轰-20是新一代的战略轰炸机,虽然目前尚未看见真机,但是轰-20是货真价实存在的。今天我们从战略轰炸机的发展趋势和国产大推力发动机的性能进行分析轰-20。
涡扇-18是目前唯一国产大推力发动机
根据央视曝光的最新的运-20A,可见是使用了国产涡扇-18发动机。
涡扇-18于2014年首飞成功,是我国自主研发的一款发动机。在涡扇-18装机之前,中国的大飞机一直使用的是俄罗斯D-30,D-30自重2700千克,最大推力12.5吨,是一款40年前的发动机。轰-6系列,运-20早期款,伊尔-76都用这款发动机。
涡扇-18自重2000千克,最大推力预计到达14吨,相比D-30效能提高不少,而且使用寿命也得到大幅增强。涡扇-18量产后基本解决了运-20和轰-6系列的发动机问题,同时也为未来运-20的量产提供了保证。
运-20最初使用四台D-30发动机,最大起飞重量是220吨,满载航程4400公里,最大航程7800公里,有效载荷66吨。
那么运-20A使用了涡扇-18发动机后,一是发动机自重轻了2800千克,四台最大推力增加了6吨,这样使得运-20A的性能得到一定的提高。
因为没有具体的最大载油量和自重,我们就以C-17分析:
C-17用wiki数据是48.28%,用数据45%估计,220吨就99吨,200吨就90吨。
最大载重30%,那就是60-66吨。
那么220-99-66,那么运-20的最大载油量在55吨左右。
那么涡扇-18搭配到轰-20上如何呢?
轰-20搭配四台涡扇-18性能分析
在分析性能之前,首先确定轰-20是多少吨级的。
目前我们已经有200多架轰-6系列轰炸机,以最先进的轰-6N为例,不加油最大飞行距离9000公里,作战半径超3000公里,最大起飞重量75吨,最大载弹量12吨。算是入门级的准战略轰炸机。
再看看国际上的主要战略轰炸机:
美国:158架
B-2A:20架,隐身战略轰炸机,最大载弹量22吨,最大起飞重量170吨,最大航程12000公里,曾创下连续飞行45小时记录。亚音速。
B-1B:62架,战略轰炸机,最大航程12000公里,最大载弹量60吨,最大起飞重量216吨,可超音速飞行。
B-52H:76架,战略轰炸机,最大航程16000公里,最大载弹量31吨,最大起飞重量220吨,亚音速。
俄罗斯:166架。
图- 95MS:现役约36架,已全部完成升级,常核兼备,可携带巡航导弹,载弹量25吨。最大航程15000公里。涡桨发动机飞机。
图-22M:现役约114架,最大优势就是超音速战略轰炸机。载弹量12吨,最大航程12000公里。
图-160战略轰炸机:现役16架,最新改进型服役。图-160改进型的起飞全重将达到300吨,最大作战半径超过7600公里(航程16000公里),最大速度2.5马赫,最大载弹量45吨。其更为庞大的弹仓可以容纳16枚远程巡航导弹(例如KH101或者KH555式),这些巡航导弹均可挂载核弹头。导弹射程加上飞机航程,让图-160改进型具备了强大的战略威慑能力。
B-2A/B-52H/B-1B同框
轰-6
通过国际上主要的战略轰炸机的性能分析:轰-20首先达到
1、12000公里的航程
2、200吨级的最大起飞重量,载弹量达到30吨。
我们目前只有涡扇-18,以同样220吨级的运-20来分析,运-20自重约99吨,最大有效载重66吨,最大载油量55吨。
那么轰-20如果是220吨级的,可以把最大有效载重的66吨,变为30吨的载弹量,剩余的36吨加到载油量上,那么轰-20最大载油量可以达到90吨,运-20的最大航程为7800公里,加上这36吨的油,可以达到13000公里以上的航程。
当然这只是当下战略轰炸机的性能,相比图-160的最大起飞重量300吨,2.5马赫的超音速飞行,或者B-2A的隐身,轰-20能实现吗?
图-160
B-2A
战略轰炸机的未来是超音速飞行+隐身
超音速飞行提高的是轰炸机的摆脱能力和突防能力,隐身是提高轰炸机的突防能力。对于轰炸机的隐身和超音速飞行是未来轰炸机的发展方向,但目前更多的议论是不能完美实现,只能选择其一。目前也没有一款实现隐身与超音速完美结合的大飞机,轰-20能实现吗?
