俄羅斯“PAK TA”重型運(yùn)輸機(jī)

晨曦

據(jù)“今日俄羅斯”（RT）電視臺(tái)網(wǎng)站3月19日?qǐng)?bào)道，俄羅斯正在設(shè)計(jì)能夠?qū)斔鲬?zhàn)坦克和彈藥運(yùn)送到世界上任何地方的新概念運(yùn)輸機(jī)，還在設(shè)計(jì)階段的這種新概念運(yùn)輸機(jī)名為“PAK TA”，將實(shí)現(xiàn)超音速飛行（最高速度可達(dá)2 000千米/小時(shí)），并且擁有高達(dá)200噸的有效載荷，飛行距離可達(dá)7 000千米，這將使俄羅斯實(shí)現(xiàn)全球軍事快速反應(yīng)能力。消息一出，立刻受到了世界各大媒體的關(guān)注，美國(guó)媒體甚至直截了當(dāng)?shù)刭|(zhì)疑俄羅斯的新飛機(jī)能不能飛得起來。那么這種新飛機(jī)是不是真的具有超強(qiáng)的運(yùn)輸能力呢？

據(jù)俄媒描述，俄羅斯研制新型運(yùn)輸機(jī)是為了減少對(duì)烏克蘭運(yùn)輸機(jī)制造商的依賴，特別是考慮到現(xiàn)在的烏克蘭局勢(shì)，和俄羅斯與烏克蘭政府間糟糕的關(guān)系，計(jì)劃中共同開發(fā)安-70運(yùn)輸機(jī)的計(jì)劃已經(jīng)泡湯。目前俄羅斯軍用運(yùn)輸機(jī)的主力仍然是伊爾-76，已經(jīng)無法滿足未來雄心勃勃的需求。在這種背景下，俄羅斯必須另謀出路，自己開發(fā)未來的超級(jí)軍用運(yùn)輸機(jī)。報(bào)道稱，“PAK TA”項(xiàng)目已經(jīng)設(shè)計(jì)了多款機(jī)型，計(jì)劃在2024年開始生產(chǎn)，最終將取代俄軍目前服役的運(yùn)輸機(jī)。這意味著十年后俄軍將可以在世界上任何地方快速部署重裝部隊(duì)。“PAK TA”運(yùn)輸機(jī)主要任務(wù)之一就是運(yùn)輸“阿瑪塔”主戰(zhàn)坦克和其它重型軍事裝備，如自行火炮、防空導(dǎo)彈、導(dǎo)彈發(fā)射車和反坦克導(dǎo)彈戰(zhàn)車。按照設(shè)計(jì)，“PAK TA”將帶有自動(dòng)化貨物裝載功能，能夠在世界大多數(shù)地形投放人員裝備。在外形設(shè)計(jì)上，“PAK TA”運(yùn)輸機(jī)與目前的主流運(yùn)輸機(jī)采用圓柱形機(jī)身和懸臂式上單翼的設(shè)計(jì)極為不同，將采用大膽的“飛翼”式布局。

“PAK TA”項(xiàng)目包括多款機(jī)型，除了上述的超音速機(jī)型外，最初的設(shè)計(jì)是一種亞音速運(yùn)輸機(jī)。這種亞音速運(yùn)輸機(jī)具有900千米/小時(shí)的巡航速度，可以將80噸以上的有效載荷運(yùn)送到4 500千米之外。該方案涉及寬體貨艙的制造，可以取代現(xiàn)有的伊爾和安東諾夫運(yùn)輸機(jī)。從俄羅斯目前公開的“PAK TA”運(yùn)輸機(jī)的概念模型與模擬視頻來看，指的就是這樣一種亞音速的運(yùn)輸機(jī)，而真正的超音速設(shè)計(jì)還未正式公布。俄媒視頻中出現(xiàn)的新概念運(yùn)輸機(jī)的有效載荷標(biāo)明是90噸級(jí)，并非未來達(dá)到200噸的超級(jí)運(yùn)輸機(jī)。

