1 飛翼布局發(fā)展歷史

飛翼是有別于常規(guī)氣動(dòng)布局的一種飛行器氣動(dòng)布局方式，機(jī)身和機(jī)翼融為一體，取消了尾翼，使得整個(gè)外形都是升力面。飛翼布局飛機(jī)的外形可按照氣動(dòng)最優(yōu)條件設(shè)計(jì)，空氣動(dòng)力效率高，升阻比大。由于飛翼布局所具有的優(yōu)越的氣動(dòng)、裝載、隱身等能力，成為無(wú)人作戰(zhàn)飛機(jī)等的理想布局。

飛翼氣動(dòng)布局很早就被提出來(lái)，但由于其本身的特點(diǎn)和當(dāng)時(shí)空氣動(dòng)力學(xué)方面的認(rèn)識(shí)局限，使得其發(fā)展道路并不順利。按其發(fā)展歷史來(lái)看，大概可以分為兩個(gè)階段。

（1）早期階段

飛翼布局飛機(jī)雖然看起來(lái)外形怪異，設(shè)計(jì)超前，但是這種簡(jiǎn)潔流暢的構(gòu)型一直吸引著設(shè)計(jì)者們的想象，早在20世紀(jì)初，也就是第一架真正實(shí)用的飛機(jī)誕生不久，航空先驅(qū)們便開(kāi)始了制造飛翼的嘗試。

目前，世界上公認(rèn)的第一架無(wú)機(jī)身、無(wú)尾翼的全飛翼飛機(jī)是由德國(guó)的豪頓兄弟研制的HO系列飛翼機(jī)。上世紀(jì)30年代，首架HOI飛翼機(jī)面世，后一年豪頓兄弟研制HOII型飛翼滑翔機(jī)，而HOIII型，一種更新型的飛翼機(jī)也進(jìn)行了試飛，由此初步奠定了飛翼機(jī)向?qū)嵱没D(zhuǎn)化的基礎(chǔ)。

HOII型飛翼滑翔機(jī)

二戰(zhàn)前后，德國(guó)豪頓兄弟研制的兩型飛翼機(jī)是HO VIII型和HO IX型。前者主要用于客運(yùn)，后者則為世界上首架飛翼式噴氣戰(zhàn)斗機(jī)，又稱為Go-229戰(zhàn)斗轟炸機(jī)。

與德國(guó)飛翼機(jī)齊名的是美國(guó)人約翰諾斯羅普研究設(shè)計(jì)的N系列飛翼機(jī)。他研制出與美國(guó)現(xiàn)役B-2隱身轟炸機(jī)外形大致相同的一種飛翼機(jī)。N-1M、N-9M是N系列飛翼機(jī)中十分成功的兩種。

1941年，諾斯羅普的飛翼技術(shù)得到了實(shí)際應(yīng)用，美國(guó)陸軍要求應(yīng)用他的飛翼技術(shù)制造2架XB-35轟炸機(jī)。經(jīng)過(guò)一番努力，這種非同尋常的轟炸機(jī)終于問(wèn)世。自二戰(zhàn)末期起，飛翼機(jī)換裝噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)已勢(shì)屬必然。從1945之后，美國(guó)先后完成了裝有噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的XB-49飛翼機(jī)的研制。

N-1M飛翼機(jī)

XB-35轟炸機(jī)

（2）發(fā)展階段

飛翼機(jī)的再次崛起是60年代以后，在早期的研究中，由于空氣動(dòng)力學(xué)和飛機(jī)設(shè)計(jì)理論發(fā)展的滯后與不成熟，飛翼布局的外形暴露出了其先天不足的特性：飛機(jī)的操縱性與穩(wěn)定性與常規(guī)布局的飛機(jī)相差很大，飛翼布局飛機(jī)的穩(wěn)定性不足，操縱難度大，飛行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)不了關(guān)而導(dǎo)致不得不放棄該類布局型式。

直到六、七十年代，隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，放寬靜穩(wěn)定度等技術(shù)的出現(xiàn)，使飛翼布局的飛行控制系統(tǒng)有了實(shí)現(xiàn)的可能，這為飛翼布局飛機(jī)重新發(fā)展掃清了障礙。

這一時(shí)期，著名的B-2飛翼布局隱身轟炸機(jī)在美國(guó)進(jìn)行首次試飛，標(biāo)志著新一代飛翼機(jī)真正登場(chǎng)亮相，它采用極佳的翼身融合、無(wú)尾翼的飛翼構(gòu)型。

B-2隱身轟炸機(jī)

除了B-2，美國(guó)還大力發(fā)展了X系列飛翼式無(wú)人作戰(zhàn)飛機(jī)和偵察機(jī)，如X-45A、X-47B、RQ-170等。其中X-47B為海軍艦載型無(wú)人作戰(zhàn)飛機(jī)，具有蝙蝠型雙翼，隱形特性好。RQ-170哨兵是由洛·馬公司研制的一種主要用于對(duì)特定目標(biāo)進(jìn)行偵查和監(jiān)視的隱形無(wú)人機(jī)，采用了大展弦比無(wú)尾飛翼式飛機(jī)的設(shè)計(jì)理念。

另外還有歐洲的“神經(jīng)元”、英國(guó)的“水星”等，這些型號(hào)使飛翼機(jī)得到了廣泛而深入的研究，進(jìn)一步促進(jìn)了飛翼布局的發(fā)展。