1、超音速飞行
图-160和B-1B都能实现超音速飞行,从两者的气动布局来看,也是非常相似。B-1B其实就是小一号的图-160。
图-160采用冀身融合体设计,机翼为变后掠翼;装4台加力涡轮风扇发动机,成对地装在机翼下靠近飞机重心的两个发动机短舱内;十字形尾翼;武器舱位于机身中部。相似的总体布局表明,设计者均想通过采用同样的办法来解决一个共同的问题,即将轰炸机航程远、续航时间长和武器载荷大的特点与低空高亚音速和高空高超音速突防能力结合起来。从FB-111、“逆火”到B-1B和图-160,变后掠翼布局已成为解决这一问题的唯一途径。
B-1B
图-160
2、隐身
我们再看B-2A隐身轰炸机的设计布局:飞翼设计
为了减少雷达发射面,B-2A取消了垂直尾翼和控制翼面,这样就能实现了隐身,但是相应的问题就是B-2A的机翼的厚度更大,影响超音速飞行。其实B-2A设计之初就没有考虑超音速飞行,因为B-2A的四台四台GE公司的F-118非加力涡扇发动机,单台最大推力8.6吨,发动机重量为1.452吨,推重比5.9。F-118发动机,其实就是在F-110(用于F14、F15、F16等美国主力战机)涡扇发动机的非加力版,增加了风扇压比和空气流量。美国人依靠一向强大的航空发动机技术,专门为21架B2研发的一种特殊的“小众”发动机。四台F-118相加,最大推力可以达到34.5吨,在B-2A满载170吨时,仍然可以到达20%的最小推重比,让B-2A安全飞行。但是就是不能超音速飞行。
这有B-2A的设计定位问题,也与当时的科技水平有关,毕竟B-2A是上个世纪的一款作品,当时的设计已经是顶尖了,但是进入新世纪后,隐身设计和隐身材料等方面都有了长足的发展,如出现了更多的五代隐身战机和隐身无人机。
攻-11
飞翼布局隐身设计经过了几十年的发展,已经是非常成熟了,从未来空中网络体系编队来看,隐身轰炸机、隐身战机、隐身无人机会是方向,那么现在隐身战机和无人机已经大行其道,隐身轰炸机也是首选,因此轰-20也需要隐身设计。
从中国隐身战机设计经验和隐身材料的研发成果来看,轰-20的隐身已经没有问题。那么最大的问题就是能否超音速飞行?
从轰-20曝光的锦鲤图片来看也是隐身设计。
从曝光的图片来看也是飞翼设计布局
3、轰-20要想实现超音速飞行,需要具备两大条件:大推力发动机、飞翼布局超音速飞行
大推力发动机
涡扇-18虽然最大推力只有14吨,比图-160的HK-32最大25吨的推力相差不少,但是图-160是300吨级的战略轰炸机,我们以200吨级的B-1B为例分析:
B-1B装备的是通用电气公司的F101-GE-102加力涡扇发动机,单台最大推力8吨,加力推力13.6吨。实现最大起飞重量216吨,开加力可实现超音速飞行。
再看涡扇-18的最大推力为14吨,轰-20是200吨级的,因此轰-20装备四台涡扇-18加力发动机,就能实现超音速飞行。
B-1B
飞翼布局超音速飞行如何实现
飞翼布局的优点:提高的空气动力效能和结构效率。简单了说,就是更小的推力,更小的油耗,达到更远的距离。
因此飞翼布局对动力要求更低,这一点也是选择飞翼布局的一个原因,在去年大阅兵亮相的隐身无人机攻-11就是飞翼布局的作品。这也说明了我们具有飞翼布局的设计能力。相对发动机来说,我们的隐身、飞控、航电、材料技术,比动力技术更有实力。而且我们有世界顶尖的风洞体系,能设计出最优化、最合理的气动外形。因此飞翼布局对我们意义其实更大,更有利于我们扬长避短。
我们以B-2A和B-52H为例,这两款都是约0.75马赫亚音速轰炸机,B-2A最大起飞重量为170吨,只需要4台,而最大起飞重量220吨的B-52H需要8台,效率差异一目了然。而由此带来的航油消耗差异和结构差异,飞翼布局的高效率就一目了然。
B-52H装了八台发动机
彩虹-7
飞翼布局的缺点:
飞翼布局的最大问题就是飞控困难。由于取消了尾翼和相应的控制翼面,尽管减小了阻力,但也带来了飞机姿态控制上面的许多问题。因此飞翼布局的飞机,机动性就没法平衡。而且进入音速之后机翼厚的设计就会出现阻力大的问题,这一会影响飞行速度和油耗。
所以对于飞翼布局是否可能实现超音速飞行,传统观念是认为难以实现的,但是目前已经有大量的研究工作正在围绕超音速飞翼展开,飞翼布局超音速的问题不是没有解决方案的。
如:超音速双向飞翼布局、异形飞翼布局等
双向飞翼布局
异形飞翼布局
总结:轰-20装备涡扇-18发动机性能参数
1、超13000公里航程
2、隐身设计
3、最大起飞重量200吨级
4、可以达到30吨以上载弹量
5、载油量可以达到90吨。
另外轰-20装备涡扇-18具备超音速飞行的动力基础,但要想实现超音速飞行还需要解决飞翼布局的设计革新。
因此轰-20迟迟没有和大家见面,一个重要的原因可能就是气动外形飞翼布局设计的问题。但是相信我们的航空科技人会很快给予我们一个惊喜的。



