，它的4臺發(fā)動機之間用一個交叉軸系相連接，一旦其中某臺發(fā)動機在空中停車，仍能保持4個螺旋槳照常運轉(zhuǎn)，并且能夠提供足夠的功率維持飛行。

這種無尾型運輸機的貨艙采用了雙通道布局，能載運大型裝備，如輕型坦克、中小型直升機、軍用卡車等，并能使這些大型裝備快速方便地進出貨艙。同時在貨艙內(nèi)，計劃安裝一套帶動力的自動化傳送和鎖定系統(tǒng)，以平移和調(diào)整貨盤或貨箱間距。由于該機具有寬敞的貨艙，因此還可以在不必全部卸下艙內(nèi)貨物的同時，移出里面的急需物品。

波音公司的設(shè)計師希望這種經(jīng)過技術(shù)創(chuàng)新設(shè)計的無尾型運輸機，能像青蛙從睡蓮葉上躍起那樣輕松地起飛，完成各種任務(wù)，又能輕盈地短距降落，因此給了它一個"超級青蛙"的美譽。它的設(shè)計飛行速度為780公里/小時（比C－130快178公里/小時），設(shè)計航程為4800公里。單機造價控制在1.0～1.2億美元。

傾轉(zhuǎn)旋翼運輸機 以V－22為代表，該機從概念設(shè)計、方案論證、具體設(shè)計和修改、研制、試驗，直到定型、生產(chǎn)，大約經(jīng)歷了20年時間。它通過動力艙及旋翼的傾轉(zhuǎn)角度運作，實現(xiàn)了垂直起降、過渡飛行、水平巡航，與直升機一樣具有使用方便的特點，但飛行性能更好。它的最大載荷為9000公斤，最大速度580公里/小時，最大航程大于3800公里。該機已獲得830架美國陸、海、空三軍的訂單，并且已從1999年起陸續(xù)裝備部隊，該機將成為美國空軍21世紀的主力戰(zhàn)術(shù)運輸機之一。這種傾轉(zhuǎn)旋翼的創(chuàng)新設(shè)計，無論是從基本原理、結(jié)構(gòu)、機構(gòu)等，都會給運輸機的設(shè)計師們以新的啟迪，并在型號設(shè)計時多一種選擇。

連翼型運輸機 將后掠的機翼與前掠的水平尾翼在翼尖處相連接，集中了大展弦比前掠翼與后掠翼高速飛行時低波阻的優(yōu)點，突出了良好的巡航性能，且誘導(dǎo)阻力也很小。另外，整機重心位移容易控制，安定性和穩(wěn)定性均佳。

通過前掠平尾的折轉(zhuǎn)，抬高了尾翼位置，留出了空間，一方面可削弱后掠機翼下洗氣流的影響；另一方面可讓兩側(cè)折轉(zhuǎn)的平尾外端起到雙垂尾翼的作用，可利用其上的操縱面差動來實現(xiàn)方向操縱；其三，利用創(chuàng)新設(shè)計的框架結(jié)構(gòu)，也增加了機翼、機身和平尾的強度和剛度。

尤其是它的特寬體機身能運載更多大型和重型物件，以滿足后勤保障的需要。該機的動力艙位于機尾上方，系統(tǒng)管線布置相對集中，單發(fā)停車故障糾控容易，常規(guī)機務(wù)維護較方便。

然而，洛克希德·馬丁公司的設(shè)計師們將按照美國空軍的要求，把它設(shè)計成空中加油機。原因是，大約有700架KC－135空中加油機的機齡已達到25～30年，面臨退役。為此，對上述連翼型運輸機進行了專門設(shè)計，安置了儲油箱，設(shè)計了翼尖加油艙和加油套管，布置了輸油管線、控制閥、輸油泵等，還布置了嚴密的消防滅火設(shè)施，以確保使用中的安全。

這種連翼型空中加油機可同時為2架飛機或直升機加油。有專家提議將其開發(fā)為可攜帶無人駕駛飛機的母機，即可投放無人駕駛飛機，又可為無人駕駛飛機進行空中加油。最多時，一架母機可為20架無人駕駛飛機進行空中加油。

平臺型運輸機 該機是一種具有一般運輸機的各大系統(tǒng)，具備基本飛行功能，可按戰(zhàn)術(shù)－技術(shù)要求，或使用－技術(shù)要求，完成特殊運輸任務(wù)，具有多種用途的基準運輸機。尤其是應(yīng)用了模塊設(shè)計，也就是可在該運輸機上安裝各種功能的方艙，以達到各種不同布局的變化，實現(xiàn)一機多型，一機多用。以最少的飛機數(shù)量，完成盡可能多的飛行任務(wù)，適應(yīng)21世紀戰(zhàn)地需要。

國外曾設(shè)計了一種具有長平臺的4發(fā)后掠翼雙垂尾總體布局的重型中遠程噴氣運輸機。在其駕駛艙后獨立的寬闊長平臺上可安裝多級運載火箭、整枚洲際導(dǎo)彈、整架航天飛機、多架完整的直升機、大型飛機的機身/機翼/尾翼分段、大跨度建筑物的構(gòu)架、液化氣罐、高壓線鐵塔、電站設(shè)備，及多種功能的標準方艙。這些大宗物件，只需用簡易包裝，并系留牢靠后，便可用這種平臺型運輸機攜帶其升空飛抵目的地，以這種快速、安全、可靠的運輸方式，彌補了因受公路、鐵路、橋梁寬度/高度/承載量等的限制，或受水運周期過長的局限，從而能發(fā)揮出平臺型運輸機營運效率高的優(yōu)勢。

尤其是當(dāng)該平臺型運輸機安裝上各種功能的方艙后，將呈現(xiàn)不同"角色"的變化，并發(fā)揮出各種專用飛機的效能。例如，安裝電子設(shè)備方艙后可成為電子偵察機、電子戰(zhàn)飛機；安裝大型警戒雷達后，又可成為空中預(yù)警機，或空中指揮機；在換裝醫(yī)療方艙后，又可成為空中醫(yī)院或戰(zhàn)區(qū)機動搶救中心；在換裝空中加油系統(tǒng)方艙后，還可成為空中加油機。