基本介紹
- 中文名：翼身融合
- 外文名：Blended Wing Body
簡介,外觀特點,優點及套用,缺點及不足,
簡介
近年來，中國軍事現代化進入了快車道，航空科技正在起飛。但另一方面，中國航空科技還任重道遠，還有太多的空缺需要填補，其中包括中型通用平台。這是公務機一級的通用飛機，主要用於中等特種載荷、長航時、遠程任務，比如預警、視距外偵察監視、電子戰、海上巡邏等，在有人無人組網作戰中，還可擔任空中前進指揮所，控制作戰進程。
公務機通常用於VIP運輸，但這樣的中型通用平台也是重要的軍用平台
雷西恩“哨兵”是基於龐巴迪爾“環球快車”的戰場監視飛機
巴西航空R-99是基於ERJ145的預警機，ERJ145是支線客機，與公務機同級
達索“獵鷹”900MSA是基於“獵鷹”900的海上巡邏機
用於靶機拖帶、投放更是常見，這是澳大利亞Air Affairs Australia的“利爾噴氣”35
在歐美，有大量現成的遠程公務機可以用作平台，典型的有美國的灣流G550、“利爾噴氣”、雷西恩“隼800”、加拿大龐巴迪爾“環球快車”等，不僅作為要員專機，還作為電子偵察、空地監視、空中預警、海上巡邏等，當然還有更加傳統的靶機拖帶。中國缺乏現成的平台，僅有的ARJ21不適合遠程、長航時需要，C919太大，用於特種任務時經濟性不好。軍事套用也是要考慮經濟性的，尤其是在和平時代。國防是用來保障經濟發展的，不是給經濟發展增加不必要負擔的，只有講求經濟性的國防發展才是可持續的。
說道經濟性，現有飛機的主流設計為筒體-機翼構形，也就是具有筒形機體和明顯的機翼、尾翼，經濟性並不好。筒體-機翼構形有很多優點，筒體是承載的主體，機翼是產生升力的主體，各司其職，設計和製造技術也已經成熟。筒體便於分段製造，規則的圓筒還容易加長、縮短，以適應不同需要。但筒體-機翼也有明顯的缺點。筒體只產生很少甚至不產生升力，機翼只承受很少甚至不承受載荷，機翼與筒體結合的翼根處應力集中，必須極大地加強局部結構，帶來重量增加。很多年來，人們致力於研究更加高效的氣動體，其中以飛翼為極致。
典型筒體-機翼構形的飛機有明顯的機翼、尾翼，功能清楚，設計成熟，但產生升力的機翼不承載，承載的筒體不產生升力，應力集中在翼根，受力和結構效率不好
飛翼沒有機翼、機身之分，產生升力與承載是同一結構，受力和結構效率大大提高
相比於最大載客量500-600人的波音747-400來說，載客量超過800人的飛翼的尺寸大大減小，阻力也減小，儘管翼展有所增加
理想飛翼的載荷沿翼展均勻裝載，B-2已經很接近了
飛翼取消了筒體，載荷直接在肥厚的機翼內裝載，而且沿翼展均勻分布，應力也因此均勻分布。在理論上，如果能在任何時候都做到升力與重力的平衡而且絕對的均勻分布，飛翼用紙糊都可以，對結構強度的要求降到最低。這當然在實際上是不可能做到的，至少在地面上靜止的時候，結構要能夠承擔自身和載荷的重量，不能還沒有飛起來就散了架。重量分布也不可能絕對均勻，總是有的部位更重，有的部位更輕，輕重部位之間總是有一定的應力存在的。但飛翼的氣動效率和結構上的好處還是顯而易見的，問題是飛翼有本質上的氣動控制難題，在製造上也多有不便。
飛翼可以有垂尾，也可以取消垂尾。無尾飛翼不僅具有隱身的好處，也降低重量和阻力。飛翼的橫滾依然由副翼控制，俯仰由襟翼-平尾控制，方向則由襟副翼不對稱展開、形成差動阻力來控制。