從俄羅斯媒體發(fā)布的早期型“PAK TA”運(yùn)輸機(jī)概念方案來看，為了從根本上降低大型軍用運(yùn)輸機(jī)的油耗，降低飛行成本，“PAK TA”是翼身融合飛翼布局與常規(guī)布局的混合體，擁有大展弦比的機(jī)翼、寬體化的流線型機(jī)身和常規(guī)飛機(jī)的V形尾翼設(shè)計(jì)，駕駛員的下視視野很開闊。該機(jī)機(jī)身從機(jī)頭開始圓滑過渡，到尾部有一個(gè)明顯上翹，這里布置了主發(fā)動(dòng)機(jī)和大型V型尾翼。機(jī)身設(shè)計(jì)上采用“寬體”設(shè)計(jì)，以便在最小機(jī)身尺寸/結(jié)構(gòu)重量的前提下，盡可能地加寬和加高貨艙尺寸。該機(jī)的機(jī)身背部靠近V形尾翼的地方安裝一臺(tái)背負(fù)式的大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。該發(fā)動(dòng)機(jī)兼具發(fā)電的功能，所產(chǎn)生的電力儲(chǔ)存在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道前方的機(jī)身背部空間內(nèi)的儲(chǔ)能系統(tǒng)，然后再把電力分配給機(jī)翼根部?jī)蓚€(gè)巨大空腔內(nèi)的兩個(gè)巨大的電力驅(qū)動(dòng)的風(fēng)扇，其所產(chǎn)生的高速氣流通過飛機(jī)機(jī)翼后緣的鋸齒狀噴口流出，形成推力，機(jī)翼后緣還可以通過偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生矢量推力。V形尾翼位于機(jī)身扁平尾部的上方，傾斜角度較大。大展弦比的機(jī)翼還有翼梢小翼。該機(jī)具有一定的隱身性能，置于機(jī)體上方的背負(fù)式進(jìn)氣道，可防止地面雷達(dá)探測(cè)到發(fā)動(dòng)機(jī)葉片，兩肋的風(fēng)扇也是內(nèi)置布局，可有效降低飛機(jī)的雷達(dá)反射截面積，不過大型V形尾翼會(huì)影響隱身效果。

該機(jī)上翹的后機(jī)身底部有一個(gè)大型貨艙門，由向外側(cè)開啟的兩扇蚌殼式艙門和向下開啟的艙門組成，向下開啟的艙門可以兼做貨橋使用。貨艙為四角修圓的近似方形的橫截面形狀，貨艙寬度達(dá)7米，高4米，寬而高的設(shè)計(jì)可獲得最大的貨艙空間利用率和大型裝備裝載能力。采用較方橫截面形狀設(shè)計(jì)的另一大好處，就是因?yàn)闄C(jī)身底部扁平，所以貨艙地板離地高度可以大幅降低。貨運(yùn)系統(tǒng)裝有動(dòng)力滾棒、限動(dòng)攔阻網(wǎng)、系留環(huán)、導(dǎo)軌等設(shè)備，裝貨的設(shè)備還包括電絞車、裝貨鋼索、支撐滑輪和梁式吊車等。系留環(huán)、系留鋼索、系留網(wǎng)和防止車輛移動(dòng)的分力輪擋等設(shè)備能使裝載的貨物牢固地固定在機(jī)艙內(nèi)，而不會(huì)在飛機(jī)的飛行姿態(tài)變化時(shí)移動(dòng)甚至撞上機(jī)艙壁?；?、動(dòng)力牽引裝置、傳送帶、滾棒、牽引傘投放裝置和牽引繩可以幫助空投貨物順利出艙。

“PAK TA”引入了先進(jìn)的裝卸管理系統(tǒng)和艙內(nèi)裝卸設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)“不需要機(jī)場(chǎng)的裝卸保障設(shè)備完成全部作業(yè)”的“自裝卸能力”。這套系統(tǒng)可以利用機(jī)身非常寬大的特點(diǎn)，同時(shí)進(jìn)行裝載和卸載操作，效率非常高。為了承受坦克裝甲車輛等重型武器裝備的重壓，“PAK TA”的地板經(jīng)過了特別加強(qiáng)，采用了縱、橫向受力骨架和夾層地板，強(qiáng)度很大。為了保證載荷分布平衡合理、不影響飛行穩(wěn)定性，“PAK TA”還為貨艙配備了相關(guān)的載荷管理系統(tǒng)，它可以精確測(cè)量出裝卸載荷時(shí)引起的重心變化，并在地面裝卸階段就自動(dòng)計(jì)算并顯示出最佳裝載位置。綜上所述，大艙門、寬貨艙、先進(jìn)載荷管理系統(tǒng)、快速裝卸系統(tǒng)等設(shè)計(jì)，是“PAK TA”運(yùn)輸機(jī)貨艙技術(shù)的主要特點(diǎn)。

