隱身運輸機

隱身運輸機是指具有“隱身”性能的後勤保障裝備。未來戰爭中，大量高技術武器裝備在戰場上的使用，高技術武器偵察、監視能力的提高，毀傷能力的增強，都將會對後勤保障裝備造成巨大威脅，要求後勤保障裝備必須具有很強的防護性能。

為了提高軍事裝備在戰場上的生存能力，外軍致力於發展減少雷達、紅外、可見光等觀測特徵的綜合性技術，提高后勤保障裝備的隱身性能。美軍將投入1 600億美元發展包括後勤保障裝備在內的各種隱身裝備，其中包括隱身運輸機、隱身帳篷、隱身車輛、隱身服裝等。

基本介紹

• 中文名稱：隱身運輸機
• 英文名稱：Stealth conveyor
• 國家：美國；俄羅斯

隱身運輸機簡介

隱身運輸機是在高科技戰爭中對越來越需要提高后勤保障裝備的戰場生存能力方面的發展需求而誕生的，在執行全球空運任務的時候，首先由類似C-5M超級銀河運輸機、安124運輸機的超重型戰略運輸機負責洲際間的遠程戰略空運，把物資運輸到戰場的後方基地，最後轉由隱身運輸機最終運輸到前線。

俄羅斯隱身運輸機

隱身運輸機是指俄羅斯正在設計能將“大艦隊”坦克及其彈藥運送到世界上任何地方的新概念運輸機，這種還在設計階段的新概念運輸機代號“PAK-TA”，將實現超音速飛行（最高速度可達2000千米/小時），並且擁有高達200噸的有效載荷，單次加油可飛行7000千米，這將使俄羅斯實現全球軍事快速反應能力。

據俄羅斯媒體報導，目前俄羅斯軍用運輸機的主力仍然是伊爾-76，已難以滿足未來的軍事需求，而俄羅斯與烏克蘭共同開發安-70運輸機的計畫也已泡湯。在這種背景下，俄羅斯必須另謀出路，自己開發未來的超級軍用運輸機，以便運輸“大艦隊”主戰坦克等重型軍事裝備。目前，“PAK-TA”項目已經設計了多款機型，計畫在2024年開始生產，最終將取代俄軍目前服役的運輸機。這意味著十年後俄軍將可以在世界上任何地方快速部署重裝部隊。

目前，俄方已發布一種亞音速型“PAK-TA”的概念模型與模擬視頻，真正的超音速設計還未正式公布。亞音速型“PAK-TA”的巡航速度900千米/小時，有效載荷也只有90噸，並未達到200噸，單次加油的航程也只有4500千米，並未達到7000千米的指標。

從模型和視頻中可以看到，新型運輸機的機體外形採用翼身融合“飛翼”布局與常規布局的混合體，擁有大展弦比的機翼、寬體化的流線型機身和常規飛機的V形尾翼設計。

機身背部靠近V形尾翼的地方安裝一台背負式的大涵道比渦扇發動機。該發動機兼具發電功能，所產生的電力儲存在發動機進氣道前方的機身背部空間內的儲能系統，然後再把電力分配給機翼根部2個巨大空腔內的2台電力驅動風扇，其所產生的高速氣流通過機翼後緣的鋸齒狀噴口流出，形成推力，機翼後緣還可以通過偏轉產生矢量推力。V形尾翼位於機身扁平尾部的上方，傾斜角度較大。

值得一提的是，“PAK-TA”兼有噴氣式運輸機高速度和螺旋槳發動機的低油耗優點，可以滿足長航程的需要，而且該機的氣動外形設計還有利於隱身。

據介紹，“PAK-TA”的貨艙採用了大艙門、寬貨艙、先進載荷管理系統、快速裝卸系統等先進設計。該機上翹的後機身底部有一個大型貨艙門，由向外側開啟的兩扇蚌殼式艙門和向下開啟的艙門組成，向下開啟的艙門可以兼做貨橋使用。貨艙橫截面近似方形，寬度達到7米，高4米，貨艙內的貨運系統裝有動力滾棒、限動攔阻網、系留環、導軌等設備，裝貨的設備還包括電絞車、裝貨鋼索、支撐滑輪和梁式吊車等。系留環、系留鋼索、系留網和防止車輛移動的分力輪擋等設備能使裝載的貨物牢固地固定在機艙內，而不會在飛機的飛行姿態變化時移動甚至撞上機艙壁。滑軌、動力牽引裝置、傳送帶、滾棒、牽引傘投放裝置和牽引繩可以幫助空投貨物順利出艙。