無尾飛翼可以看作一個完整的機翼，但除了機翼外，什麼也沒有了。沒有傳統的筒形機體，也沒有傳統的平尾垂尾。飛翼後緣的襟翼-平尾與重心和氣動中心的距離很短，俯仰控制力矩天然較短。除了燃油消耗外，飛翼的重心還大體不變，但氣動中心（也稱升力中心）隨速度與姿態而改變，本來就短的俯仰控制力矩相對與氣動中心的移動就很敏感，造成很大的飛控問題。另一個問題是方向安定性，傳統的筒體-機翼構形具有較長的縱長，垂尾好比風向標的羽翼，起到自然穩定的作用。但無尾飛翼只有靠適當打開的副翼和上表面阻力板來保持方向安定性，上下同時打開以抵消額外升力影響，兩側同時打開以保持阻力平衡。在氣流擾動下發生向左的偏航時，左側翼尖相對於前進方向有所後退，氣流相對速度減小，阻力減小；右側翼尖則相對前進，氣流相對速度增加，阻力增加。兩側力平衡的結果是飛機向右扭轉，回歸正常的前進方向。氣流擾動下向右偏航的情況也可類比分析。所以飛行中的B-2翼尖好像微張的嘴巴，永不閉攏，對隱身與減阻的優越性有所抵消。
沒有垂尾的B-2隻有用上下對稱打開的副翼實現方向控制，通過左右不對稱打開產生偏航力矩，改變方向
最早的B-2設計很像現在的B-21，但還有內傾雙垂尾
由於俯仰控制力矩太短，B-2最後把中間的三角形後體改成W形，增加一點縱向力臂，才能解決飛控問題
在製造上，傳統筒體即使不是簡單圓柱的話，也基本上是規則的空心筒體，框架和受力蒙皮構件適合批量製造。但飛翼好比放大的機翼，內部充滿縱向的框架和橫向的桁梁，每一個截面都不一樣，所有構件都需要定製，空心的貨艙部位更是要重新考慮，設計和製造上的效率較低。另外，由於貨艙需要較大、較完整的空間，加上發動機的安排，飛翼的中軸線部位必然更加肥厚，應力也有所集中，B-2就是這樣的。理想飛翼只存在於想像中。
波音從90年代開始，研究介于飛翼和筒體-機翼之間的翼身融合體（Blended Wing Body，簡稱BWB）。從計算、風洞研究和自由飛試驗可以推斷，對於300座以上的大型飛機而言，BWB可以達到降低油耗50%以上的驚人效果，背部發動機的進氣和噴氣都受到機體禁止，地面感受噪聲很低。NASA正在研究四種未來客機構形，BWB就是其中一種，而且是降低油耗和噪音效果最大的方案。
翼身融合體（BWB）在外觀上與飛翼很像，但具有明確的中央機體和高度融合的機翼與典型飛翼相比，中央機體明顯加厚
BWB的寬扁中央機體還可以有縱牆加強
在結構上，BWB以大大加寬的扁平筒體為基礎，機翼在翼根大大加厚，自然、圓滑地融入機體。內部結構依然有明確的機體、翼根和機翼，但外觀上渾然一體，機翼與機體沒有明顯的分界線，與飛翼很難區分。BWB的機翼依然是升力的重要來源，但特別寬大的機體也可提供40%以上的升力，因此對於同樣起飛重量的飛機，機翼翼展和翼面積可以大大減小，降低機翼的誘導阻力。
但BWB畢竟是有機體的，機體後端可以延長到機翼後緣之後，扁寬的“燕尾”不僅可以作為安裝發動機的位置，也可以安裝外傾的雙垂尾，不僅有利於維持方向安定性，也對發動機的噪聲形成有效的側向遮擋。在軍事上，雙垂尾也起到發動機的側向雷達屏障作用。燕尾還具有較長的力臂，有利於有效的俯仰控制作用，大大改善無尾飛翼的飛控難題。B-2的原始設計與現在的B-21想像圖很相像，基本上是以簡單菱形為基礎，前緣向兩側延伸，形成機翼外段。在風洞試驗中，發現菱形後斜邊的襟翼有俯仰控制力矩不足的問題，這才把後緣改成現在的W形，也就是在本來的“胳肢窩”里填進一個額外的菱形，形成更加靠後的襟翼，增加俯仰控制力矩。諾斯羅普當然對當年B-2的設計沿革很清楚，B-21回歸老路不排除新的技術突破解決了當年的老問題，也可能想像圖與最後設計相差甚遠，就像當年流傳的“F-19”與現實中的F-117一樣。但BWB俯仰飛控的問題就較小，也相對容易解決。