“PAK TA”運(yùn)輸機(jī)的翼身融合設(shè)計(jì)能產(chǎn)生更大的升力、更小的阻力，油耗更低，有望成為未來更節(jié)能、更安靜的飛機(jī)的代表。該飛機(jī)的設(shè)計(jì)是基于由機(jī)身提供大部分的升力。這樣的設(shè)計(jì)可讓飛機(jī)寬大的機(jī)身容納下貨物和機(jī)載人員，而消耗的燃料大大低于當(dāng)今常規(guī)布局的飛機(jī)。一般的翼身組合體是由機(jī)翼與機(jī)身兩個(gè)部件接合而成的。在機(jī)翼與機(jī)身的交接處，機(jī)身的側(cè)面與機(jī)翼表面構(gòu)成直角（或接近于直角），這樣的組合，由于浸潤(rùn)面積大，阻力也較大。為了減少翼身組合體的阻力，“PAK TA”運(yùn)輸機(jī)翼身融合體的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)重量輕、內(nèi)部容積大、氣動(dòng)阻力小，可使飛機(jī)的飛行性能有較大改善。由于消除了機(jī)翼與機(jī)身交接處的直角，翼身融合體也有助于減小飛機(jī)的雷達(dá)反射截面積，改善隱身性能。其缺點(diǎn)是外形復(fù)雜，設(shè)計(jì)和制造比較困難。

“PAK TA”運(yùn)輸機(jī)的機(jī)翼采用超臨界梯形后掠翼，這種翼型具有較高的啟動(dòng)效率，可以減小高速飛行時(shí)的阻力以提高巡航速度，特別適用于飛行速度在臨界馬赫數(shù)范圍的高亞音速飛機(jī)，“PAK TA”能達(dá)到900千米/小時(shí)的巡航速度，超臨界機(jī)翼功不可沒。采用層流翼型的伊爾-76運(yùn)輸機(jī)，巡航速度較高時(shí)（一般約超過0.6馬赫時(shí)），其機(jī)翼上因?yàn)闅饬魉俣瘸^音速，就會(huì)產(chǎn)生超音速激波，氣流從穩(wěn)定的層流狀態(tài)變成紊流，導(dǎo)致飛行阻力增加，阻礙飛機(jī)飛行速度的提高。而超臨界機(jī)翼，其上部較為平坦，下部前端為有鼓凸的流線弧形，至后端出現(xiàn)明顯的變薄內(nèi)凹，這樣飛機(jī)處于巡航速度時(shí)，表面氣流的超音速激波位置恰好出現(xiàn)在內(nèi)凹區(qū)域，由于其對(duì)超音速氣流的整流、擴(kuò)壓作用，使得超臨界翼型可以大幅度減小有害的激波阻力，反而會(huì)使巡航升力有所提高。另外，超臨界機(jī)翼的厚度相對(duì)較大，所以可以設(shè)置較大的機(jī)翼油箱，有利于增加飛機(jī)的航程；同時(shí)，較厚的機(jī)翼結(jié)構(gòu)有利于增加強(qiáng)度和壽命，單位容積消耗的結(jié)構(gòu)材料也較少，機(jī)翼雖然更厚，但實(shí)際上結(jié)構(gòu)重量卻比其它翼型低一些。

“PAK TA”的機(jī)翼翼梢設(shè)置有小翼。在飛行中，機(jī)翼下翼面的高壓區(qū)氣流會(huì)繞過翼梢流向上翼面，形成強(qiáng)烈的旋渦氣流，并從機(jī)翼向后沿伸很長(zhǎng)一段距離，它們帶走了能量，增加了誘導(dǎo)阻力。翼梢小翼可以削弱這種阻力，它可以阻擋機(jī)翼下表面繞到上表面的繞流，削弱翼尖渦強(qiáng)度，從而有效增大機(jī)翼有效展弦比。因?yàn)橐砩倚∫肀旧硪彩莻€(gè)小機(jī)翼，也能產(chǎn)生翼尖渦，方向與主翼翼尖渦相反，且與其距離很近。在黏性耗散的作用下，兩股渦相互纏繞，互相對(duì)抗抵消，同樣達(dá)到減少誘導(dǎo)阻力的目的。翼梢小翼還可以增加機(jī)翼升力及向前推力，推遲機(jī)翼翼尖氣流的過早分離，提高失速迎角。翼梢小翼能使全機(jī)誘導(dǎo)阻力減小20%～35%，相當(dāng)于升阻比提高7%，作為提高飛行經(jīng)濟(jì)性、節(jié)省燃油的一種先進(jìn)空氣動(dòng)力設(shè)計(jì)措施，已在很多飛機(jī)上得到采用。