為了承受坦克裝甲車輛等重型武器裝備的重壓，“PAK-TA”的地板結構經過了特別加強——採用了縱向受力骨架、橫向受力骨架和夾層地板，強度很大。為了保證載荷分布平衡合理、不影響飛行穩定性，“PAK-TA”還為貨艙配備了相關的載荷管理系統，它可以精確測量出裝卸載荷時引起的重心變化，並在地面裝卸階段就自動計算出最佳裝載位置。

為了適應條件複雜的野戰機場或臨時機場，“PAK-TA”採用了承載能力較好的多輪“前三點式”起落架。前起落架為並列雙輪結構，起飛後收入駕駛艙下方的機體內。主起落架為雙輪四排縱列結構，8個機輪兩兩一組通過一個橫軸串列起來，每組機輪通過一個大行程獨立搖臂減震支柱與機體連線。主起落架位於翼根兩個大型電動風扇下方，起飛後，搖臂減震支柱收縮，主起落架整體向上收入起落架艙。主起落架系統的機輪上均裝有碳-碳剎車盤，不僅可以提高飛機的剎車性能，還能差動控制，協助飛機進行地面轉彎。

“PAK-TA”運輸機的駕駛艙設計採用了大量成熟技術和“人性化”設計理念，正、側面巨大的風擋使駕駛員擁有開闊的視野。駕駛員在座位上就能看到翼尖，增強了飛機在地面機動過程中的操作效率和安全性。機頭雷達罩內的雷達具備多種作戰模式，其中地形規避模式可以讓飛機在低海拔飛行時輔助導航;當雷達工作在條帶模式和聚束模式時，具備高解析度和地面移動目標指示能力，並對下方地形生成高質量的數字圖像。在航電系統方面，“PAK-TA”採用先進的數位化綜合航電系統，將各系統的感測器數據和控制信息集中顯示在多塊多功能彩色液晶顯示屏上，方便飛行員查看，可以綜合顯示飛行姿態、飛行參數、發動機參數和導航參數等。

可以預測，為了實現超音速、航程遠、載荷大等目標，俄羅斯未來的超音速運輸機需要更為強勁的發動機和適應超音速飛行的氣動外形設計，同時還要發展超音速低音爆技術來改善超音速飛行時，機載乘員的乘坐環境。

美國隱身運輸

[據美國《航空周刊》網站2014年2月18日報導]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飛機設計的關鍵約束，這可能重塑飛機設計觀念。

目前,美國空軍努力降低燃料消耗，為此他們專注運輸機和空中加油機隊，因為運輸機和空中加油機每年消耗航空燃油占總量的三分之二。儘管近期飛機改型（如編隊飛行,翼梢小翼以及其他的減阻裝置）能夠降低燃油消耗，但這不是長遠之計。

空軍研究實驗室(AFRL) 的RCEE （Revolutionary Configurations for Energy Efficiency）高能效顛覆性布局項目表明: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階段於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%（原文如此）。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。

在第一階段,波音公司提出了混合運輸編隊，這種編隊能達到燃油消耗減少90%的目標:有效載荷為20噸的全電絎架翼型設計;有效載荷為40噸的分散式推力混電設計;有效載荷為100噸的翼身融合混電設計。在第二階段,波音公司密切關注分散式推力、混合燃料推進設計。

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,洛克希德馬丁公司進一步細化了HWB概念,HWB概念是翼身融合布局和傳統布局的結合，機體前部採用翼身融合布局，這種布局具有高效率的空氣動力和結構，後部採用機身加尾翼傳統布局，這種布局有利於運輸機的空運特別是空投。

