神奇的机翼(三)，处女座设计师的新方案：只剩翅
时间：2019-11-26 来源：新闻网 人浏览 -
引言
驯服鸭翼这匹烈马之后，一部分工程师沾沾自喜，觉得自己天下无敌。但是处女座无处不在，工程师也不能免俗，于是有一部分处女座工程师强迫症发作，他们又围着桌子讨论起来了：飞机最重要的部件到底是什么呢？
有人说机翼，有人说机身，有人说起落架，有人说发动机，有人说飞控系统……
飞翼布局
大吵一架之后，这群强迫症患者得出来一个结论，飞机最重要的部件有两个。一个是发动机，发动机只要推力足够，就算是板砖，那也能上天。还有一个就是机翼，只要有机翼，就算没有发动机飞机也能够滑翔。
Ho-229结构图
那为什么不可以两者结合，造一种只有只有机翼和发动机的飞机呢？这个想法一提出，工程师们一哄而散，各自查资料去了。
工程师们想到的这种气动布局，正是早前已经有前辈探索过的飞翼气动布局。
杰克·诺斯罗普的飞翼研究之路Ho-229
说到飞翼布局有一个人不得不提，他甚至走在了德国霍顿兄弟的Ho-229轰炸机之前。他就是美国的天才设计师，杰克·诺斯罗普。听到这个名字是不是很熟悉，没错，他就是世界著名航空巨头公司诺斯罗普公司（今诺斯罗普·格鲁曼公司）的创始人。在莱特兄弟放飞人类第一架飞机之后，无数人为之震惊，成为了狂热的航空者，诺斯罗普就是其中一员。只不过诺斯罗普的兴趣不在普通飞机，他沉迷于神奇的飞翼布局飞行器。
N-1M
这是诺斯罗普于1940年7月3日首飞的N-1M技术验证机，这款验证机是一个技术验证平台，是诺斯罗普的飞翼布局飞行器研制之路的开端。
1941年，第二次世界大战进入到白热化阶段，美国陆军航空兵发布了研制洲际轰炸机计划，要求研制一款航程可达16000公里，实用升限超过13710米的远程战略轰炸机。虽然后来联合航空公司的B-36战略轰炸机战胜了当时诺斯罗普的XB-35，但是美国陆军航空兵却并未彻底放弃这个看起来怪异的轰炸机。他们意识到这种轰炸机有着常规飞机无法比拟的优势，于是给了诺斯罗普一部分经费继续研究。后来诺斯罗普又将XB-35的R-4360星形螺旋桨发动机改换成了喷气式发动机，推出了性能更为出色的YB-49轰炸机。
XB-35
1981年，诺斯罗普公司赢得美国空军的新一代隐身战略轰炸机项目，推出史无前例的B-2隐身远程战略轰炸机，让飞翼布局飞行器走上“机”生巅峰。
究竟什么是飞翼布局先来了解一个概念，翼身融合。现代飞行器由机身，机翼，尾翼，起落装置，和动力装置五大部分组合而成，大部分飞机身上都可以找到这五个部分的特征。▼这是一架常规气动布局的美国反潜巡逻机总体布局结构图，可以清晰地看到它的五大部件。
后来，有人提出了翼身融合设计。将传统的机翼和机身融合到一起，飞机的机翼和机身变成一个整体。▼这是舰-15“飞鲨”舰载战斗机。观察它的背部可以发现，它的机翼和机身之间过渡非常平和，似乎融合成了一个整体，和上图的反潜巡逻机机翼机身结合处有着较大的区别，这就是翼身融合设计。
歼-15
不过，歼-15战斗机的翼身融合设计并不彻底，真正彻底的翼身融合设计是今天的主角——飞翼布局飞行器。处女座的工程师觉得：飞机要飞得更高，更快，一切部件的存在都会产生阻力，所以要把一切能够省略掉的部件省略掉，不能省略的则塞进机翼里面。这么一来，从外观上看，飞行器在飞行的时候，就只剩下保证飞行的机翼，像是一对翅膀在天上飞。起落装置，座舱，控制系统等其他部件也融合进机翼里，不会对飞行产生影响。
