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轟-21,雙發隱形轟炸機的數據想定
送交者: 力挽狂瀾 2016年10月11日20:07:55 於 [軍事天地] 發送悄悄話


“我認為的新轟會小些,新轟我理解是空重50噸多,最大起飛重量120噸左右的飛翼,更類似於小號B-2或者說傳說中的B-21。兩台改進型渦扇10或者渦扇15無加力型就可以了”

那麼就讓我們一起去推導一下,基於TG現有的技術條件,如果採用雙發隱形飛翼構型,可以預期達到什麼樣的性能水平。為了和原先設想的四發隱形飛翼區別,這裡暫將其定名為H-21,也恰好和MD計劃採用雙發的下一代隱形轟炸機相對應。老規矩,先上想定的數據,再給出推導思路以供討論:

西安飛機製造公司 H-21

飛機類型:亞音速隱形遠程轟炸機
氣動布局:飛翼布局
成員數量:2-4人,依任務類型確定
飛機尺寸:明顯小於B2,翼展45M左右,長度18M左右,高度5M左右
動力系統:採用DSI進氣道的雙發背負式發動機,
                  WS-15不帶後燃器*2,單台最大推力約103KN
飛機空重:55噸以內
內油容量:45噸以內
最大起飛重量:115噸以內
最大速度:1000公里/小時(0.95Mach)
巡航速度:900公里/小時(0.85Mach)
實用升限:約15000米
作戰半徑:不加油4000-4500公里,
                  一次空中加油最大7000-7700公里
彈藥載荷:單內置彈倉,最大載彈重量12-14噸
彈藥類型:250公斤級精確制導炸彈 48枚
                  500公斤級精確制導炸彈 24枚
                  空射巡航導彈(最大射程1500公里)6枚
                  空射巡航導彈(最大射程1000公里)12枚
                  遠程空空導彈(最大射程200公里)  20枚
                  遠程對海導彈(最大射程800公里)  12枚
                  大型鑽地炸彈(MOB單枚10噸級別) 1枚
                  核常兼備,巡航導彈可掛載核彈頭
雷達系統:貼片式AESA雷達
衍生構型:加油機(HY-21),特種作戰飛機,電子戰飛機
自衛武器:無
首飛時間:2019年國慶前
服役時間:2024年國慶前
採購價格:每架人民幣25億元以內(按第一批次50架計算)
採購數量:包含所有衍生構型共100架左右

為什麼要採用隱形飛翼布局?在前文中討論的已經夠多了。這裡就對說我是“木頭腦袋”的某小將所提出的隱形轟炸機是MD的“戰略欺騙”的觀點回應一下。其實,簡單思考一下就會發覺,如果說MD發展隱形轟炸機是戰略欺騙的話,那這個代價實在太大了。

首先,MD在B2上面已經花了接近500億美元,並計劃讓其服役到2040年代,這就意味着後續還需要的龐大運營維護投入(按照2010年出版的一份報告透露,每架B2一個月的維護費用是340萬美元!)。而MD正在大力發展和鼓吹的下一代遠程轟炸機B21,根據近期透露出的越來越多的信息也基本可以肯定,同樣是隱形飛翼布局。

至今為止,MD已經為了B21項目投入了幾十億美元,並明確在未來5年編列超過120億美元的相關預算,同時也沒有看到MD有發展其它不同類型的隱身或非隱身轟炸機的計劃。如果付出這麼大時間和金錢的代價,只為了進行戰略欺騙的話,那我也只能說一個服字,並祝願這樣的欺騙越多越好了。

另外的一個佐證是,一貫發展超音速轟炸機最起勁,並拿出過Tu160這樣神器的毛子,也把其發展中的下一代遠程轟炸機PAK DA項目由早期構想的超音速構型改為了隱身飛翼布局。難不成,毛子也要配合MD的戰略欺騙,就是為了一起把TG帶進溝里?


