隐身运输机

隐身运输机是在高科技战争中对越来越需要提高后勤保障装备的战场生存能力方面的发展需求而诞生的，在执行全球空运任务的时候，首先由类似C-5M超级银河运输机、安124运输机的超重型战略运输机负责洲际间的远程战略空运，把物资运输到战场的后方基地，最后转由隐身运输机最终运输到前线。

隐身运输机是指俄罗斯正在设计能将“大舰队”坦克及其弹药运送到世界上任何地方的新概念运输机，这种还在设计阶段的新概念运输机代号“PAK-TA”，将实现超音速飞行（最高速度可达2000千米/小时），并且拥有高达200吨的有效载荷，单次加油可飞行7000千米，这将使俄罗斯实现全球军事快速反应能力。

据俄罗斯媒体报道，目前俄罗斯军用运输机的主力仍然是伊尔-76，已难以满足未来的军事需求，而俄罗斯与乌克兰共同开发安-70运输机的计划也已泡汤。在这种背景下，俄罗斯必须另谋出路，自己开发未来的超级军用运输机，以便运输“大舰队”主战坦克等重型军事装备。目前，“PAK-TA”项目已经设计了多款机型，计划在2024年开始生产，最终将取代俄军目前服役的运输机。这意味着十年后俄军将可以在世界上任何地方快速部署重装部队。

目前，俄方已发布一种亚音速型“PAK-TA”的概念模型与模拟视频，真正的超音速设计还未正式公布。亚音速型“PAK-TA”的巡航速度900千米/小时，有效载荷也只有90吨，并未达到200吨，单次加油的航程也只有4500千米，并未达到7000千米的指标。

从模型和视频中可以看到，新型运输机的机体外形采用翼身融合“飞翼”布局与常规布局的混合体，拥有大展弦比的机翼、宽体化的流线型机身和常规飞机的V形尾翼设计。

机身背部靠近V形尾翼的地方安装一台背负式的大涵道比涡扇发动机。该发动机兼具发电功能，所产生的电力储存在发动机进气道前方的机身背部空间内的储能系统，然后再把电力分配给机翼根部2个巨大空腔内的2台电力驱动风扇，其所产生的高速气流通过机翼后缘的锯齿状喷口流出，形成推力，机翼后缘还可以通过偏转产生矢量推力。V形尾翼位于机身扁平尾部的上方，倾斜角度较大。

值得一提的是，“PAK-TA”兼有喷气式运输机高速度和螺旋桨发动机的低油耗优点，可以满足长航程的需要，而且该机的气动外形设计还有利于隐身。

据介绍，“PAK-TA”的货舱采用了大舱门、宽货舱、先进载荷管理系统、快速装卸系统等先进设计。该机上翘的后机身底部有一个大型货舱门，由向外侧开启的两扇蚌壳式舱门和向下开启的舱门组成，向下开启的舱门可以兼做货桥使用。货舱横截面近似方形，宽度达到7米，高4米，货舱内的货运系统装有动力滚棒、限动拦阻网、系留环、导轨等设备，装货的设备还包括电绞车、装货钢索、支撑滑轮和梁式吊车等。系留环、系留钢索、系留网和防止车辆移动的分力轮挡等设备能使装载的货物牢固地固定在机舱内，而不会在飞机的飞行姿态变化时移动甚至撞上机舱壁。滑轨、动力牵引装置、传送带、滚棒、牵引伞投放装置和牵引绳可以帮助空投货物顺利出舱。

为了承受坦克装甲车辆等重型武器装备的重压，“PAK-TA”的地板结构经过了特别加强——采用了纵向受力骨架、横向受力骨架和夹层地板，强度很大。为了保证载荷分布平衡合理、不影响飞行稳定性，“PAK-TA”还为货舱配备了相关的载荷管理系统，它可以精确测量出装卸载荷时引起的重心变化，并在地面装卸阶段就自动计算出最佳装载位置。

