中国远轰，距离现实有多远？
5月8日，中航工业发布了题为《大国起飞》的宣传片，纪念航空工业大中型军民用飞机研制生产基地创建60周年。宣传片中首次披露了一款神秘飞机的外形。该机被蒙布覆盖，只能看到前方的大致轮廓。从轮廓来看，这似乎是一种飞翼布局的飞机，由于该视频是介绍中国的大中型军民用飞机研制生产基地，这被外界广泛视为中国讨论已久的远程轰炸机。
采用飞翼布局是当今隐身轰炸机、无人攻击机的重要趋势，中国未来远轰如果采用这个方案是符合潮流的。不过，飞翼布局成功用于远程轰炸机，需要解决一系列控制上的难题。从目前的情况来看，中国已经拥有足够的技术储备，将飞翼这种不容易驯服的布局运用于大型轰炸机上。
其实不仅仅是疑似中国远轰，最近美国洛克希德·马丁公司公布的“黄貂鱼”舰载无人加油机也使用了飞翼布局。盘点一下最近几年出现的先进隐身无人机，美国的B-2以及最新的B-21，也无一例外的采用了飞翼的布局方式。这源于飞翼布局的几个先天优势。
第一个优势是亚音速升阻比高。这是人们早在上世纪40年代就开始探索飞翼布局飞机的主要动力。飞翼布局接近全升力体概念，几乎每一平米的面积都用来提供升力。它把传统飞机的垂尾、平尾机身都取消了，又由于采用了典型的翼身融合设计，大大降低了湿面积（该面积大，空气摩擦阻力就越大），飞机的摩擦阻力较小。该布局还减少了头部的迎风面积，也减少了机翼与机身的干扰，大幅度降低干扰阻力和诱导阻力，全机亚音速巡航阻力只有同条件下常规飞机的三分之一。从另一个角度看，升阻比和飞机的浸润展弦比有关。相同展弦比下，浸润面积小的飞机，巡航升阻比就高。此外，较大的机翼面积使得单位面积翼载荷大大降低，同时整个飞机的重量分配更加合理。
升阻比高，意味着相同飞行重量下，巡航阻力更小，而且需要的发动机功率小，降低了对发动机推力的要求，而且相同技术水平下动力也更为省经济，飞机的航程就更远、航时更长。
这一点可以对比下B-2和B-52。B-52尽管是几十年前的设计，但实际上它的升阻比不小，估计超过25。对于亚音速飞机来说，巡航时的主要阻力为诱导阻力，而减小诱导阻力就需要增大机翼展弦比，减小后掠角。目前一些长航时无人机几乎都采用了大展弦比平直机翼，就是出于这个考虑。从翼型上来说，使用带弯度的翼型，增大前缘半径，增大相对厚度，都有利于降低诱导阻力。而B-52恰恰将这些设计发挥到极限，使用了非常有利于巡航经济性的大展弦比机翼，是迄今为止轰炸机中机翼展弦比最大的机型，较好的解决了巡航速度和巡航经济性的矛盾，是这种布局的典型代表。其最大航程在美国现役三种轰炸机中最远。不过，即便如此，B-2以小得多的展弦比，获得了和B-52相当的升阻比，体现出了飞翼的优势。B-52H的航程比B-2更远，是因为燃料携带量多，而且其涡扇发动机的涵道比比较大，经济性较好。
第二大优势是隐身性能好。通常而言，飞机最强烈的雷达反射源主要是一些腔体反射（例如进气道、尾喷管、座舱、雷达罩）、二面角（例如机翼与机身、机翼与挂架，垂尾与水平尾翼等）以及机身、机翼前缘形成的曲面或镜面反射以及机翼、尾翼前后缘的边缘绕射。
由于飞翼布局翼面与机身融合度高，表面由光滑连续曲面构成，几乎不存在空腔、锐角、凸起等强烈的雷达反射源。特别是取消了垂直尾翼，减少了飞机一大雷达反射源。加之在设计时，尽量遵循面、线平行的原则，尽量减少雷达散射截面积的波峰数量。如果采用先进的复合材料和吸波涂层，背负进气道再配合S形处理或者进气道格栅等技术可以进一步提高飞机的隐身能力。
还是以B-2A轰炸机为例，其平面图轮廓由12条互相平行的直线组成，整个外翼段都为等弦长机翼，机翼前缘与机翼后缘和另一侧的翼尖平行。翼尖进行了切尖以平行于另侧机翼前缘。机身尾部后缘为W形锯齿状，边缘也与两侧机翼前缘平行。