(一)整體分析思路

首先要為討論找到一個合理的出發點,空對空的話就只能是科幻和臆想。這裡所採用的整體思路是進行類比:借用同類構型布局B2的已知數據,通過關鍵的動力系統和推重比的情況起步,進行相關的對比分析。這裡有一個缺省假定:採用類似氣動布局和相近任務需求的同類產品,通常會具有差不多的推重比和性能變化曲線

這在實際中是有先例可依的,比如起飛重量最大216噸的B1和最大起飛重量275噸的Tu160,來自不同的國家和設計團隊,可由於其氣動布局相近,實現思路類似,最後產品的推重比幾乎一模一樣:一個是0.38,一個是0.37。而外形尺寸的變化,也幾乎是和重量一樣的同比例變化,長度由44.5米到54米,翼展從42米到55米,和重量差不多都是20%多一點的變化率。兩者最大航程的變化也與這個比例基本吻合,從9400到12600公里。

先拿出已知B2的數據:B2採用4發F118,最大推力為77KN*4,也就是308KN左右,其最大起飛重量大約171噸。由於採用了高推進效率的飛翼布局,其推重比為驚人低的0.205,相比起來不提B1的0.38,就是常規布局的B52也要0.31,其動力效率一目了然。

而已知TG目前與之對應的最佳動力系統是WS10和後續的WS15,考慮到WS10隻有不到80KN的單個推力實在太低,只有雙發的話怕是難以完成轟炸機航程和載荷的要求。我們不妨假定TG版本的雙發隱身轟炸機會採用WS15,也即103KN*2,總推力206KN。

這裡當然帶來了一個重大的隱患,如果WS15無法如期達到性能要求的話,新轟項目的發展會受到極大的制約。在TG的航空項目發展史上,擺滿了類似的杯具,不乏很多因此下馬的整機和航發項目。不過,考慮到WS15一直傳來的樂觀消息,以及改開幾十年來TG工業體系的巨大提高,對此應該可以有一個相對樂觀的預估。而且實在不行,也可以考慮即將隨同Su35項目一併引進的毛髮,應該也還算是有了備份方案。

那麼對比206KN的推力水平,假設可以實現和B2類似的推重比,則轟21的最大起飛重量樂觀一點可以在115噸以內。應該承認,相比於轟6K不到79噸的最大起飛重量,這已經提高了接近50%,開始具備了被稱作大型遠程轟炸機的本錢。要知道,在此之前就是最小的Tu22M也有124噸的最大起飛重量,轟6K的戰神稱號真心有些名不符實。

那麼接下來的問題,就是讓我們對比B2想一想,需要減掉的超過56噸的起飛重量會在哪裡;為此又需要在載油量(也就是航程)和彈藥載荷方面付出什麼樣的代價;特別是關鍵的整機空重,可以從哪裡減出來。


(二)彈藥與載油的平衡

首先需要考慮的就是載油量的減少。原先B2對應四發的載油量可達75噸左右,而改為雙發後,如果航程不變,即便耗油水平依據推力變化進行調整(從308KN到206KN),也可以預期載油量下調到50噸左右。這樣一來,就直接降低了起飛重量25噸。而且第三部分中,我們還會看到儲油艙室的容積減少也可以帶來一部分的空重下降。

當然,如果可以接受航程和作戰半徑的減少,載油量還可以近一步降低。比如根據前文中作戰半徑需求的分析,將其從B2的5000-6000公里水平減至足夠打爛包括關島在內的第二島鏈主要節點的4000-4500公里水平,則載油量還可以近一步降低至40-45噸。所以,如果實現載油量45噸左右應該可以接受。

第二步考慮彈藥載荷問題。在動力系統變化後,再要求比照B2的18-23噸的彈藥載荷顯然是不可能的,這樣的飛機即便飛得起來航程也一定是個大杯具。所以依據同比縮小的思路,大約可以設定為12-14噸的水平。這恰恰和現有H6K的水平相當,倒也不難接受,畢竟還是隱形性能良好的全內置彈艙。

