俄罗斯“PAK TA”重型运输机

文/晨曦   2016-05-07 06:57:40


文/晨曦

据“今日俄罗斯”(RT)电视台网站3月19日报道,俄罗斯正在设计能够将阿玛塔主战坦克和弹药运送到世界上任何地方的新概念运输机,还在设计阶段的这种新概念运输机名为“PAKTA”,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,飞行距离可达7000千米,这将使俄罗斯实现全球军事快速反应能力。消息一出,立刻受到了世界各大媒体的关注,美国媒体甚至直截了当地质疑俄罗斯的新飞机能不能飞得起来。那么这种新飞机是不是真的具有超强的运输能力呢?

目前公开的“PAKTA”概念图是亚音速型

据俄媒描述,俄罗斯研制新型运输机是为了减少对乌克兰运输机制造商的依赖,特别是考虑到现在的乌克兰局势,和俄罗斯与乌克兰政府间糟糕的关系,计划中共同开发安-70运输机的计划已经泡汤。目前俄罗斯军用运输机的主力仍然是伊尔-76,已经无法满足未来雄心勃勃的需求。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。报道称,“PAKTA”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。“PAKTA”运输机主要任务之一就是运输“阿玛塔”主战坦克和其它重型军事装备,如自行火炮、防空导弹、导弹发射车和反坦克导弹战车。按照设计,“PAKTA”将带有自动化货物装载功能,能够在世界大多数地形投放人员装备。在外形设计上,“PAKTA”运输机与目前的主流运输机采用圆柱形机身和悬臂式上单翼的设计极为不同,将采用大胆的“飞翼”式布局。

“PAKTA”项目包括多款机型,除了上述的超音速机型外,最初的设计是一种亚音速运输机。这种亚音速运输机具有900千米/小时的巡航速度,可以将80吨以上的有效载荷运送到4500千米之外。该方案涉及宽体货舱的制造,可以取代现有的伊尔和安东诺夫运输机。从俄罗斯目前公开的“PAKTA”运输机的概念模型与模拟视频来看,指的就是这样一种亚音速的运输机,而真正的超音速设计还未正式公布。俄媒视频中出现的新概念运输机的有效载荷标明是90吨级,并非未来达到200吨的超级运输机。

亚音速型“PAKTA”的总体设计布局

从俄罗斯媒体发布的早期型“PAKTA”运输机概念方案来看,为了从根本上降低大型军用运输机的油耗,降低飞行成本,“PAKTA”是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,驾驶员的下视视野很开阔。该机机身从机头开始圆滑过渡,到尾部有一个明显上翘,这里布置了主发动机和大型V型尾翼。机身设计上采用“宽体”设计,以便在最小机身尺寸/结构重量的前提下,尽可能地加宽和加高货舱尺寸。该机的机身背部靠近V形尾翼的地方安装一台背负式的大涵道比涡扇发动机。该发动机兼具发电的功能,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两个巨大空腔内的两个巨大的电力驱动的风扇,其所产生的高速气流通过飞机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。大展弦比的机翼还有翼梢小翼。该机具有一定的隐身性能,置于机体上方的背负式进气道,可防止地面雷达探测到发动机叶片,两肋的风扇也是内置布局,可有效降低飞机的雷达反射截面积,不过大型V形尾翼会影响隐身效果。


◎“PAKTA”科幻的外形,以及藏在整流蒙皮下的电力驱动风扇


◎不同角度拍摄的“PAKTA”模型。靠一台发动机和两台电力风扇驱动如此大型的运输机,之前的运输机从来没有尝试过

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。货舱为四角修圆的近似方形的横截面形状,货舱宽度达7米,高4米,宽而高的设计可获得最大的货舱空间利用率和大型装备装载能力。采用较方横截面形状设计的另一大好处,就是因为机身底部扁平,所以货舱地板离地高度可以大幅降低。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。

“PAKTA”引入了先进的装卸管理系统和舱内装卸设备,可以实现“不需要机场的装卸保障设备完成全部作业”的“自装卸能力”。这套系统可以利用机身非常宽大的特点,同时进行装载和卸载操作,效率非常高。为了承受坦克装甲车辆等重型武器装备的重压,“PAKTA”的地板经过了特别加强,采用了纵、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,“PAKTA”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并显示出最佳装载位置。综上所述,大舱门、宽货舱、先进载荷管理系统、快速装卸系统等设计,是“PAKTA”运输机货舱技术的主要特点。