第三个优势是内部空间利用率相对较高。由于采用了翼身融合的飞翼设计没有尾翼，没有传统意义上的机身，从机体内部看，翼身融合部分空间都被充分利用。和其它布局相比，相同的几何尺寸下，飞翼布局装得设备、油料多，但这也是相对而言。
B-2Ablock30版通过旋转弹舱可以在内置弹舱挂载16枚Mk84JDAM炸弹炸弹（或者16枚ISOW、IASSM等导弹）。如果不使用旋转挂架，最多可以携带80枚500磅的Mk82或者GBU-38JDAM炸弹。而最新完成“1760内部武器舱”升级（IWBU）的B-52H，使用数字接口和旋转式发射架，内部武器舱也只是能携带20枚AGM-158B（JASSM-ER）巡航导弹。或者24枚500磅重的JDAM炸弹。要知道，B-52H的最大起飞重量超出B-2轰炸机70吨。当然，载油量上，B-2和B-52的差距就比较大了。而且B-2整体的载荷系数也不如B-52高，这主要是因为B-2考虑到隐身约束，机翼展弦比相对较小，不能外挂的缘故。
美国三种轰炸机数据对比图
飞翼布局优点很多，最大缺点是不易控制
其实，飞翼的优势早就被人们注意到了。1928年，诺斯罗普设计了美国第一架飞翼布局飞机，从1928年到1955年间，诺斯罗普和他创建的公司陆续制造了一系列飞翼飞机，其中包括N-1M、N-9M、JB-1、JB-10、XP-56、XP-79、XB-35、YB-35和YB-49等。但最后都无果而终。因为在当时的条件下，很难解决飞翼的控制问题，YB-49的试飞员就抱怨飞机很不稳定、难以控制，无法保持一条稳定的航线。
飞翼由于取消了垂尾（YB-49实际上还有小型的垂尾），航向稳定性较差，基本处于中立状态，航向上控制比较难。因此，飞翼首先要解决的是航向控制问题。
这里首先要说说稳定性的问题。所谓稳定性，就是当飞机受到扰动后，仍然能够保持稳定的趋势。飞机的稳定性通常可以分为三个轴来说，纵向稳定性、横向稳定性和侧向稳定性。纵向稳定性也就是在俯仰方向上的稳定性。横向稳定性则是滚转方向上的，侧向稳定性又称航向稳定性。而侧向稳定性和横向稳定性往往相互干扰，相互耦合，所以经常谈到横侧向稳定性。
我们先来看看最常提到的纵向稳定性。纵向稳定性，又叫俯仰稳定性，是指飞机受扰动后绕横轴保持稳定的趋势。飞机在受到扰动而产生俯仰运动时，会自动产生抑制俯仰运动的力，该力使飞机恢复到原来的飞行姿态。
对于纵向上稳定的飞机来说，也就是重心位于焦点之前的飞机，如果受到由下方向上的扰动气流，会导致飞机迎角增大，这时候由于迎角增大，飞机升力增大，便会相对于重心产生一个低头力矩，促使飞机回到原来的状态。如果是纵向静不稳定的飞机，重心在后，焦点在前，遭到由下向上的气流扰动时，会进～步增大抬头力矩，于是飞机就是不稳定的。
横向和航向稳定性与之同理。常规布局的飞机的纵向稳定性主要是靠水平尾翼起作用，鸭式布局则依靠鸭翼进行配平，无尾飞机则依靠机翼后缘襟副翼产生俯仰力矩。飞机的横向稳定性则依靠副翼或者襟副翼控制，而航向稳定性由垂直尾翼、尾鳍保证，航向由方向舵控制。
飞翼在航向上是中立的，也就是说受到扰动后无法产生回转力矩。为了解决飞翼的航向稳定性和航向控制问题，人们找到了很多控制措施。最常见的当属开裂式阻力方向舵。它位于机翼外短后缘，通过位于机翼上下表面的两个阻力片同时开启，增加一侧飞机的阻力，进而让其向一侧产生偏航力矩。不过，开裂式方向舵在小偏角下的偏航操纵效率较低，为保证其能够迅速产生足够的操纵效率，其往往预置一个小的偏角。而且当两侧的阻力方向舵同时小偏角对称张开时，还能在一定程度上增加飞机的纵向静稳定性，但是这会削弱飞机的隐身效果。因此在处于隐身突防阶段时，开裂式方向舵尽量不张开。而两侧的开裂式方向舵同时大偏角打开，还能起到减速板的作用。B-2就在机翼外段后缘安装了诺斯罗普专利减速板-方向舵负责偏航控制。即便使用了开裂式方向舵，B-2为确保起降阶段的航向稳定性也使用了额外的设计，主起落架舱门打开时，相当于一对腹鳍，以增加航向稳定性。
