自从上世纪40年代德国霍滕兄弟首次进行飞翼布局的相关试验以来,这一独特的设计凭借出色的隐身性能和高效的气动特性,迅速成为航空领域的研究热点。1947年,美国诺斯罗普公司推出了重型轰炸机原型(YB-49),其机翼纤长单薄,提供了优异的升力表现。然而,这款飞机在高速飞行时遇到了严重的振动问题。由于机体的惯量较小,俯仰操作过于灵敏,飞行中容易引发共振,导致飞行稳定性差。
1989年,B-2隐身轰炸机终于首飞,这款飞机以其小巧的雷达反射截面和强大的续航能力著称,但其最大飞行速度仅能达到0.95马赫。这是因为,在接近音速的飞行中,弹性和刚性的耦合颤振会显著放大机身的振动,给结构安全带来巨大的风险。为此,设计师不得不做出牺牲,降低飞行速度以确保安全。因此,B-2执行任务时通常需要F-22战机的护航。
进入90年代,中国开始着手飞翼布局相关技术的研究。1997年,沈阳飞机设计研究所研制了无人验证机,开展飞翼布局的基础技术测试。2000年代,南京航空航天大学的科研团队将目光聚焦于气动弹性领域,进行了大量的风洞实验,收集了宝贵的实验数据,深入研究了机翼弯曲与机体模态之间的相互作用规律。2005年,借助国家基金的支持,科研团队搭建了飞翼布局的初步研究模型,系统分析了展弦比对布局性能的影响。
进入2010年后,国内相关研发逐步加速,科研人员利用有限元分析技术,模拟高速气流对飞翼布局的冲击效果。2012年,四自由度研究模型的成功研制,使得飞翼布局的解耦规律得到了清晰梳理。在国外软件技术封锁的背景下,2015年,国内成功研发出自主分析工具,实现了飞行力与弹性力的融合分析。同年,西安飞机工业集团也参与了飞翼布局的优化设计工作,并针对战略机型需求进行了深入研究。2018年,国内首架展弦比超过10的柔性飞翼无人机研制完成,并成功搭载了多类型传感器阵列。
2019年,飞翼布局的技术验证工作正式启动。科研人员通过在风洞中逐步提升风速,记录数据并不断优化控制算法。2020年,完成了地面振动试验,并成功校准了研究模型;2021年,低速飞行测试中出现了轻微的振动问题,科研团队通过调整传感器的位置成功解决了这一问题。2022年,在中速飞行区间,初步实现了共振的有效抑制。
中国的科研团队则创新性地采用了主动抑制技术,通过在机体和机翼上合理布设传感器,实时监测振动状态。借助先进的算法分析振动模态,通过驱动后缘舵面产生反向作用力,来抵消振动。这种主动控制方式,不仅有效抑制了颤振,还保留了飞翼布局的轻量化优势。在验证机上,传感器阵列覆盖了机翼与机体,数据实时传输至处理器,响应速度极快。同时,结合风洞试验,科研团队不断优化参数,确保了技术应用的稳定性与一致性。
轰-20作为中国战略航空装备的研发重点,采用飞翼布局与隐身设计相结合,通过扁平化外形大幅降低雷达反射截面,搭载大推力的WS-15发动机,再融入自主研发的颤振抑制系统,可以顺利突破亚音速区间,达到1.5马赫的巡航速度。该机型的载弹量可达30吨,续航里程可达到1.2万公里,还能够搭载高超音速导弹。
与同类装备相比,B-2隐身轰炸机受颤振问题限制,巡航速度仅为0.85马赫,且在执行任务时需要战机护航;B-21虽然优化了机身材料,但仍未突破亚音速;图-160虽然能实现高速飞行,但由于隐身性差,容易被雷达探测。轰-20则成功融合了各方优势,能够实现快速突防与撤离,大幅提升战场生存能力。该机型计划在2026年后列装,并将初期执行太平洋巡航任务。
飞翼布局的技术成果不仅在军事领域取得突破,也开始向其他领域拓展。在侦察领域,无侦-8高空高速无人机凭借卓越的隐身性能,可以深入敌方目标区域进行情报侦察,扁平化的机身使其适合临空飞行,现有导弹难以有效拦截;在运输领域,飞翼布局提供了充裕的内部空间,适合设计大容积货舱,未来还计划研发加油版机型,为舰载机提供空中加油支持。
在民用领域,依托飞翼布局技术,超远程客机的研发基础已经初步形成,未来有望大幅缩短洲际飞行时间,尽管仍需要解决噪音与能耗等问题。此外,相关自主研发的软件突破了国外技术垄断,推动中国形成了完整的飞翼布局技术产业链。从模型搭建到试验验证,整个研发过程始终坚持精益求精,严格规避各种技术风险。返回搜狐,查看更多