不過BWB在實用中也有難於解決的問題，否則早就進一步推廣了。
BWB用於貨運問題還不大，但用於客運的話，機艙布置很不好辦，不像傳統的縱列的飛機座，倒像橫排的劇院座，大量座位在“暗無天日”的中間，非常不舒適。另外，這樣的扁平寬大機艙很不容易解決緊急疏散的問題，日常運作的登機離機也不好辦。
BWB對於大型飛機有顯著的減阻作用，在起飛重量相同的情況下，濕面積顯著降低。但對於小型飛機而言，機艙厚度有一定的下限，加上地板下行李-貨物空間和起落架，中央體相對肥厚，機翼與中央體的融合就很彆扭，也破壞了BWB的最優翼展-中央體厚度的比例，影響氣動效率，增加濕面積。緩和過渡的話，翼根過於肥厚，阻力加大；急劇過渡的話，BWB的氣動優越性難以體現，實際上回到了筒體-機翼，只是筒體扁寬一點而已。
BWB通常適合大型飛機，但適當最佳化，也可用於中型平台，與傳統的筒體-機翼相比，也有20%的節油能力
特別寬大的地板面積很適合用於布置任務設備，如大型雷達天線
BWB也適合用作加油機
但是換一個思路的話，地板下空間取消，行李艙/貨艙轉移到肥厚的翼根內，主起落架也轉移到翼根內，這樣中央體的厚度可以顯著降低，更加便於翼身融合。據報導，小型BWB與筒體-機翼相比，也有至少20%的節油能力，這還是很顯著的。與相同起飛重量的筒體-機翼構形相比，翼展也有所縮短，長度則縮短近1/3。
除了節油外，BWB機體寬大，提供了三倍的地板面積，使得機艙布置可以完全轉變思路。現有支線客機為了限制起飛重量和運營成本，常在2+2座位和2+3座位之間糾結。2+2的機艙直徑小，阻力小，製造和飛機（相對於座-公里）運營成本低，但2+3明顯更加舒適。改為BWB的話，前半的公務艙可以1+2+1和2+2+2形式安排寬大座位，後半的經濟艙可以沿中央牆分隔成兩個3+3的機艙，但每個機艙只有8排座位，走廊長度較短，便於登機離機。公務艙的兩側有通常的機窗，經濟艙的兩側是肥厚的翼根，無法開窗，只有開天窗。這樣的106座客機在技術上是可以實現的，但在旅客接受程度上還需要磨合，機場設備（如登機橋）和運作（如機位間隔）也需要重新考慮。
但用於軍用平台的話，很多民航上難於解決的問題都不是問題。BWB當然可以用於轟炸機或者加油機。BWB比筒體-機翼更加隱身，這不僅對轟炸機具有極大價值，對加油機也越來越重要。加油機越來越成為空中戰爭體系的重要節點，打掉一架加油機可能造成好幾架戰鬥機因為燃油耗盡而墜毀，或者被迫提前退出戰鬥，作用比陸戰中打掉一輛油罐車而困住一個坦克連還要顯著、直接。美國空軍已經著手研究下一代加油機，可能將脫離從大型民航客機改裝的傳統技術路線，專門研製隱身而且具有雷射自衛反導能力的先進加油機，BWB正是首選方案。但對中國來說，中型通用平台是更緊迫也更有突破意義的套用，BWB特別寬大的地板面積是特別有用的特點。
中國在預警機技術上已經取得突破。過去由於伊爾-76機體數量的限制，空警2000隻有5架（一說3架）。好在以國產運-9為平台的空警500接了上來，在數量上不再受制於人。但是伊爾76的機體較大，可以承載較大的天線，也可以容納較多的指揮控制設備和人員，具有更大的續航時間，作為預警-指揮一體的空中指揮所，具有運-9為基礎的空警500所難以比擬的優勢，電子技術的進步也不能完全不足差別。