“PAK TA”采用大型V形尾翼，它由左右兩個(gè)翼面組成，像是固定在機(jī)身尾部帶大上反角的平尾。V形尾翼兼有垂尾和平尾的功能。翼面可分為固定的安定面和鉸接的舵面兩部分。呈V形的兩個(gè)尾面在俯視和側(cè)視方向都有一定的投影面積，所以能同時(shí)起縱向（俯仰）和航向穩(wěn)定作用。當(dāng)兩邊舵面作相同方向偏轉(zhuǎn)時(shí)，起升降舵作用；分別作不同方向偏轉(zhuǎn)（差動(dòng)）時(shí)，則起方向舵作用?！癙AK TA”未來計(jì)劃發(fā)展的超音速機(jī)型也將采用V形尾翼。在超音速飛機(jī)上，由于機(jī)身比較粗大，為了保證飛機(jī)在高空高速飛行時(shí)仍有足夠的航向穩(wěn)定性，需要有很大的垂尾面積。如果采用雙垂尾型式，可以降低垂尾高度，減小垂尾在側(cè)滑時(shí)產(chǎn)生的滾轉(zhuǎn)力矩，同時(shí)也可提高大迎角時(shí)的航向穩(wěn)定性。

起落架系統(tǒng)方面，為了適應(yīng)條件復(fù)雜的野戰(zhàn)機(jī)場(chǎng)或臨時(shí)機(jī)場(chǎng)，“PAK TA”采用了承載能力較好的多輪式前三點(diǎn)起落架。前起落架為并列雙輪結(jié)構(gòu)，起飛后收入駕駛艙下方的機(jī)體內(nèi)。主起落架為雙輪四排縱列結(jié)構(gòu)，8個(gè)機(jī)輪兩兩一組通過一個(gè)橫軸串列起來，每組機(jī)輪通過一個(gè)大行程獨(dú)立搖臂減震支柱與機(jī)體連接。主起落架位于翼根兩個(gè)大型電動(dòng)風(fēng)扇下方，起飛后，搖臂減震支柱收縮，主起落架整體向上收入起落架艙。主起落架系統(tǒng)的機(jī)輪上均裝有碳-碳剎車盤，不僅可以提高飛機(jī)的剎車性能，還能差動(dòng)控制，協(xié)助飛機(jī)進(jìn)行地面轉(zhuǎn)彎。

“PAK TA”運(yùn)輸機(jī)的駕駛艙設(shè)計(jì)采用了大量成熟技術(shù)和“人性化”設(shè)計(jì)理念，正、側(cè)面巨大的風(fēng)擋使駕駛員視野開闊，擁有全景顯示能力，駕駛員在座位上就能看到翼尖，增強(qiáng)了飛機(jī)在地面機(jī)動(dòng)過程中的操作效率和安全性。機(jī)頭雷達(dá)罩內(nèi)的雷達(dá)具備多種作戰(zhàn)模式，其中地形規(guī)避模式可以讓飛機(jī)在低海拔飛行過程中實(shí)現(xiàn)輔助導(dǎo)航功能，幫助飛機(jī)全天候飛行；在條帶模式和聚束模式下，具備高分辨率和地面移動(dòng)目標(biāo)指示能力，并對(duì)下方地形生成高質(zhì)量的數(shù)字圖像。航電系統(tǒng)方面，“PAK TA”采用先進(jìn)的數(shù)字化綜合航電系統(tǒng)，將各系統(tǒng)的傳感器數(shù)據(jù)和控制信息集中顯示在多塊多功能彩色液晶顯示屏上，方便飛行員查看，可以綜合顯示飛行姿態(tài)、飛行參數(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)以及導(dǎo)航參數(shù)等。

從動(dòng)力系統(tǒng)配置來看，“PAK TA”運(yùn)輸機(jī)兼有噴氣式運(yùn)輸機(jī)高速度和螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)的低油耗的優(yōu)點(diǎn)，可以滿足長(zhǎng)航程的需要，而且該機(jī)的氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)還有利于隱身。可以預(yù)測(cè)，俄羅斯未來的超音速運(yùn)輸機(jī)也將在“PAK TA”亞音速型的基礎(chǔ)上發(fā)展而來。為了實(shí)現(xiàn)超音速、航程遠(yuǎn)、載荷大等目標(biāo)，超音速的“PAK TA”需要更為強(qiáng)勁的發(fā)動(dòng)機(jī)和適應(yīng)超音速飛行的氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)，同時(shí)還要發(fā)展超音速低音爆技術(shù)來改善超音速飛行時(shí)，機(jī)載乘員的乘坐環(huán)境。相信俄羅斯在不久的將來就會(huì)推出技術(shù)難度較低的亞音速型，進(jìn)而為超音速的超級(jí)運(yùn)輸機(jī)奠定基礎(chǔ)。