为了适应条件复杂的野战机场或临时机场，“PAK-TA”采用了承载能力较好的多轮“前三点式”起落架。前起落架为并列双轮结构，起飞后收入驾驶舱下方的机体内。主起落架为双轮四排纵列结构，8个机轮两两一组通过一个横轴串列起来，每组机轮通过一个大行程独立摇臂减震支柱与机体连接。主起落架位于翼根两个大型电动风扇下方，起飞后，摇臂减震支柱收缩，主起落架整体向上收入起落架舱。主起落架系统的机轮上均装有碳-碳刹车盘，不仅可以提高飞机的刹车性能，还能差动控制，协助飞机进行地面转弯。

“PAK-TA”运输机的驾驶舱设计采用了大量成熟技术和“人性化”设计理念，正、侧面巨大的风挡使驾驶员拥有开阔的视野。驾驶员在座位上就能看到翼尖，增强了飞机在地面机动过程中的操作效率和安全性。机头雷达罩内的雷达具备多种作战模式，其中地形规避模式可以让飞机在低海拔飞行时辅助导航;当雷达工作在条带模式和聚束模式时，具备高分辨率和地面移动目标指示能力，并对下方地形生成高质量的数字图像。在航电系统方面，“PAK-TA”采用先进的数字化综合航电系统，将各系统的传感器数据和控制信息集中显示在多块多功能彩色液晶显示屏上，方便飞行员查看，可以综合显示飞行姿态、飞行参数、发动机参数和导航参数等。

可以预测，为了实现超音速、航程远、载荷大等目标，俄罗斯未来的超音速运输机需要更为强劲的发动机和适应超音速飞行的气动外形设计，同时还要发展超音速低音爆技术来改善超音速飞行时，机载乘员的乘坐环境^[1]。

[据美国《航空周刊》网站2014年2月18日报道]通常情况下，飞机性能驱动军用飞机设计决策，能源消耗对飞机设计的影响是次要的。但随着燃料成本的提高以及预算的减少,这种状态正在发生转变。能源正迅速成为限制飞机设计的关键约束，这可能重塑飞机设计观念。

目前,美国空军努力降低燃料消耗，为此他们专注运输机和空中加油机队，因为运输机和空中加油机每年消耗航空燃油占总量的三分之二。尽管近期飞机改型（如编队飞行,翼梢小翼以及其他的减阻装置）能够降低燃油消耗，但这不是长远之计。

空军研究实验室(AFRL) 的RCEE （Revolutionary Configurations for Energy Efficiency）高能效颠覆性布局项目表明:显著降低燃油消耗将可能是飞机设计观念的最大变化。

RCEE项目的第1阶段于2009 年11启动，该阶段的目标是下一代空中运输队的燃油消耗比现在降低90%（原文如此）。2011年启动了RCEE项目的第二阶段，该阶段将持续到2015年,在这阶段，各公司将研究特殊的飞机布局来降低燃油消耗。

在第一阶段,波音公司提出了混合运输编队，这种编队能达到燃油消耗减少90%的目标:有效载荷为20吨的全电绗架翼型设计;有效载荷为40吨的分布式推力混电设计;有效载荷为100吨的翼身融合混电设计。在第二阶段,波音公司密切关注分布式推力、混合燃料推进设计。

洛克希德·马丁公司为了达到燃油消耗减少90%的目标，在第一阶段对飞机布局以及各种技术进行了大量的研究，研究表明翼身融合混合布局(HWB)可能对降低燃油消耗具有最大潜能。在第二阶段,洛克希德马丁公司进一步细化了HWB概念,HWB概念是翼身融合布局和传统布局的结合，机体前部采用翼身融合布局，这种布局具有高效率的空气动力和结构，后部采用机身加尾翼传统布局，这种布局有利于运输机的空运特别是空投。

采用双发的HWB布局的飞机可以携带220000磅（100吨）的有效载荷（包括C-5运输机可以运输的所有特大货物），起飞距离不到6500英尺（1981米），飞行距离可达3200海里（5926公里）。由于HWB采用了新发动机，具有高效的空气动力学和更轻的结构，与波音公司研制的C-17运输机相比HWB布局飞机将可以降低70%的燃油消耗。洛克希德·马丁公司航空工程师里克·胡克说,“如今我们的技术已经成熟，我们可以制造出这种飞机并且经济上可承受”。

