我們何時(shí)能坐上翼身融合客機(jī)

在上海金山區(qū)一個(gè)大型家禽養(yǎng)殖場(chǎng)，獸醫(yī)站工作人員在對(duì)家禽進(jìn)行血液采樣，準(zhǔn)備送疾控部門(mén)化驗(yàn)。

青島市胸科醫(yī)院進(jìn)行應(yīng)對(duì)H7N9禽流感應(yīng)急演練

當(dāng)下，美國(guó)宇航局（NASA）正聯(lián)手波音公司開(kāi)展一項(xiàng)所謂的“環(huán)境可信賴(lài)航空”研究計(jì)劃。該計(jì)劃中包含有一個(gè)被稱(chēng)作X-48的子項(xiàng)目，其目標(biāo)為打造新一代更節(jié)能、更安靜的民用客機(jī)。上圖顯示的便是一架美國(guó)波音公司的X-48原型機(jī)。

在總體布局方面，傳統(tǒng)客機(jī)設(shè)計(jì)中機(jī)翼通常是安插在圓柱形機(jī)身上的，X-48則完全不同，它在外型上采用了獨(dú)特的“翼身融合技術(shù)”，即整體造型，將扁平、無(wú)尾的機(jī)身與機(jī)翼融合為一體。

為了證明翼身融合體設(shè)計(jì)的可行性，2010年，波音公司先后對(duì)X-48飛機(jī)進(jìn)行了多次試飛。據(jù)專(zhuān)家稱(chēng)，和傳統(tǒng)的客機(jī)相比，這種被稱(chēng)為“翼身融合”的設(shè)計(jì)將顯著提高飛機(jī)的運(yùn)載能力和空間、增加飛行航程、減少空氣阻力，并降低飛行時(shí)的燃料消耗。此外，X-48飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在機(jī)背上，機(jī)艙內(nèi)將變得更安靜，也有望大幅度減少對(duì)地面的噪音污染。

有人可能會(huì)問(wèn)，翼身融合技術(shù)真有那么神嗎？為什么該項(xiàng)技術(shù)現(xiàn)在仍主要用于軍用飛機(jī)，而并未在民用飛機(jī)，特別是客機(jī)中普及？

從整流包皮到翼身融合

通常，飛機(jī)的機(jī)翼機(jī)身組合體是由機(jī)翼和

機(jī)身兩個(gè)部件結(jié)合而成，兩者在外形上有明顯差異，在機(jī)翼與機(jī)身的對(duì)接處表面存在較明顯的“拐角”。這樣的組合使得機(jī)身表面的氣流和翼根表面的氣流在對(duì)接處交匯，并發(fā)生相互干擾，從而給飛機(jī)帶來(lái)一種額外阻力。航空學(xué)中稱(chēng)之為“干擾阻力”。

為了減少翼身組合體的干擾阻力，20世紀(jì)30年代，一些飛機(jī)在機(jī)翼與機(jī)身的交接處開(kāi)始加裝整流包皮，以使得二者間圓滑過(guò)渡。在設(shè)計(jì)上，整流包皮的主要目的是使氣流更為順暢，不承受載荷。但在長(zhǎng)期的飛行實(shí)踐中，人們發(fā)現(xiàn)，在空氣動(dòng)力的影響下，這些較弱的整流包皮常常會(huì)出現(xiàn)變形。

考慮到上述翼身整流包皮的優(yōu)缺點(diǎn)，20世紀(jì)60年代，飛機(jī)設(shè)計(jì)師們提出翼身融合的概念，飛機(jī)的機(jī)翼和機(jī)身開(kāi)始被合成為一個(gè)整體。通過(guò)翼身融合技術(shù)，飛機(jī)的阻力和能耗顯著減小，同時(shí)飛行性能也有了較大的改善。

翼身融合技術(shù)還帶來(lái)了另外一個(gè)好處，那就是增加了飛機(jī)內(nèi)部的容積。對(duì)于運(yùn)輸機(jī)來(lái)說(shuō)，這些寶貴的空間可以用來(lái)增加空中補(bǔ)給的物資量；對(duì)于轟炸機(jī)來(lái)說(shuō)，則可以增加載彈量；對(duì)于空中加油機(jī)來(lái)說(shuō)，則可以用來(lái)作為額外的儲(chǔ)油箱……總之，翼身融合技術(shù)給飛機(jī)的有效載荷騰出了更為充裕的加裝空間。