另外，運-9是運輸機，油耗和航程都不理想，77噸的最大起飛重量只有5700公里的航程。相比之下，最大起飛重量只有41噸的灣流G550的航程卻達到12500公里。中型BWB較高的氣動效率就有了特別的意義，其三倍於同等重量筒體-機翼構形的地板面積則正好適合安裝雷達。傳統預警機在背上背一個大盤子，這是不得已的做法，筒體沒有足夠的寬度。但BWB接近短矩形的地板就沒有這個問題了。機內安裝的雷達不僅保形，還降低氣動阻力和飛控穩定性問題，並且便於維修。
BWB寬大的地板也有利於電子戰平台的各種天線，足夠的物理距離總是為更好的電磁隔離創造條件。用於海上巡邏或者遠程空地監視時，寬大地板便於安裝各種感測器和觀察窗。空中指揮所更是需要地方，才能擺開各種通信指揮控制台。
BWB縮短翼展對艦載飛機更是有特別意義。航母的戰鬥力在於完整的空中力量單元，預警機是不可或缺的一部分。直升機預警機是沒有辦法的辦法，續航時間、巡航高度、離艦距離、雷達尺寸都受到很大的限制。現在世界上只有美國的E-2是唯一的固定翼艦載預警機，基本設計是50年代的，1960年就首飛了。最新的E-2D換了骨，但是依然沒法脫胎，因為航母升降機尺寸限制，也因為翼展不能過大，要避免起飛、降落時與兩側停放的飛機、設備發生碰撞。增加翼展可以帶來很多氣動、航程、載重上的好處，但要是需要清空兩側飛機才能起降，那就沒有出動率可言了。同樣重量的BWB的翼展較小，BWB的發動機通常安裝在“燕尾”部位，不需要安裝在機翼上（像E-2）或者在翼下（像各種民航客機），因此機翼的摺疊線可以相應向中軸靠攏，較短的總長更是適合航母升降機的需要。翼根結構肥厚，便於加強，也適合航母起落架需要特別加強的特點。這些特點都使得B
WB成為航母艦載中型平台特別值得考慮的方案。
BWB艦載機除了預警機外，還可以有很多套用，比如反潛機、電子戰機、加油機，甚至可用於勤務運輸，在岸艦之間運送重要物資、設備和人員，或者將急病人轉送到岸上醫院。
中國航空科技正在起飛的前夜，在吸取各國先進經驗中少走了很多彎路。但中國的目標不是永遠緊跟，而是創新、突破。後發優勢不僅在於減少走彎路，更在於放下包袱，彎道超車。中國已經在一些領域取得引人注目的突破，反艦彈道飛彈、量子通信、石墨烯等都是例子。BWB會是下一個嗎？
外觀特點
通常，飛機的機翼機身組合體是由機翼和機身兩個部件結合而成，甚至在外形上也加以區分。例如，我們可以輕易區分出早期飛機的機身和機翼。20世紀60年代，飛機設計師們開始提出翼身融合體的概念。所謂翼身融合體，指機翼和機身做為一個整體來設計，二者的平面形狀和剖面形狀完全融合為一的機體。
優點及套用
通過翼身融合，飛機可以獲取更好的氣動性能。翼身融合體的優點是結構輕、容積大、阻力小，這些有利於飛機進行超音速飛行。多數第三代超音速戰鬥機如F-15、F-16、“幻影”2000、米格-29、蘇-27等，都採取翼身融合體布局，機翼和機身作為一體來設計製造，有的飛機還把機身邊條和機身前體融合在一起。
B-2轟炸機
B-2轟炸機此外，翼身融合體布局還有利於飛機的隱身性能。採用翼身融合體後，機翼與機身結合後以平滑曲面過渡，消除了二面體反射效應。美國早期的SR-71戰略偵察機和B-1B轟炸機以及前蘇聯的圖-160“海盜旗”戰略轟炸機，包括美軍最先進B-2轟炸機都採用了翼身融合體技術，從而提高了隱身能力。正是由於翼身融合體布局的氣動優勢，它也將成為新一代作戰飛機的首選氣動與隱身一體化設計形式之一。
NASA的翼身融合飛機原型