採用雙發的HWB布局的飛機可以攜帶220000磅（100噸）的有效載荷（包括C-5運輸機可以運輸的所有特大貨物），起飛距離不到6500英尺（1981米），飛行距離可達3200海里（5926公里）。由於HWB採用了新發動機，具有高效的空氣動力學和更輕的結構，與波音公司研製的C-17運輸機相比HWB布局飛機將可以降低70%的燃油消耗。洛克希德·馬丁公司航空工程師里克·胡克說,“如今我們的技術已經成熟，我們可以製造出這種飛機並且經濟上可承受”。

HWB研究特點是利用計算流體動力學(CFD)工具進行高度的氣動最佳化。最初巡航馬赫數為0.7的飛機,利用CFD進行外形最佳化後巡航速度可增加到0.81馬赫，並且跨聲速阻力可以減少45%。洛克希德馬丁公司估計，與C-17運輸機相比，HWB布局飛機的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%。

飛機氣動效率高有以下幾個原因。首先，翼身融合前機身提供了25%的升力，因為翼根弦外移可以在沒有增加機翼重量的前提下增加翼展並減少了阻力，可以改善氣動力沿翼展方向的分布，展弦比可以從常規布局的9增加到12。其次,後機身可確保HWB布局飛機空運和空投與現有運輸機兼容，這對BWB飛翼布局來說是一個挑戰。為了能夠短距起降並且防止重心在空投時發生重心突變，飛翼布局需要開發一種新的控制作動器和算法，這將帶來風險和費用，雖然與飛翼布局相比傳統T型尾翼會增加5%的誘導阻力，但可以提供魯棒控制並且可以避免開發新控制作動器和算法所帶來的費用和風險。類似於C-5運輸機，HWB後機身設計可以在投放傘兵部隊時在門和舷梯周圍提供一個平穩的氣流流動區域，尾翼可以保持重心在20%平均氣動弦內，並且巡航時尾翼可以避免產生誘導阻力。

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後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。據洛克希德馬丁公司計算HWB布局的結構比傳統設計輕18%。HWB布局飛機的另一個非傳統特點是發動機安裝在機翼後緣上方。一直以來，飛機設計都避免採用這種安裝方式，因為這種安裝方式會在跨聲速時引起機翼不利干擾,但採用這種安裝方式的本田噴氣公務機很好的最佳化了這種設計。

洛克希德馬丁公司對發動機安裝在機翼前緣,機翼後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後緣有利於提高升阻比,不論什麼型號的發動機，發動機安裝在機翼後緣上方的空氣動力學效率要比翼下安裝的常規布局高5%。

目前大家公認的低油耗發動機有三款。第一款是GE公司目前可投入使用的GEnx發動機，第二款是2030可投入使用的羅羅公司的超級風扇概念發動機，第三款是2025年可投入使用的GE公司的開式轉子發動機。與C-17和C-5M運輸機的發動機相比，第一款、第二款和第三款發動機的燃油消耗率分別要低25%、30%、35%。據洛克希德馬丁公司計算，HWB布局的飛機由於空氣動力學效率高以及質量輕，比C-17分別安裝GEnx發動機、超級風扇發動機、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，但通過最佳化同一架飛機可以根據需要模組化安裝不同的發動機。

分析表明發動機安裝在機翼後緣上方還有其他的好處。首先短艙前面長長的翼弦可以起到氣流導向器的作用，從而減少進氣道畸變以及阻擋發動機噪聲向地面傳播。其次發動機安裝在機翼後緣上方可以方便發動機的維修和拆卸，甚至可以在發動機短艙上安裝一個小尾翼。最後還有利於升力的產生，發動機吸入氣流可以為機翼提供很大的吸升力，類似於安裝在翼下的發動機噴出氣流打到下偏的襟翼上在翼下形成高壓區域，C-17運輸機就採用了這種方法。這可使最大升力係數增加15%。

為了提供短距起降能力，類似於洛克希德馬丁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，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按計畫在2033年開始退役，那么美國空軍將要開始研究下一代戰略運輸機，因為C-17運輸機的研究歷時了21年。