◎大尺寸的尾舱设计便于装卸大型武器装备

气动设计特点

“PAKTA”运输机的翼身融合设计能产生更大的升力、更小的阻力,油耗更低,有望成为未来更节能、更安静的飞机的代表。该飞机的设计是基于由机身提供大部分的升力。这样的设计可让飞机宽大的机身容纳下货物和机载人员,而消耗的燃料大大低于当今常规布局的飞机。一般的翼身组合体是由机翼与机身两个部件接合而成的。在机翼与机身的交接处,机身的侧面与机翼表面构成直角(或接近于直角),这样的组合,由于浸润面积大,阻力也较大。为了减少翼身组合体的阻力,“PAKTA”运输机翼身融合体的优点是结构重量轻、内部容积大、气动阻力小,可使飞机的飞行性能有较大改善。由于消除了机翼与机身交接处的直角,翼身融合体也有助于减小飞机的雷达反射截面积,改善隐身性能。其缺点是外形复杂,设计和制造比较困难。

“PAKTA”运输机的机翼采用超临界梯形后掠翼,这种翼型具有较高的启动效率,可以减小高速飞行时的阻力以提高巡航速度,特别适用于飞行速度在临界马赫数范围的高亚音速飞机,“PAKTA”能达到900千米/小时的巡航速度,超临界机翼功不可没。采用层流翼型的伊尔-76运输机,巡航速度较高时(一般约超过0.6马赫时),其机翼上因为气流速度超过音速,就会产生超音速激波,气流从稳定的层流状态变成紊流,导致飞行阻力增加,阻碍飞机飞行速度的提高。而超临界机翼,其上部较为平坦,下部前端为有鼓凸的流线弧形,至后端出现明显的变薄内凹,这样飞机处于巡航速度时,表面气流的超音速激波位置恰好出现在内凹区域,由于其对超音速气流的整流、扩压作用,使得超临界翼型可以大幅度减小有害的激波阻力,反而会使巡航升力有所提高。另外,超临界机翼的厚度相对较大,所以可以设置较大的机翼油箱,有利于增加飞机的航程;同时,较厚的机翼结构有利于增加强度和寿命,单位容积消耗的结构材料也较少,机翼虽然更厚,但实际上结构重量却比其它翼型低一些。


◎“PAKTA”的亚音速型有实现的可能,但超音速飞行且商载达200吨的未来型号实现起来有困难,除非外形有新的变化,动力装置的功率和数量也要增加

“PAKTA”的机翼翼梢设置有小翼。在飞行中,机翼下翼面的高压区气流会绕过翼梢流向上翼面,形成强烈的旋涡气流,并从机翼向后沿伸很长一段距离,它们带走了能量,增加了诱导阻力。翼梢小翼可以削弱这种阻力,它可以阻挡机翼下表面绕到上表面的绕流,削弱翼尖涡强度,从而有效增大机翼有效展弦比。因为翼梢小翼本身也是个小机翼,也能产生翼尖涡,方向与主翼翼尖涡相反,且与其距离很近。在黏性耗散的作用下,两股涡相互缠绕,互相对抗抵消,同样达到减少诱导阻力的目的。翼梢小翼还可以增加机翼升力及向前推力,推迟机翼翼尖气流的过早分离,提高失速迎角。翼梢小翼能使全机诱导阻力减小20%~35%,相当于升阻比提高7%,作为提高飞行经济性、节省燃油的一种先进空气动力设计措施,已在很多飞机上得到采用。

“PAKTA”采用大型V形尾翼,它由左右两个翼面组成,像是固定在机身尾部带大上反角的平尾。V形尾翼兼有垂尾和平尾的功能。翼面可分为固定的安定面和铰接的舵面两部分。呈V形的两个尾面在俯视和侧视方向都有一定的投影面积,所以能同时起纵向(俯仰)和航向稳定作用。当两边舵面作相同方向偏转时,起升降舵作用;分别作不同方向偏转(差动)时,则起方向舵作用。“PAKTA”未来计划发展的超音速机型也将采用V形尾翼。在超音速飞机上,由于机身比较粗大,为了保证飞机在高空高速飞行时仍有足够的航向稳定性,需要有很大的垂尾面积。如果采用双垂尾型式,可以降低垂尾高度,减小垂尾在侧滑时产生的滚转力矩,同时也可提高大迎角时的航向稳定性。


◎美国波音公司的X-48B无人验证机。据说该机也是美国探索下一代大型运输机的项目,同样采用飞翼布局。俄罗斯未来大型运输机设计明显受该机影响

起落架系统

起落架系统方面,为了适应条件复杂的野战机场或临时机场,“PAKTA”采用了承载能力较好的多轮式前三点起落架。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。

航电设备

“PAKTA”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视野开阔,拥有全景显示能力,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过程中实现辅助导航功能,帮助飞机全天候飞行;在条带模式和聚束模式下,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。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、发动机参数以及导航参数等。

结语

从动力系统配置来看,“PAKTA”运输机兼有喷气式运输机高速度和螺旋桨发动机的低油耗的优点,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。可以预测,俄罗斯未来的超音速运输机也将在“PAKTA”亚音速型的基础上发展而来。为了实现超音速、航程远、载荷大等目标,超音速的“PAK TA”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。相信俄罗斯在不久的将来就会推出技术难度较低的亚音速型,进而为超音速的超级运输机奠定基础。

[编辑/秦蓁]

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