飛翼——逐漸應(yīng)用的氣動布局

近年來，飛翼氣動布局頻頻出現(xiàn)在UCAV無人作戰(zhàn)飛行器上。如波音公司陸續(xù)發(fā)展的X-45A/B/C，以及X-45C的改進(jìn)型“鬼怪鰩”（PhantomRay）無人驗(yàn)證機(jī)；諾斯羅普·格魯門公司發(fā)展的X-47A/B；以法國為主研制的“神經(jīng)元”；英國的“雷神”和俄羅斯的 “鰩魚”無人機(jī)。

這些無人的對地攻擊機(jī)，采用飛翼布局，目的都是為了能有效地降低雷達(dá)反射截面積和獲得更長的巡航飛行時間。

美國諾格公司發(fā)展了X-47“天馬”（Pegasus），X-47有A/B兩個型號。X-47A為美國海軍UCAV-N計劃提供概念驗(yàn)證，采用菱形的飛翼氣動布局。X-47B在與波音公司的X-46（X-45C的海軍型）競爭海軍航母項(xiàng)目中獲勝，2007年8月，進(jìn)入美國海軍發(fā)展無人作戰(zhàn)飛機(jī)系統(tǒng)驗(yàn)證機(jī)UCAS-D計劃，這項(xiàng)計劃旨在驗(yàn)證X-47B在航空母艦上自主飛行作戰(zhàn)的適應(yīng)性和確定相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)。X-47B雖然仍采用飛翼氣動布局，但較X-47A有較大改變，主要變化在將菱形的平面形狀變成了菱形加等直后掠翼的平面形狀，使菱形的兩個雷達(dá)波反射邊設(shè)計變成了三個雷達(dá)波反射邊設(shè)計，鼓包狹縫進(jìn)氣道變成了鋸齒保形進(jìn)氣道。即相對X-47A而言，為了改善外部和內(nèi)部（進(jìn)氣道）氣動力性能，X-47B在雷達(dá)隱身方面作了一定的讓步。

美國波音公司在X-45項(xiàng)目暫時中止之后，又提出一個X-45C的改進(jìn)型，即“鬼怪鰩”無人驗(yàn)證機(jī)。該項(xiàng)目用波音公司自己的資金進(jìn)行研發(fā)，并開展演示飛行試驗(yàn)，以便將來在五角大樓的采辦項(xiàng)目中能達(dá)到技術(shù)的成熟度，提高競爭力。

“鬼怪鰩”無人驗(yàn)證機(jī)，仍采用X-45C的飛翼氣動布局，整體外形沒有太大改變。機(jī)翼前緣大后掠角，前緣半徑不大，機(jī)翼外段處可看出較明顯的彎扭；機(jī)翼后緣成W型，升降副翼分成內(nèi)外兩塊，升降副翼前的翼面上帶有較大的擾流板；機(jī)體扁平，翼身融合在X-45C的基礎(chǔ)上更為圓滑，后體基本保持X-45系列的形狀。動力選用通用電氣公司的F404-G-102D發(fā)動機(jī)，設(shè)計載重約2041千克，不進(jìn)行空中加油的往返航程約1852千米。第一架“鬼怪鰩”無人驗(yàn)證機(jī)用波音747飛機(jī)搭載到試驗(yàn)基地，于2011年4月27日進(jìn)行了首次飛行。

目前，國外報道的這些還是無人的驗(yàn)證機(jī)，但是卻包含了下一代戰(zhàn)斗機(jī)氣動布局的發(fā)展思路——為獲得更好的雷達(dá)隱身性能而采用飛翼氣動布局。

飛機(jī)發(fā)明一百多年來，隨著科學(xué)技術(shù)水平發(fā)展和用途多樣化的要求，飛機(jī)氣動布局變化多姿。特別是戰(zhàn)斗機(jī)氣動布局，在戰(zhàn)爭需求的推動下，技術(shù)領(lǐng)先，發(fā)展最快，形式眾多。

那么什么叫氣動布局？飛機(jī)在空氣中飛行，依靠與空氣相對運(yùn)動產(chǎn)生的空氣動力。因此，與空氣發(fā)生相互作用的機(jī)體外形——稱之為飛機(jī)氣動外形，成為飛機(jī)飛行的關(guān)鍵。一架飛機(jī)的氣動外形，由布局形式，主要部件特征參數(shù)，輪廓外形這三部分構(gòu)成。飛機(jī)氣動布局是指飛機(jī)外形構(gòu)造和大部件的布置形式，包括機(jī)翼、機(jī)身、進(jìn)氣道等與空氣動力直接相關(guān)的部件的位置和形狀，它是飛機(jī)最顯著的外部特征。

由于飛機(jī)氣動布局屬形式描述，而形式描述的不確定性，使得關(guān)于戰(zhàn)斗機(jī)氣動布局的劃分，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，叫法各異，種類繁雜。