X-47B無(wú)人作戰(zhàn)飛機(jī)

RQ-170哨兵

2 飛翼布局優(yōu)缺點(diǎn)

從飛翼布局的發(fā)展歷史可以看出，飛翼機(jī)得到了廣泛的研究，之所以這樣，是由于飛翼布局先天具有的諸多優(yōu)點(diǎn)。

1）外形干凈，空氣動(dòng)力效率高，氣動(dòng)載荷的分布可達(dá)到最佳。

飛翼布局機(jī)翼與機(jī)身的融合大大減小了傳統(tǒng)布局翼身間的干擾阻力，從而減小了飛機(jī)的總阻力，同時(shí)整個(gè)飛翼布局成為一個(gè)巨大的升力面，在飛機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中，機(jī)體的氣動(dòng)外形可完全以氣動(dòng)載荷的最優(yōu)分布為設(shè)計(jì)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2）結(jié)構(gòu)重量輕，剛性好，顯著減少飛機(jī)重量。

飛翼氣動(dòng)布局型式，飛機(jī)的機(jī)體結(jié)構(gòu)可以得到簡(jiǎn)化，結(jié)構(gòu)重量比相同量級(jí)的常規(guī)飛機(jī)更輕。此外，由于取消尾部，全機(jī)重量更合理地轉(zhuǎn)移到沿機(jī)翼翼展分布，從而減少機(jī)翼的彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷，使結(jié)構(gòu)重量進(jìn)一步減少。

3）具有先天的低RCS （Radar Cross Section）特性，有效的提高了戰(zhàn)場(chǎng)生存能力。

隱身特性是采用飛翼氣動(dòng)布局的一個(gè)動(dòng)力，飛翼布局是一種無(wú)尾翼布局，翼身融為一體，因此整個(gè)外形的全向雷達(dá)反射截面有很大程度的降低，飛行器的隱身效果較常規(guī)飛機(jī)提高很大。

飛翼布局飛行器和常規(guī)布局飛行器相比存在以下缺點(diǎn)：

1）由于自身形狀的特點(diǎn)，導(dǎo)致其穩(wěn)定性較差。

由于飛翼布局是一種無(wú)尾翼的型式，其縱向和航向都將是不穩(wěn)定的或是穩(wěn)定性不足的。這就要求利用飛翼上各種操縱面和推力矢量等共同來(lái)產(chǎn)生所需要的各種力和力矩，因而相應(yīng)地大大增加了飛控系統(tǒng)中操縱律的設(shè)計(jì)難度。

但是也有設(shè)計(jì)成功的范例，如B-2飛機(jī)，飛翼后緣成雙W形狀，操縱面布置在后緣，每個(gè)操縱面綜合了副翼、升降舵、方向舵和襟翼的功能，可以很好的完成各種飛行控制的要求。因此借鑒B-2飛機(jī)操縱面的設(shè)計(jì)思想，飛翼的穩(wěn)定控制是可以實(shí)現(xiàn)的。

2）飛翼布局操縱舵面具有顯著的三軸操縱耦合特性。

飛翼布局在外翼后緣布置的阻力方向舵在偏轉(zhuǎn)過(guò)程中，除產(chǎn)生偏航力矩外，還會(huì)產(chǎn)生附加的俯仰和滾轉(zhuǎn)力矩，引起耦合的俯仰和滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。升降副翼主要用于滾轉(zhuǎn)操縱，但在作動(dòng)之后也會(huì)產(chǎn)生附加俯仰力矩。因此，飛翼布局操縱舵面具有顯著的三軸操縱耦合特性。

3）客機(jī)型飛翼機(jī)的應(yīng)急逃生系統(tǒng)設(shè)計(jì)較傳統(tǒng)布局困難。

飛翼布局的客機(jī)，乘客集中在廣場(chǎng)式的機(jī)身中部，側(cè)向距離機(jī)體邊緣較遠(yuǎn)，應(yīng)急逃生出口的設(shè)置將較以往的客機(jī)有很大不同。

4）大型飛翼機(jī)，其阻力對(duì)于速度比較敏感，巡航馬赫數(shù)提高困難。

對(duì)于飛翼布局的飛機(jī)其裝載區(qū)完全要容納在機(jī)翼內(nèi)，因此裝載區(qū)的翼型厚度相對(duì)較大，帶來(lái)的弊端就是使飛翼的阻力對(duì)速度的提高很敏感。一旦超過(guò)其臨界馬赫數(shù)后，全機(jī)的激波阻力增加很快，升阻特性也因此下降很多。

盡管飛翼布局在操縱與穩(wěn)定性方面存在很多缺點(diǎn)，但是這些缺點(diǎn)在現(xiàn)今飛行控制技術(shù)水平下已經(jīng)能夠得到較好的解決，而飛翼布局的諸多優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)無(wú)法通過(guò)常規(guī)布局飛行器的改進(jìn)實(shí)現(xiàn)；在常規(guī)布局飛行器的性能已被充分挖掘的現(xiàn)狀下采用飛翼布局的發(fā)展趨勢(shì)已經(jīng)不可阻擋。

支持輕航之家，點(diǎn)贊+分享+轉(zhuǎn)發(fā)

加輕航之家管理員微信

（qinghangwang）

（旋翼機(jī)、固定翼、直升機(jī)相關(guān)圖紙、資料）

文章源 | 網(wǎng)絡(luò)