減少了彈藥載荷之後,就需要考慮彈艙的設計問題。如果還採用對稱雙彈艙的方式,則每一個的尺寸和載重都會相當受限,尤其是尺寸問題對武器掛載影響很大。TG空射武器,特別是巡彈的小型化至少在目前看來遠不如MD,比如空射的AKD20,長度超過8米,重量接近兩頓。如果採用小尺寸的彈艙設計,那是一定掛不下的。在前文的討論中,甚至有兄弟覺得即便是四發設計也應該採用單一大彈艙方式,估計原因也在於此。

儘管飛翼結構的內部空間利用率很好,但是如果採用單一大彈艙的方式,就需要在機身中部開出一個大的載重空腔。這對於整機強度的影響不小,而進行結構補強有可能導致相應重量超標。不過相較於四發設計來說,整機幾何尺寸減小的雙發設計應該會好處理一些。

所以這裡設定使用一個尺寸較大的單一彈艙,其內口長度9米左右,可以方便的內置掛載包括AKD20和十噸級別大型鑽地炸彈在內的各種武器,掛載量12-14噸。而使用內置掛架,更可以支持掛載50枚左右的250公斤級別制導炸彈。儘管不如四發設計那樣重型,倒也有足夠的火力密度了。

綜合一下,推定新轟的最大起飛重量為115噸;採用單一內置彈艙,掛載量12-14噸;作戰半徑4000-4500公里,內置載油量45噸。這樣一來,減去載油量和彈藥載荷,空重就必須控制在55噸以內。比較一下B2的空重71.7噸,也就意味着新轟的空重需要下降近17噸,這就是我們下一部分需要考慮的重點。


(三)空重的減法

首先可以想到就是動力系統的減重;由於是四發改雙發,一具WS15類型的推重比10的發動機自重通常在1300公斤左右,還有與之配套的固定結構件等,加在一起估計兩具發動機可以直接減重3噸左右;

其次就是來自進氣道的改進;由於不用並列雙發,發動機的進氣道結構可以明顯簡單化,尤其可以考慮採用在J20等機型上已經被TG用爛了的DSI進氣道。根據以往的報道,改用DSI進氣道,單台發動機進氣體系的配套減重就可以達幾百公斤,更簡化了後期維護。由此推測進氣系統可以減重約1噸;

第三部分要考慮的就是載油量的減低所減少的機內儲油倉的重量變化;現代飛機通常採用所謂的結構油箱,也就是利用結構部件封閉成為儲油艙室,而飛翼布局提供的良好空間更為這種設計提供了方便。對於貴重的隱形轟炸機,其油箱必然要進行完善的防爆防彈設計,這一般通過為儲油艙壁增加複合裝甲板的方式實現。而減少整機儲油艙室時也必然會減少這部分的重量,還會帶來一部分與燃油系統相關聯的管道和油泵與閥門系統的減重。

這部分的減重效果比較難以估計,在這裡試着推測一下。減少30噸燃油,可以減少不到40立方米的儲油艙室體積,其應該均勻分布於機翼兩側,則每側可以減少20立方米左右。再假設這部分體積原本構成一個正立方體(在立方體中同等質量表面積相對最低),則其邊長為2.8米左右,而兩個這樣的立方體表面積約94平方米。如果假設附加防爆防彈結構的重量為20公斤每平方米(大約也就是1.5厘米厚的凱夫拉爾複合鋁板的每平方米重量),再考慮到管道的減少合計預估2噸左右的減重效果;

最後也是最重要的,就是這樣一架飛機的整體尺寸可以相比B2縮小多少?小的尺寸就意味着小的結構重量。關於尺寸的一個關鍵點應該是其機身長度:參考B2就可以發現,飛翼結構的特點就是機身與機翼融合而相對較短,但在這個方向上面的重要部件卻是不少。

在其上半部需要依次放置前向雷達、機組駕駛艙,空中受油機構,並修型以協調兩側的發動機和進氣道;而在其下半部需要放置前起落架、駕駛艙入口、彈艙和協調後起落架的相關部分。特別是彈艙,前面提到過,如果考慮兼容現有的長劍系列的話,其內口長度就要在9米左右,外部結構會更大一些。下圖中,可以清楚看見B2的下半部結構。

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