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俄羅斯雙體運輸機究竟有什麼用?屬於特種飛機

2017年2月7日左右, 俄羅斯公開展示了一段正在進行風洞試驗的新型運輸機模型。 令人詫異的是, 這款飛機居然採取了許久未出現過的雙體結構, 神似兩個伊爾-76飛機拼在一起。 外界紛紛猜測俄羅斯可能要推出一款新型雙機運輸機, 那麼這種飛機是否能夠造出來?又會有多少實用價值呢?本文從歷史和技術的角度就此問題進行詳細解讀來推斷該款正在研發的飛機真正的用途所在。

雙體飛機最大的優點是載重大、航程遠, 造成這一優勢的主要原因是雙體飛機的機翼可以做得很大。 對於一般的單體飛機而言, 機翼重量在其延展方向必須依靠自身結構以及機翼和機身連接部的結構強度來支撐, 而根據杠杆原理, 機翼越長, 機翼對翼身結合部造成的力就越大, 這就很容易損傷結合部甚至造成機翼斷裂影響飛機安全。 而同時, 機翼本身的承力杆也要承受來自機翼的重量,

機翼越長, 機翼下垂變形現象就越嚴重, 從而造成金屬疲勞斷裂。 而在飛行過程中, 任何對於機翼的微弱擾動經過長長的機翼力矩放大之後都會形成很大的扭轉力, 導致飛機失控。 因此對於單體飛機來說, 機翼本身就不能太長太重, 必須保持在一個合理的範圍內。

但飛機整體性能中有一個指標卻與機翼的長度和重量有極大的關係, 這就是飛機本身的升力。 簡單說, 飛機機翼越厚、機翼越長, 飛機的升力就越大。 而飛機升力大小直接影響飛機的載重能力進而影響航程, 要解決這一問題, 就只能依靠雙體飛機結構了。 由於雙體飛機本身將兩個機身使用額外的機翼連在一起, 且擁有兩個力學支撐點,

理論上來說, 其最大翼展可以比單體飛機大2倍。 帶來的升力係數增益也能夠達到約2倍左右, 這對飛機來說是非常重要的。 當然雙體飛機本身也並非沒有缺點, 前文已經提到了其一個重大的不足是機動性欠佳。 除此之外, 雙體飛機還有四個缺點不忽視, 這些缺點導致了雙體飛機不可能大規模使用。

第一個缺點是雙體設計的重量偏大, 不適合小型飛機。 雙體飛機一個很明顯的特點就採取了兩個機體, 需要有兩個機體的材料和重量。 對於飛機來說, 艙體本身就是重量最大的部分, 而製造兩個飛機艙體在同樣大小的情況下, 就需要2倍的艙體重量, 這就很大程度抵消了升力優勢。 在飛機總體體積較大, 艙體較小時, 增加一個艙體本身占全機重量比可能並不大, 但在飛機較小時, 這種設計的劣勢就變得不能容忍。

此外, 必須考慮到一個事實是, 一個試圖做運輸機的飛機, 必須要有足夠的貨物存儲空間才能夠運輸較大重量的單個貨物。 雙體飛機如果保留與原型單體飛機一樣大小的兩個機艙,

會導致阻力劇增, 因此機艙一般必須縮小, 這就限制了其作為運輸機時的作用發揮。 例如, 這款俄羅斯設計的雙體飛機在運輸主戰坦克和防空導彈系統時可能就要遇到艙內體積過小的問題。 另外一個不得不考慮的因素是在運輸貨物時, 雙體飛機不得不配套完善的艙內運輸系統以保證兩個機艙的重量一致、重心一致, 從而不至於讓飛機發生側翻, 這在部隊作戰實際使用中會非常困難。 實際上, 觀察美國在2000年之後研發的雙體飛機, 其主要任務是搭載太空梭, 而太空梭的搭載飛機根本不位於機艙內, 而是被吊掛在兩個機艙中部的機翼上。

第二個缺點是對中部機翼結構強度要求過高。 從雙體飛機設計顯然可以看出,其氣動中心和重心位置都位於連接兩個機艙的中部機翼中心,一旦該飛機飛行在空中遭遇不穩定氣流時,整個飛機所有的重量都會疊加在這個較薄的部位,給其造成很大的扭轉力矩。特別是飛機需要進行機動躲避敵人的進攻時,如果機翼過長、超載稍大,中部機翼必然要折斷,造成機毀人亡的慘劇。

第三個缺點是飛機的飛控不容易做。雙體飛機雖然的確擁有飛行穩定性好的特點,這種特點是由其本身處於平穩狀態造成的。一旦飛機處於複雜氣流,這種平穩狀態就有可能被打破。可以拿單個機艙來看,其左右根本不對稱,一旦一側失速,另外一側必然要馬上脫離穩定狀態。在歷史上,雙為了保持飛機操控力的平衡,體飛機每個機體內部的動力結構和機械飛控結構基本都一樣,假設兩個機艙內都有飛行員,二者在進行一個飛行動作時用力不同,或者出現操控命令不同的情況,這架飛機就會有失控的危險。這種操縱的不一致又是普遍現象,到了現代,隨著無線電和電傳飛控的系統的出現,一個飛行員就可以完成這樣的動作。這一現象得到緩解,但仍然無法解決複雜氣象條件下飛行的問題。

