美軍下一代大型運輸機將顛覆傳統形象

　　據媒體報道，洛克希德·馬丁公司經過6年研發已經形成初步方案的下一代軍用運輸機外形圖最近曝光。該方案完全顛覆傳統運輸機形象，採用高度翼身融合和傳統“T”形尾翼氣動布局，燃油效率更高的高涵道比發動機短艙置於機翼翼根部后緣上方。

　　這是一款大型、超大型運輸機方案，將用於替代美國空軍現役的C-5和C-17運輸機。美軍對下一代大型軍用運輸機技術的預研工作開始於幾年前。現代大型運輸機研發周期一般在15年左右，現役的C-5和C-17已經有了較長的服役時間，越來越迫近退役。

　　目前，美國空軍共有運輸機840多架，其中超大型戰略運輸機和戰略戰術運輸機C-5、C-17兩種就達331架。C-5的發展計劃於1960年提出，1970年6月裝備部隊。從那時起到現在，已經服役長達45年，超過計劃服役年限47%。其最新型號C-5M，美軍也隻打算使用到2040年。

　　C-17比C-5“年輕”，該機1991年9月首飛，1993年6月交付部隊。即使如此，C-17到現在也已服役22年之久。還有一個特殊情況，就是C-17的使用率特別高，計劃每年飛行1000個小時，而實際上近年來卻高達1500至1800個小時，其壽命被提前消耗。按計劃，美軍打算讓C-17服役到2033年。

　　美軍加快下一代大型軍用運輸機研制步伐，還有希望提高運輸機經濟性的考慮。運輸機和由運輸機改裝而來的空中加油機，是美國空軍裝備中的耗油“大戶”。以C-17為例，其耗油率大致為每小時9∼17噸，如果每年飛行1500小時，每架C-17一年就要耗油1.35萬∼2.55萬噸。美國空軍目前共有220架C-17，如果再綜合考慮現役的111架C-5和大量的其他戰術運輸機以及加油機，每年的油耗是個天文數字。運輸機隊如何降耗，已成為美國空軍努力攻克的重大課題。

　　同時，從環保角度來看，美國是世界上碳排放量第二大戶，其中就包括美國空軍運輸機隊、加油機隊的“貢獻”。氣候變化是全球性挑戰，美國到處催促他國減排，如果能研發出耗油率大大降低的下一代大型軍用運輸機，也算是有了一個落實自己減排承諾的具體措施。

　　為能及時替換或補充C-5或C-17的運輸能力，並著眼於2035∼2040年的戰略空運環境，美國空軍近幾年一直在與諾斯羅普·格魯曼、波音和洛克希德·馬丁等公司合作，開展下一代大型軍用運輸機技術預研，其中高效能、低能耗是一項重要指標，3家公司也都相應地提出了各自方案。

　　初步看，美國下一代大型軍用運輸機的發展將從單純追求高性能，轉變到強調性能、成本、可靠性、環保等綜合指標的均衡發展，節能減排將成為美國下一代大型軍用運輸機發展的關鍵制約因素。

　　這次曝光的洛克希德·馬丁公司設計的下一代大型軍用運輸機方案，突出特點可以概括為：低油耗、低排放和低噪聲﹔大載荷、大航程、短距起降。而實現這些能力，奇異但氣動效率更高的外形功不可沒。

　　洛克希德·馬丁公司的方案有兩個方面顛覆傳統。一是氣動布局。機體前部採用翼身融合體氣動布局。出於有利於運輸機的空運，特別是空投的考慮，機體后部採用傳統的機身加“T”形尾翼布局。這樣的氣動布局可以稱為翼身融合體布局和傳統布局的結合。

　　二是發動機的安排。將兩台高涵道比渦扇發動機對稱地設置在機翼后緣根部上方。傳統的運輸機形象一直就是像在一個粗壯的圓筒形機身中部，對稱地插著兩塊板子式的機翼，在其末端安裝垂直和水平尾翼。這種布局使得飛機飛行的升力主要來源機翼，而機身對升力的貢獻率極小。同時，機翼和機身交接處還要產生較大的干擾阻力。

　　洛克希德·馬丁公司設計的翼身融合體氣動布局，將前機身拉寬向兩側延展，使之扁平化，讓機身上下表面平滑地向機翼過渡，機身側面也從機頭一直平滑過渡到機翼外翼段。這樣，機身和機翼就沒有了明顯的外形區分，完全融為一個有機整體，合成一個完整的升力面。

　　這種布局形式使得飛機升力面增大，升力增加，機翼和機身的干擾阻力減小，飛機的升阻比大大提高。同時，飛行阻力的減小，也可大大降低飛行噪聲。另外，翼身融合部位擁有較大的內部空間，便於布置機體內油箱、增加機艙容積等，這樣可以明顯提高飛機的隱身性能。

　　傳統運輸機的發動機短艙一般是對稱地吊在機身兩側機翼下方，可洛克希德·馬丁公司的方案卻將發動機設置在機翼后緣根部上方。一直以來，飛機設計都避免採用這種安裝方式，因為這會在跨聲速時引起機翼不利干擾。但經過優化設計，目前這個問題已經被解決。

　　這種發動機布局形式的優點也是多方面的。發動機的高速吸入氣流流經機翼上表面，能夠形成很強的低壓區，可以有效增加升力。與此同時，運輸機可以安裝直徑更大、燃油效率更高的高涵道比渦扇發動機，方便發動機的維修和拆卸。

　　據洛克希德·馬丁公司估計，翼身融合體氣動布局的氣動效率比採用傳統布局的C-17運輸機要高出65%。有了效率更高的氣動布局，如果再加上可能應用的效率更高、結構更輕、排放更低、噪聲更小的高涵道比渦扇發動機，強度更高、質量更輕、熱膨脹系數更小的新型復合材料，以及新工藝，美國下一代大型軍用運輸機在運載能力、航程、短距起降能力、油耗、碳排放等各方面，都會有令人驚訝的優異表現。

　　（作者單位：空軍裝備研究院）