HWB：油耗降90%成為可能

梁英

通常情況下，飛機(jī)性能驅(qū)動(dòng)軍用飛機(jī)設(shè)計(jì)決策，能源消耗對(duì)飛機(jī)設(shè)計(jì)的影響是次要的。但隨著燃料成本的提高以及預(yù)算的減少，這種狀態(tài)正在發(fā)生轉(zhuǎn)變。能源正迅速成為限制設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵制約因素，這可能重塑飛機(jī)設(shè)計(jì)觀念。

美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室的高能效顛覆性布局項(xiàng)目（RCEE）表明：顯著降低燃油消耗將可能是飛機(jī)設(shè)計(jì)觀念的最大變化。RCEE項(xiàng)目的第1階段于2009年11啟動(dòng)，該階段的目標(biāo)是下一代空中運(yùn)輸隊(duì)的燃油消耗比現(xiàn)在降低90%。2011年啟動(dòng)了RCEE項(xiàng)目的第二階段，該階段將持續(xù)到2015年，在這階段，各公司將研究特殊的飛機(jī)布局來(lái)降低燃油消耗。

洛克希德·馬丁公司為了達(dá)到燃油消耗減少90%的目標(biāo)，在第一階段對(duì)飛機(jī)布局以及各種技術(shù)進(jìn)行了大量的研究，研究表明翼身融合混合布局（HWB）可能對(duì)降低燃油消耗具有最大潛能。在第二階段，洛馬公司進(jìn)一步細(xì)化了HWB概念，HWB概念是翼身融合布局和傳統(tǒng)布局的結(jié)合，機(jī)體前部采用翼身融合布局，這種布局具有高效率的空氣動(dòng)力和結(jié)構(gòu)，后部采用機(jī)身加尾翼傳統(tǒng)布局，這種布局有利于運(yùn)輸機(jī)的空運(yùn)特別是空投。

采用雙發(fā)的HWB布局的飛機(jī)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(dá)5926千米。由于HWB采用了新型發(fā)動(dòng)機(jī)，具有高效的空氣動(dòng)力學(xué)性能和更輕的結(jié)構(gòu)。與波音公司研制的C-17運(yùn)輸機(jī)相比，HWB布局飛機(jī)將可以降低70%的燃油消耗，而空氣動(dòng)力學(xué)效率要高出65%。與C-5運(yùn)輸機(jī)相比，HWB布局飛機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)效率要高30%，與波音787相比，HWB布局飛機(jī)即使在低馬赫數(shù)下氣動(dòng)效率要高出5%。

HWB設(shè)計(jì)的不尋常之處是翼身融合機(jī)身前部有一個(gè)圓形的增壓機(jī)身。裝載在外部非增壓艙里的貨物可以放在后斜板上通過(guò)傳送滾筒往前移，再通過(guò)機(jī)身側(cè)門(mén)進(jìn)入外部貨倉(cāng)。這就可以使得HWB布局的增壓艙機(jī)身在貨倉(cāng)體積相同的情況下比C-5運(yùn)輸機(jī)機(jī)身更小、重量更輕，HWB布局的結(jié)構(gòu)要比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)輕18%。

據(jù)洛克希德·馬丁公司計(jì)算，HWB布局的飛機(jī)由于空氣動(dòng)力學(xué)效率高以及質(zhì)量輕，比C-17分別安裝低油耗GEnx發(fā)動(dòng)機(jī)、超級(jí)風(fēng)扇概念發(fā)動(dòng)機(jī)、開(kāi)式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗要低70%、75%、80%。雖然GEnx發(fā)動(dòng)機(jī)、超級(jí)風(fēng)扇概念發(fā)動(dòng)機(jī)、開(kāi)式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的直徑大小各異，但通過(guò)外形優(yōu)化，同一架飛機(jī)可以根據(jù)需要模塊化安裝不同的發(fā)動(dòng)機(jī)。

HWB布局飛機(jī)的另一個(gè)非傳統(tǒng)特點(diǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在機(jī)翼后緣上方。一直以來(lái)，飛機(jī)設(shè)計(jì)都避免采用這種安裝方式，因?yàn)檫@種安裝方式會(huì)在跨聲速時(shí)引起機(jī)翼不利干擾，但采用這種安裝方式的本田噴氣公務(wù)機(jī)就很好得優(yōu)化了這種設(shè)計(jì)。

洛馬公司對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在機(jī)翼前緣、機(jī)翼后緣以及前機(jī)身位置時(shí)的巡航干擾阻力進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明，發(fā)動(dòng)機(jī)短艙安裝在機(jī)翼后緣有利于提高升阻比，不論什么型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在機(jī)翼后緣上方的空氣動(dòng)力學(xué)效率要比翼下安裝的常規(guī)布局高5%。

為了提供短距起降能力，類(lèi)似于洛馬公司在美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室的速度敏捷項(xiàng)目中研究的短距運(yùn)輸機(jī)概念一樣，過(guò)剩的燃油容積可以用來(lái)進(jìn)行襟翼吹風(fēng)產(chǎn)生環(huán)流控制。另外還可以像F-35矢量噴管一樣，產(chǎn)生垂直升力。

如果C-17按計(jì)劃在2033年開(kāi)始退役，那么美國(guó)空軍將要著手開(kāi)始研究下一代戰(zhàn)略運(yùn)輸機(jī)了，因?yàn)镃-17運(yùn)輸機(jī)的研究就歷時(shí)21年之久。