第四個缺點是飛機的可用機場稀少。如果說之前三個缺點還可以容忍。這個缺點就完全否決了雙體飛機在部隊裡大規模運用的可能性。正因為雙體飛機本身在保證機翼很長的情況下保證了力學平衡,必須在兩個機艙或者兩個外側機翼上安裝起落架,這就導致了這種飛機的起落架的輪距要遠遠大於正常飛機。美國研發的雙體飛機“白色騎士”-2的起落架輪距基本上等於正常飛機的翼展,假設俄羅斯真的將兩架伊爾-76飛機拼在一起做雙體運輸機,其輪距接近100米。世界上目前大多數飛機場跑道的寬度在50~60米之間,對於飛機的最大輪距要求在20米以下。一款100米寬輪距的飛機,難道是要在克里姆林宮降落?因此可以說,俄羅斯設計的這款雙體飛機很有可能並不是正常的運輸機。

總結以上討論可以得知,雙體飛機雖然擁有航程遠、載重大等特點,但並不適合去做一款能夠供軍方普遍使用的運輸機。俄羅斯曝光的這款最新雙體運輸機,很有可能是一款航太特種飛機,其真實用途應該與投送近地軌道附近運行的彈道導彈、衛星、太空梭有關。

最後要說的是,雙體結構飛機也並非是一無是處,例如這種飛機大航程、長航時、大載重的特性使其比較適合做偵察機之用,網上曝光的我國“神雕”無人機就採取了雙體結構,翼展達到了50米左右,實現了長航時和大航程,從而一舉成為我國今後引導反艦彈道導彈的利器。一款配備雷達或者電子干擾/偵察設備的雙體預警機、區域電子干擾機、偵察機可以在作戰後方長時間盤旋在作戰陣位內持續執行作戰任務,保持24小時壓制,效費比遠遠大於單體飛機,這些都是我國今後研發飛機可以考慮的方向。

全文完。

從雙體飛機設計顯然可以看出,其氣動中心和重心位置都位於連接兩個機艙的中部機翼中心,一旦該飛機飛行在空中遭遇不穩定氣流時,整個飛機所有的重量都會疊加在這個較薄的部位,給其造成很大的扭轉力矩。特別是飛機需要進行機動躲避敵人的進攻時,如果機翼過長、超載稍大,中部機翼必然要折斷,造成機毀人亡的慘劇。

第三個缺點是飛機的飛控不容易做。雙體飛機雖然的確擁有飛行穩定性好的特點,這種特點是由其本身處於平穩狀態造成的。一旦飛機處於複雜氣流,這種平穩狀態就有可能被打破。可以拿單個機艙來看,其左右根本不對稱,一旦一側失速,另外一側必然要馬上脫離穩定狀態。在歷史上,雙為了保持飛機操控力的平衡,體飛機每個機體內部的動力結構和機械飛控結構基本都一樣,假設兩個機艙內都有飛行員,二者在進行一個飛行動作時用力不同,或者出現操控命令不同的情況,這架飛機就會有失控的危險。這種操縱的不一致又是普遍現象,到了現代,隨著無線電和電傳飛控的系統的出現,一個飛行員就可以完成這樣的動作。這一現象得到緩解,但仍然無法解決複雜氣象條件下飛行的問題。

第四個缺點是飛機的可用機場稀少。如果說之前三個缺點還可以容忍。這個缺點就完全否決了雙體飛機在部隊裡大規模運用的可能性。正因為雙體飛機本身在保證機翼很長的情況下保證了力學平衡,必須在兩個機艙或者兩個外側機翼上安裝起落架,這就導致了這種飛機的起落架的輪距要遠遠大於正常飛機。美國研發的雙體飛機“白色騎士”-2的起落架輪距基本上等於正常飛機的翼展,假設俄羅斯真的將兩架伊爾-76飛機拼在一起做雙體運輸機,其輪距接近100米。世界上目前大多數飛機場跑道的寬度在50~60米之間,對於飛機的最大輪距要求在20米以下。一款100米寬輪距的飛機,難道是要在克里姆林宮降落?因此可以說,俄羅斯設計的這款雙體飛機很有可能並不是正常的運輸機。

總結以上討論可以得知,雙體飛機雖然擁有航程遠、載重大等特點,但並不適合去做一款能夠供軍方普遍使用的運輸機。俄羅斯曝光的這款最新雙體運輸機,很有可能是一款航太特種飛機,其真實用途應該與投送近地軌道附近運行的彈道導彈、衛星、太空梭有關。

最後要說的是,雙體結構飛機也並非是一無是處,例如這種飛機大航程、長航時、大載重的特性使其比較適合做偵察機之用,網上曝光的我國“神雕”無人機就採取了雙體結構,翼展達到了50米左右,實現了長航時和大航程,從而一舉成為我國今後引導反艦彈道導彈的利器。一款配備雷達或者電子干擾/偵察設備的雙體預警機、區域電子干擾機、偵察機可以在作戰後方長時間盤旋在作戰陣位內持續執行作戰任務,保持24小時壓制,效費比遠遠大於單體飛機,這些都是我國今後研發飛機可以考慮的方向。

全文完。

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