HWB研究特点是利用计算流体动力学(CFD)工具进行高度的气动优化。最初巡航马赫数为0.7的飞机,利用CFD进行外形优化后巡航速度可增加到0.81马赫，并且跨声速阻力可以减少45%。洛克希德马丁公司估计，与C-17运输机相比，HWB布局飞机的空气动力学效率要高出65%。与C-5运输机相比，HWB布局飞机空气动力学效率要高30%,与波音787相比，HWB布局飞机即使在低马赫数下气动效率要高出5%。

飞机气动效率高有以下几个原因。首先，翼身融合前机身提供了25%的升力，因为翼根弦外移可以在没有增加机翼重量的前提下增加翼展并减少了阻力，可以改善气动力沿翼展方向的分布，展弦比可以从常规布局的9增加到12。其次,后机身可确保HWB布局飞机空运和空投与现有运输机兼容，这对BWB飞翼布局来说是一个挑战。为了能够短距起降并且防止重心在空投时发生重心突变，飞翼布局需要开发一种新的控制作动器和算法，这将带来风险和费用，虽然与飞翼布局相比传统T型尾翼会增加5%的诱导阻力，但可以提供鲁棒控制并且可以避免开发新控制作动器和算法所带来的费用和风险。类似于C-5运输机，HWB后机身设计可以在投放伞兵部队时在门和舷梯周围提供一个平稳的气流流动区域，尾翼可以保持重心在20%平均气动弦内，并且巡航时尾翼可以避免产生诱导阻力。

HWB设计的不寻常之处是翼身融合机身前部有一个圆形的增压机身。装载在外部非增压舱里的货物可以放在后斜板上通过传送滚筒往前移，再通过机身侧门进入外部货仓。这就可以使得HWB布局的增压舱机身在货仓体积相同的情况下比C-5运输机机身更小、重量更轻。据洛克希德马丁公司计算HWB布局的结构比传统设计轻18%。HWB布局飞机的另一个非传统特点是发动机安装在机翼后缘上方。一直以来，飞机设计都避免采用这种安装方式，因为这种安装方式会在跨声速时引起机翼不利干扰,但采用这种安装方式的本田喷气公务机很好的优化了这种设计。

洛克希德马丁公司对发动机安装在机翼前缘,机翼后缘以及前机身位置时的巡航干扰阻力进行了研究。研究结果表明,发动机短舱安装在机翼后缘有利于提高升阻比,不论什么型号的发动机，发动机安装在机翼后缘上方的空气动力学效率要比翼下安装的常规布局高5%。

目前大家公认的低油耗发动机有三款。第一款是GE公司目前可投入使用的GEnx发动机，第二款是2030可投入使用的罗罗公司的超级风扇概念发动机，第三款是2025年可投入使用的GE公司的开式转子发动机。与C-17和C-5M运输机的发动机相比，第一款、第二款和第三款发动机的燃油消耗率分别要低25%、30%、35%。据洛克希德马丁公司计算，HWB布局的飞机由于空气动力学效率高以及质量轻，比C-17分别安装GEnx发动机、超级风扇发动机、开式转子发动机的燃油消耗要低70% 、75%、 80%。虽然GEnx发动机、超级风扇概念发动机、开式转子发动机的直径大小各异，但通过优化同一架飞机可以根据需要模块化安装不同的发动机。

分析表明发动机安装在机翼后缘上方还有其他的好处。首先短舱前面长长的翼弦可以起到气流导向器的作用，从而减少进气道畸变以及阻挡发动机噪声向地面传播。其次发动机安装在机翼后缘上方可以方便发动机的维修和拆卸，甚至可以在发动机短舱上安装一个小尾翼。最后还有利于升力的产生，发动机吸入气流可以为机翼提供很大的吸升力，类似于安装在翼下的发动机喷出气流打到下偏的襟翼上在翼下形成高压区域，C-17运输机就采用了这种方法。这可使最大升力系数增加15%。

为了提供短距起降能力，类似于洛克希德马丁公司在美国空军研究实验室的速度敏捷项目中研究的短距运输机概念，过剩的燃油容积可以用来进行襟翼吹风产生环流控制。另外还可以像F-35矢量喷管一样，产生垂直升力。

如果C-17按计划在2033年开始退役，那么美国空军将要开始研究下一代战略运输机，因为C-17运输机的研究历时了21年^[2]。