值得一提的是，消除了機(jī)翼與機(jī)身交接處的拐角，翼身融合體飛機(jī)的偵探雷達(dá)反射波被削弱，大大改善了飛機(jī)的雷達(dá)隱身性能。

正是具有阻力小、節(jié)能、內(nèi)部空間大、隱身等優(yōu)勢(shì)，翼身融合技術(shù)如今已在現(xiàn)代軍用飛機(jī)中得到廣泛應(yīng)用，其中包括世界上最先進(jìn)的戰(zhàn)機(jī)——美國(guó)的F22、F35以及我國(guó)的最新型戰(zhàn)斗機(jī)J20等。

命途多舛的飛翼機(jī)

將翼身融合技術(shù)發(fā)展到極致的，當(dāng)屬飛翼布局飛機(jī)。所謂飛翼機(jī)，是一種沒(méi)有尾翼并且機(jī)身主要部分融入機(jī)翼內(nèi)的飛機(jī)。

飛翼機(jī)，又稱(chēng)全翼機(jī)，其發(fā)源地為德國(guó)。早在20世紀(jì)20年代，德國(guó)的沃爾多·沃特曼兄弟就制造出了世界上最早的飛翼機(jī)；同樣，世界上最先問(wèn)世的飛翼民用客機(jī)以及戰(zhàn)斗機(jī)也均來(lái)自德國(guó)。

1944年，德國(guó)人霍頓兄弟研制出了飛翼布局的噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)Go-229，并于1945年完成了首飛。試飛時(shí)，該飛機(jī)竟達(dá)到了800千米的時(shí)速和在當(dāng)時(shí)幾乎不可想象的16000米的飛行高度。然而，飛翼機(jī)的最大缺陷是操控性能極差，尤其是在高速飛行時(shí)還會(huì)出現(xiàn)一系列嚴(yán)重的穩(wěn)定性問(wèn)題，需要依賴(lài)電子傳感系統(tǒng)控制機(jī)翼；所以，在當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平下，飛翼機(jī)在性能上始終無(wú)法取得重大突破。

20世紀(jì)40年代，國(guó)際航空界一度掀起了飛翼熱，當(dāng)時(shí)，最杰出的代表人物當(dāng)屬美國(guó)的飛翼之父——諾斯洛普。諾斯洛普，1895年生，美國(guó)知名航空工業(yè)家，諾斯洛普公司的創(chuàng)建者和洛克西德公司的創(chuàng)始人之一。諾斯洛普?qǐng)?jiān)信，飛翼機(jī)將是飛行器設(shè)計(jì)的下一個(gè)重要階段。他先后設(shè)計(jì)了包括N-1M、N-9M、YB-35、 YB-49等型號(hào)在內(nèi)的多種飛翼機(jī)。然而，飛翼機(jī)生不逢時(shí)，在那個(gè)飛機(jī)電子傳感控制系統(tǒng)尚未發(fā)展起來(lái)的年代里，諾斯洛普的飛翼機(jī)在性能上始終不盡如人意。

20世紀(jì)50年代到20世紀(jì)70年代末，飛翼機(jī)的發(fā)展一度步入蕭條期。直到20世紀(jì)80年代，作為一種可以大幅度降低雷達(dá)反射信號(hào)的方

式，飛翼技術(shù)才再次引起了人們的注意。此時(shí)，飛機(jī)電子傳感控制技術(shù)已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，加之諾斯洛普生前研制眾多飛翼機(jī)積累的寶貴經(jīng)驗(yàn)，美國(guó)諾斯洛普公司的B-2幽靈隱形戰(zhàn)略轟炸機(jī)很快成功問(wèn)世。

1999年，北約首次動(dòng)用B-2幽靈隱形戰(zhàn)略轟炸機(jī)對(duì)當(dāng)時(shí)的南聯(lián)盟進(jìn)行打擊，B-2幽靈隱形戰(zhàn)略轟炸機(jī)一戰(zhàn)成名。

