HWB：油耗降90%成為可能

梁英

通常情況下，飛機性能驅動軍用飛機設計決策，能源消耗對飛機設計的影響是次要的。但隨著燃料成本的提高以及預算的減少，這種狀態正在發生轉變。能源正迅速成為限制設計中的關鍵制約因素，這可能重塑飛機設計觀念。

美國空軍研究實驗室的高能效顛覆性布局項目（RCEE）表明：顯著降低燃油消耗將可能是飛機設計觀念的最大變化。RCEE項目的第1階段于2009年11啟動，該階段的目標是下一代空中運輸隊的燃油消耗比現在降低90%。2011年啟動了RCEE項目的第二階段，該階段將持續到2015年，在這階段，各公司將研究特殊的飛機布局來降低燃油消耗。

洛克希德·馬丁公司為了達到燃油消耗減少90%的目標，在第一階段對飛機布局以及各種技術進行了大量的研究，研究表明翼身融合混合布局（HWB）可能對降低燃油消耗具有最大潛能。在第二階段，洛馬公司進一步細化了HWB概念，HWB概念是翼身融合布局和傳統布局的結合，機體前部采用翼身融合布局，這種布局具有高效率的空氣動力和結構，后部采用機身加尾翼傳統布局，這種布局有利于運輸機的空運特別是空投。

采用雙發的HWB布局的飛機可以攜帶100噸的有效載荷，起飛距離不到1981米，飛行距離可達5926千米。由于HWB采用了新型發動機，具有高效的空氣動力學性能和更輕的結構。與波音公司研制的C-17運輸機相比，HWB布局飛機將可以降低70%的燃油消耗，而空氣動力學效率要高出65%。與C-5運輸機相比，HWB布局飛機空氣動力學效率要高30%，與波音787相比，HWB布局飛機即使在低馬赫數下氣動效率要高出5%。

HWB設計的不尋常之處是翼身融合機身前部有一個圓形的增壓機身。裝載在外部非增壓艙里的貨物可以放在后斜板上通過傳送滾筒往前移，再通過機身側門進入外部貨倉。這就可以使得HWB布局的增壓艙機身在貨倉體積相同的情況下比C-5運輸機機身更小、重量更輕，HWB布局的結構要比傳統設計輕18%。

據洛克希德·馬丁公司計算，HWB布局的飛機由于空氣動力學效率高以及質量輕，比C-17分別安裝低油耗GEnx發動機、超級風扇概念發動機、開式轉子發動機的燃油消耗要低70%、75%、80%。雖然GEnx發動機、超級風扇概念發動機、開式轉子發動機的直徑大小各異，但通過外形優化，同一架飛機可以根據需要模塊化安裝不同的發動機。

HWB布局飛機的另一個非傳統特點是發動機安裝在機翼后緣上方。一直以來，飛機設計都避免采用這種安裝方式，因為這種安裝方式會在跨聲速時引起機翼不利干擾，但采用這種安裝方式的本田噴氣公務機就很好得優化了這種設計。

洛馬公司對發動機安裝在機翼前緣、機翼后緣以及前機身位置時的巡航干擾阻力進行了研究。研究結果表明，發動機短艙安裝在機翼后緣有利于提高升阻比，不論什么型號的發動機，發動機安裝在機翼后緣上方的空氣動力學效率要比翼下安裝的常規布局高5%。

為了提供短距起降能力，類似于洛馬公司在美國空軍研究實驗室的速度敏捷項目中研究的短距運輸機概念一樣，過剩的燃油容積可以用來進行襟翼吹風產生環流控制。另外還可以像F-35矢量噴管一樣，產生垂直升力。

如果C-17按計劃在2033年開始退役，那么美國空軍將要著手開始研究下一代戰略運輸機了，因為C-17運輸機的研究就歷時21年之久。