即便是使用开裂式阻力方向舵，仍然需要频繁的调整，这是靠人工几乎无法完成的，也是传统飞翼一直得不到应用的主要原因。这就必须依靠计算机控制的电传操纵系统。这一点和放宽纵向静稳定性的三代机类似，很多三代机纵向稳定性很小，或处于中立状态，甚至是静不稳定的，那就必须依靠电传操纵系统。
航向稳定性解决了，再来看看纵向稳定性。传统飞机中，平尾负责纵向配平，当然，鸭式布局的飞机则依靠鸭翼配平。而飞翼并无平尾，那靠什么进行纵向配平呢。这个问题也不难，毕竟之前已经有无尾战斗机成功解决配平问题。法国的“幻影”3、“幻影”2000等无尾三角翼布局战斗机，依靠机翼后缘襟副翼或者升降副翼配平。但是襟副翼配平的问题在于距离重心位置较近，配平力臂小。为了进一步提高配平力臂，上述三角翼飞机都采用大后掠角设计，一进一步增大弦长，进而拉大了机翼后缘距离重心的距离，即便如此，配平时的舵偏角较大，导致配平阻力较大。
而传统飞翼的后掠角较小，后缘距离重心较近，配平控制力矩比较小，这就对纵向配平提出了更高的要求。为此B-2轰炸机通过W型的尾部，有意增大了舵面距离重心的距离，一定程度上弥补了纵向配平力矩不足的问题。
由于纵向和航向配平都依靠机翼后缘装置进行，这很容易导致多个方向发生耦合。这些舵面都布置在飞翼后缘，它们往往并不是单独工作、单独发挥作用的。有时候一个舵面要同时担负多个舵面的作用，比如，它可能既是升降舵又是副翼；既是方向舵，也要当减速板。有的舵面的一个动作，可能都会带来纵向、航向和横向三个方向的耦合。这就需要在控制系统中“解耦”，涉及到复杂的控制问题了。因此可以说，飞翼最关键的是解决控制问题，这既有硬件上的创新，更多的是要解决软件和控制理论上的难题。
从航空工业发布的视频看，该机前缘似乎存在一个折线，似乎采用了类似于X-47B的双后掠角设计。不过，这也很可能是因为观察角度，加之飞机机翼有一定的扭转或者前缘半径不同所致。实际上，美国的B-21轰炸机在最初以这种形式半公开时，从正面看，其前缘也不是一条直线。但是后来曝光的概念图显示，其机翼仍然是单后掠设计。
这也引发另外一个话题，飞翼到底是采用双后掠好，还是单后掠好。
飞翼布局平面形状的设计主要考虑点是前缘后掠角，外翼弦长、前缘转折点。其中前缘后掠角又最为关键，对于雷达散射截面积（RCS）的波峰分布、纵向的静稳定性以及不同速度区间的气动效率起决定性作用。
单后掠可以确保将对方雷达波折向极为有限的角度，使得对方雷达不易跟踪，隐身效果更好。这种构型可以采用严格的边缘平行原则，前向RCS波峰主要集中在两个方向，机翼对机身具有明显的屏蔽作用，侧向和前向的隐身性能较好。
但是在气动效率上，却并不那么完美。这种设计内翼段的弦长较短，要考虑安装发动机、弹舱，相对厚度较大，上表面容易出现较强的激波，降低气动效率；内翼后部的舵面位置靠前，力臂短，纵向操纵能力较低。一些中小型无人攻击机，其展弦比较小，诱导阻力比较大，翼梢的气流分离对横向操纵性能影响大，因此，多采用根梢比大于1的外翼（也就是翼根弦长大于翼梢的宽度）。此外，这种设计还会牺牲一些隐身性能，特别是后向隐身性能。B-2采用了等弦长的外翼，展弦比较大，诱导阻力相对较小，外翼气动效率较高，还严格遵守前后缘平行的原则。
对于单后掠角设计，增大后掠角对高速时的气动效率和隐身性能有利。而小后掠角能有效提高低速升力特征，改善起降性能，但是不利于纵向静稳定性，纵向操纵难度大。
如果采用双后掠设计，也就是内外翼前缘后掠角不同的布局形式，则能够在气动上兼顾高、低速的飞行效率，提高纵向静稳定性，但是前向RCS的波峰分布会更多（至少是单后掠的两倍），降低了隐身性能，但是仍然是可以接受的，毕竟一些战斗机的RCS波峰更多。