客機(jī)能夠翼身融合嗎

早在1929年，德國(guó)就出現(xiàn)了翼身融合客機(jī)的實(shí)例，那就是容克 G.38。容克 G.38的機(jī)身、機(jī)翼高度融合，綽號(hào)“飛行旅館”，曾在漢莎航空公司經(jīng)歷過(guò)短期的服役。在當(dāng)時(shí)，容克 G.38飛機(jī)完全算得上是一架超級(jí)巨大的飛機(jī)：它能夠容納34位乘客；每個(gè)2米厚的機(jī)翼內(nèi)可乘坐6人，其他乘客則被安頓在中央機(jī)身內(nèi)。相比之下，同時(shí)期采用傳統(tǒng)機(jī)翼及箱型機(jī)身設(shè)計(jì)的福特三引擎客機(jī)僅能承載9名乘客，載客能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于G.38客機(jī)。

80多年前，容克 G.38開(kāi)創(chuàng)了翼身融合民用客機(jī)的先河。然而現(xiàn)在，我們?nèi)匀浑y以再列舉出哪怕是一兩架較為成功也較為知名的翼身融合客機(jī)機(jī)型。翼身融合技術(shù)為何難以在民用客機(jī)上取得成功應(yīng)用呢？我們不妨來(lái)分析一下其中的“難言之隱”。

先說(shuō)安全性。翼身融合民用飛機(jī)，特別是客機(jī)上存在重大安全隱患。傳統(tǒng)布局客機(jī)，乘客分布于桶狀機(jī)身的縱向兩側(cè)，機(jī)身兩側(cè)設(shè)置有應(yīng)急逃生出口。這種設(shè)計(jì)不僅有利于旅客上下飛機(jī)，而且在危急時(shí)刻也方便將乘客疏散到機(jī)體外。而翼身融合客機(jī)上的乘客集中在廣場(chǎng)式的機(jī)身中部，人群疏散非常復(fù)雜；加上乘客區(qū)很難布置窗戶，在逃生方面存在重大隱患。另外，傳統(tǒng)布局客機(jī)中，旅客位于機(jī)身中，油箱主要設(shè)置在機(jī)翼里，人油相對(duì)分離；而翼身融合布局的客機(jī)中，若要將機(jī)翼的空間也用作客艙，大量的燃油必然要分布在機(jī)翼客艙地板下方的油箱里，這對(duì)旅客的安全十分不利。

再說(shuō)設(shè)計(jì)難度。結(jié)構(gòu)上，傳統(tǒng)的客機(jī)機(jī)身通常近似為圓柱形，這種圓形截面的機(jī)身作為密閉充壓客艙，能承受較大的壓力；另外，傳統(tǒng)客機(jī)的機(jī)翼、機(jī)身、尾翼等部件可通過(guò)分離面相連、對(duì)接，也較容易分解，設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單。但對(duì)于翼身融合客機(jī)來(lái)說(shuō)，其客艙的空間形狀不規(guī)則，機(jī)翼必須足夠厚（尤其是將機(jī)翼作為客艙時(shí)）才行，并且翼身融為一體，這些因素都大大增加了飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度。

最后是制造方面。傳統(tǒng)客機(jī)中，機(jī)身、機(jī)翼等大的部件外形區(qū)別明顯，因此，制造時(shí)，不同的飛機(jī)部件可以分解、分配到不同的車(chē)間，相對(duì)獨(dú)立地生產(chǎn)；待各個(gè)部件生產(chǎn)出來(lái)以后，再運(yùn)往總裝廠完成組裝，最終生產(chǎn)出整架飛機(jī)。這種生產(chǎn)方式的最大好處就是效率高、成本低。相比之下，翼身融合客機(jī)的機(jī)身機(jī)翼為一體化形式，分布式的生產(chǎn)實(shí)施起來(lái)比較困難，制造成本自然也相對(duì)高昂。

現(xiàn)在，美國(guó)宇航局和波音公司正合作研究新一代的翼身融合飛機(jī)X-48。他們聲稱(chēng)，這種翼身融合的飛機(jī)如果拿來(lái)載客，將能承載450～800名乘客，并能省下超過(guò)20%的燃油。但經(jīng)過(guò)我們上述的分析可知，翼身融合技術(shù)在民用客機(jī)中的應(yīng)用似乎仍任重道遠(yuǎn)。此次美國(guó)宇航局和波音公司能否借助X-48飛機(jī)沖出重圍，開(kāi)辟一條翼身融合民用客機(jī)的嶄新道路，我們拭目以待。

【責(zé)任編輯】趙菲