目前各種戰(zhàn)斗機(jī)氣動布局的稱謂，大都依據(jù)飛機(jī)外形的特點(diǎn)，可以列出17種典型。

按機(jī)翼前后位置劃分：

常規(guī)布局，鴨式布局。

按機(jī)翼前緣角劃分：

（變）后掠翼布局，前掠翼布局按機(jī)翼形狀劃分：

梯形翼布局，三角翼布局，邊條翼布局。

按有無垂尾劃分：

有尾布局，飛翼布局。

按水平翼面數(shù)劃分：

單翼面無尾布局，雙翼面布局，三翼面布局。

按進(jìn)氣道形式劃分：

頭部進(jìn)氣，腹部進(jìn)氣，背部進(jìn)氣，兩側(cè)進(jìn)氣，肋下進(jìn)氣。

以上列舉的戰(zhàn)斗機(jī)氣動布局稱謂，都突出了飛機(jī)大部件的主要特征。歸結(jié)起來，以翼面和進(jìn)氣道描述為多。如果拋開過于細(xì)節(jié)的描述，比如翼面形狀，翼面前緣后（前）掠角，基本可以將戰(zhàn)斗機(jī)氣動布局按最主要的空氣動力部件，即按翼面來劃分，共分成5種：

（1）常規(guī)布局

（2）鴨式布局

（3）無尾布局

（4）三翼面布局

（5）飛翼布局

進(jìn)氣道形式作為二級描述，如鴨式布局兩側(cè)進(jìn)氣道，飛翼布局背部進(jìn)氣道等。

以上劃分中不提邊條翼布局，是考慮到邊條依附于機(jī)翼，與機(jī)翼相比是小部件，而且有前體邊條、后體邊條之分。在上述的5種布局中，都可帶有邊條。因此，邊條翼不宜算作一種特征氣動布局形式。

前四種氣動布局的戰(zhàn)斗機(jī)已有很多，而飛翼布局的戰(zhàn)斗機(jī)，嚴(yán)格地講還沒有出現(xiàn)，目前所見到的只是轟炸機(jī)或無人對地攻擊機(jī)。

飛翼布局的特征是單翼面，且沒有垂直尾翼。一般還采用翼身融合。

早在二戰(zhàn)期間，德國和美國就開始研究飛翼布局的飛機(jī)。現(xiàn)代采用飛翼布局最成功的是美國B-2隱身轟炸機(jī)。

同其他氣動布局一樣，飛翼布局的優(yōu)點(diǎn)在另一方面是缺點(diǎn)。顯著優(yōu)點(diǎn)是氣動升力效率比其他布局高，這來自于兩個方面，一是機(jī)身基本被融合了，而常規(guī)的機(jī)身升力很小；二是單翼面，沒有了翼面間不利干擾產(chǎn)生的升力損失。目前最看重的優(yōu)點(diǎn)，是飛翼布局沒有垂直尾翼，又是單翼面和翼身融合，雷達(dá)反射截面積小，隱身性能好，沒有垂直尾翼降低了阻力還在其次。飛翼布局的短處也是顯而易見的，沒有了垂直尾翼，航向穩(wěn)定性下降，航向控制需借助其它方式來提供足夠的偏航力矩，另外單翼面的縱向氣動操縱效率較低。

隨著飛行控制技術(shù)的進(jìn)步，飛翼布局的短處逐漸得到補(bǔ)償，從飛翼布局飛機(jī)的發(fā)展歷程中，可以看到它的進(jìn)步。

一是向無垂尾發(fā)展。

二是向減小展弦比發(fā)展。

大展弦比的飛翼布局飛機(jī)，其后掠前緣提供的航向靜穩(wěn)定恢復(fù)力矩較大，比較容易達(dá)到航向靜穩(wěn)定或中立穩(wěn)定。小展弦比的飛翼布局則沒有這種優(yōu)勢。飛翼布局應(yīng)用到展弦比較小的飛機(jī)上，意味著機(jī)動性要求會提高，因此，大迎角下的航向穩(wěn)定和控制問題又甚于大展弦比飛翼布局飛機(jī)。在目前，我們看到的飛翼驗(yàn)證機(jī)，都屬對地的攻擊機(jī)，其機(jī)動性還達(dá)不到戰(zhàn)斗機(jī)的要求。戰(zhàn)斗機(jī)若采用飛翼布局，展弦比應(yīng)小于1。

現(xiàn)代空中作戰(zhàn)，隱身至關(guān)重要。盡管飛翼布局的應(yīng)用首先需要解決航向靜穩(wěn)定及航向增穩(wěn)技術(shù)問題，應(yīng)用到小展弦比戰(zhàn)斗機(jī)上還有待時日，飛翼仍是最具發(fā)展前途的戰(zhàn)斗機(jī)氣動布局。