双后掠设计可以通过增大内翼段的后掠角，提高装载效率，降低剖面相对厚度，减小内翼段上表面激波，提高气动效率。如果配合较小后掠角的外翼，扩大了展弦比将，提高升阻比，可以满足航程和续航时间的要求。
航空工业发布的视频中，神秘飞机在视觉上感觉是双后掠，一方面，确实有可能采用了这种设计，也有可能是错觉。这可能是内外翼前缘半径不同导致的。飞翼的内翼前缘通常采用鹰嘴型，外翼大多采用较大的前缘半径。前缘半径对飞机的隐身、低速大迎角特征有很大影响。大的前缘半径可以确保在较大的迎角范围内保持气流附着，避免气流分离，增大失速迎角。但是前向和侧向RCS都会比较大。减小前缘半径则恰恰相反。因此，飞翼有可能在内翼段使用小前圆半径的鹰嘴型前缘，而外翼段使用大前缘半径，使得从下方看上去后掠角不同。
迄今为止，大多数飞翼布局飞机都采用单后掠布局。欧洲的“塔拉尼斯”、“神经元”、美国的B-2A和B-21轰炸机、夭折的A-12舰载攻击机，RQ-170“哨兵”无人侦察机和中国的“利剑”无人机等都是单后掠设计。
而美国的X-47B则使用了双后掠方案。美国在LRS-B计划的竞标阶段，诺斯罗普·格鲁曼公司也曾提出了双后掠的概念方案，波音公司提出的方案，飞翼前缘也有微小的折角。从某种程度上讲，中国的“暗剑”无人机也能看做是一个大后掠角飞翼增加一对中等后掠角的双后掠飞翼构型。之所以它的基础是一个大后掠角小展弦“飞翼”，是因为超音速飞行需要较大的机身长细比和大的前缘后掠角。
中国的远轰采用单后掠还是双后掠设计，恐怕还要设计人员根据任务需要来选择，在隐身和气动效率之间进行折衷。
从技术上看，研制飞翼布局的远程轰炸机，中国已经没有不可逾越的障碍，包括发动机。
之前，中国曾试验成功“利剑”无人机，这就是一种相对较小的飞翼布局隐身飞机，中国能研制这种飞翼布局的飞机，恰恰说明研制方在控制理论、控制软件等方面取得了重大突破。尽管“利剑”的体量远远无法和远轰相比，但是有这个基础，中国研制大型飞翼轰炸机从理论上也不会有太大问题。新型轰炸机的研制，必然是以航空工业大中型军民用飞机研制生产基地为主，整个航空工业的大协作。
发动机一直是中国飞机的老大难问题，但是对于中国远轰来说，可能最容易解决的就是发动机了。对现有“太行”发动机进行简单改型即刻满足基本的需要。
由于飞翼布局具有较高的升阻比，对发动机推力要求不高。我们再来看看B-2和B-52。最大起飞重量220吨的B-52，用了8台17000磅级别推力的发动机。而最大起飞重量150吨级的B-2A，只是安装了4台最大推力19000磅（8.6吨左右，推重比5.94。该数据来源为美国空军官网。通用电气公司官网、美国空军协会数据为17300磅）的F118-GE-100发动机。这种发动机实际上就是F-15和F-16战斗机的发动机F110的无加力型，后者的最新型号F110-GE-132的加力推力已经达到142千牛（约14.5吨）。F118和F110都是在F101的基础上改进而来，使用了新的低压压气机。可以理解为B-2A使用了4台去掉加力的战斗机发动机。
中国如果发展飞翼布局的远程轰炸机，发动机装载受到布局限制，也不易使用大涵道比的设计，可以同样考虑这一发动机选用思路，而且使用现有“太行”发动机改型，就能解决问题。
根据公开资料显示，涡扇-10“太行”发动机的较新型号加力推力已经达到14吨级，在这种发动机基础上，取消加力燃烧室，其推力级别与F118相当，可以满足B-2这个量级的远程轰炸机的动力需求。而且其改装研制的难度，要小于利用其核心机研制大涵道比发动机，可能是远轰目前最靠谱的装备之一了。从这一点来看，中国研制涡扇-10的决策解决了很大问题。当然，未来传说中的涡扇-15研制成功，在其基础上研制无加力版，则能进一步提高远轰的性能。
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作者：张亦驰
来源：《兵器知识》2018年第08期