飞翼飞行器优势所在飞翼布局飞行器去掉尾翼，机身变成机翼，动力装置和起落装置通通塞进机翼里面，使用襟翼和副翼作为舵面，使得飞机在飞行时只剩下机翼，外形变得非常简洁，阻力大大降低。而且，机身即机翼，整个飞行器在飞行时都可以提供升力，拥有非常良好的升力系数。同时，彻底的翼身融合，空间大大增加，可以携带更多的设备，更多的燃油，获得更大的航程。
试飞的YB-49
除此之外，工程师们非常迷惑，使用飞翼布局的飞行器在试飞过程中经常从雷达屏幕上消失，害得几个工程师心情起伏跌宕。
为了解决这个问题，工程师们从雷达查到飞机，又从飞机查到雷达，头发都完全掉光了，始终不明白为何会出现这种现象。所有人都很沮丧，现场一片沉默，突然有个工程师灵光一闪，大声说道：会不会它从雷达上消失是因为，当时雷达波照射到它之后，没有反射回来，而是被反射到了其他地方？
这句话一说出来，所有人噌地一声站了起来，这不就是隔壁那群光头天天研究的飞机隐身吗？
翻遍了隔壁光头们的研究资料，他们终于明白过来：飞翼布局把其他能够反射雷达波的部件都去掉了，只留下了用于飞行的机翼。这么一来雷达波照射时，反射回去的雷达波大大减少，甚至有的时候被反射到了其他地方，导致雷达的接收机没有接收到雷达波，飞机从屏幕上消失。
知道这个结果后，工程师们欣喜若狂，又是不断地试验，不断地改进，试图研制出一款可以躲开雷达探测的飞行器。
B-2
实现飞翼布局设计的难点一阵惊喜过后，工程师们终于又想起了之前在试飞时遇到的那个令人头疼的问题。他们发现：飞翼布局和鸭翼相似，飞机比较好动，几乎不听飞行员的使唤。因为飞翼布局取消了垂直尾翼和水平尾翼，只能由副翼和襟翼来控制飞机的姿态。使用副翼和襟翼虽然可以改变飞机的姿态，但在控制飞机姿态的同时，它又会反向影响飞机的姿态，要想控制住飞机，需要副翼和襟翼遵循一定规律不停地动。早期采用机械操作系统的XB-35根本无法平稳飞行，经常飞出蛇形轨迹，高度也无法稳定保持。
B-2姿态控制由8片襟翼和海狸尾负责
不过这个问题并不严重，随着计算机的出现，飞机用上了电传操作系统，于是飞翼的好动问题和鸭翼一并得到解决，飞机的姿态控制被完美解决。在计算机的控制下，传感器会识别飞机的姿态变化，然后不断地控制副翼和襟翼做出相应的动作，抵消飞机姿态变化，从而实现平稳飞行，这就是电传操纵系统和飞控计算机出现后大名鼎鼎的静不定设计。
隐身的幽灵B-2战略轰炸机解决飞控问题之后，工程师们又投入到了隐身的研究上。
又是不断的试验，试过了所有的机翼外形之后，工程师们终于敲定方案，它就是如今的B-2轰炸机。根据诺斯罗普的统计，B-2为了隐身，进行的各项优化多达数百项。
举一个例子，它的进气道与尾喷口设计。飞机最大的两个雷达反射源分别是进气道和发动机尾喷口，工程师们首先想到的是将这两个口子遮上，但转念一想发现不能遮，遮住了发动机就没法工作了。
B-2背负式进气道
一翻抓耳挠腮之后，他们想到了一个办法。探测飞机的雷达波大多数来源于地面，是从下往上传播的，要让进气道和尾喷口避免被雷达波照射只需要用机身挡住雷达波就可以了，于是工程师们让B-2将发动机背在了背上。再将腹部的所有口子全部遮住，缝隙全部涂上吸波涂料，终于造出了目前世界上隐身性能最优秀的飞机，B-2轰炸机。
结语其实近年来，随着各国航空工业的井喷式发展，飞翼布局已经被多个国家突破。虽然目前除了美国之外，还没有哪个国家成功的研制出一款采用飞翼布局的有人飞机，但是采用飞翼布局的无人机却早就面世。或许在不久的未来，这种隐身性能极为出色的气动布局将会广泛用于无人机，躲开雷达执行攻击，或者侦察任务，成为敌方的巨大威胁。