“轰-40”–4发130吨超音速隐身轰炸机的设想

该机是作者的YY,主要是讨论一下中型超音速隐身轰炸机的价值:

这个吨位的超音速轰炸机就是苏联的图- 22M “逆火”,西方当年长期叫它 图-26,当时全系列建造了将近500架,给当时我们与西方都造成了很大压力,主要是具备超音速突防能力,载弹达航程远,而在那个年代歼六追不上,只有红旗2低空导弹和100毫米高炮应付,压力很大;

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不过后来苏联解体后我国曾经考虑过引进该机进行反航母作战,但后来好像是觉得该机不具备隐身能力,单靠超音速突防容易被拦截,就没有引进,但具体情况不详,也无法考据,有了解的欢迎补充!

而在论坛时代当时还流传着一个歼轰18项目,主要特征是兰姆达机翼布局,不过该项目后来也停止;

但在这个吨位超音速轰炸机还是非常有价值,首先结构上不会像B1B,TU160这种超音速轰炸机结构那么复杂,“逆火”轰炸机在阿富汗战争期间就保持了较高出动率;而在载弹量航程上要比战术飞机强很多,价格上也低很多,产量近500架,如果集中使用威胁还是相当大的;

现在我们装备的轰-6虽然一直在改进,但还是有点老了,也需要新的替代了!

为此本文就设想一种4发隐身超音速轰炸机;最大起飞重量130 吨(参考逆火轰炸的126吨最大起飞重量),采用纯兰姆达无尾飞翼布局,没有平尾、垂尾,依靠机翼多段舵面搭配四台涡扇 15 矢量喷管完成全程姿态控制,日常以亚音速长途巡航为主要任务,同时保留 1.8 马赫极速突防能力,内置载弹上限 15 吨,最新版本涡扇 15 最大推力 20 吨,推重比0.6和F111轰炸机相当;

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先说一下这套方案优势,然后再讨论一下工程难题:

第一点就是隐身性能非常好,纯无尾兰姆达飞翼整机所有边缘统一平行,彻底消除垂直安定面带来的二面角散射源,侧面、后向RCS 非常小,再使用四台扁平化二元矢量喷管集中布置在后机身,发动机喷口遮蔽设计空间更大,红外辐射抑制效果更强。

动力充足,兼顾长航时亚音速巡航与1.8 马赫超音速冲刺,四台涡扇 15 合计最大推力80 吨,130 吨起飞重量下基础推力储备足够,常规亚音速巡航阶段不需要满功率运转,发动机维持低油耗经济工况,长时间滞空能力突出;

一旦需要突破敌方防空网,四台航发同时加力,能够稳定维持1.8 马赫超音速飞行,这是传统纯亚音速飞翼轰炸机不具备的突防能力,常规隐身飞翼为了省油完全放弃超音速,遭遇拦截只能被动规避;

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同时四发布局安全性很高,飞行途中任意一台发动机故障熄火,剩余三台航发依旧能提供足够推力让飞机平稳返航,远洋打击巡航的安全性远高于双发轰炸机。

机身空间充裕,可以使用15 吨大内置载弹需求,兰姆达一体化升力体机身内部完整贯通,没有尾翼结构挤占尾部空间,可以设计前后串联多组大型内置弹舱,15 吨弹药能够全部内置挂载,完全不用外挂破坏隐身,既能批量装填远程巡航导弹、高超音速对地打击武器执行战略打击任务,也可挂重型反舰导弹执行远洋反航母作战;

机身剩余空间还能布置超大容积整体油箱,搭配无尾布局更低的全流程配平阻力,亚音速巡航燃油消耗控制比较低,具备一定洲际打击能力。

整机供电与电子战承载能力比较强,四台涡扇15 附带的发电机能输出充沛电力,完全支撑大尺寸机载有源相控阵预警探测雷达、大功率全频段电子战压制设备、红外光电搜索跟踪系统同时工作,不用为了省电削减电子设备功率,单机就能完成自主探测、电子压制、隐身突防、远程打击全套任务,不需要全程依赖己方预警机配合。

搭配全动翼尖与四通道矢量控制,灵活性较好、紧急转向时依旧有充足操纵力矩,不会出现老式重型轰炸机笨重、转向迟缓的问题。也就是遇到敌方战斗机打得过就打,打不过就跑;

由于四发推力矢量可以向下偏转辅助增升,大面积兰姆达机翼低速升力表现优于小展弦比高速机型,即便满载15 吨弹药、加满内油达到 130 吨最大起飞重量,依旧能把起降滑跑距离控制在大型军用机场范围内,不需要特殊加长跑道,陆基部署灵活性更强。

接下来讲这套方案的巨大工程难度,首先是整机结构超重与刚度矛盾,四台涡扇15 连同配套进气道、矢量喷管、冷却管线、控制系统,相比双发布局会多出数吨基础死重,再加上 130 吨级机身框架、可承载 15 吨弹药的重型强化弹舱、大面积兰姆达机翼承力结构,如果不大量使用一体化钛合金、高端复合材料,整机空重极易严重超标,一旦空重失控,就会挤压燃油与弹药。

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同时大面积兰姆达机翼在1.8 马赫超音速飞行时会承受剧烈气动加热、巨大扭转变形,机翼根部要同时承担机身弯矩、四台发动机推力载荷,结构设计容错空间很小,材料加工与一体成型工艺要求非常高。

无尾飞翼搭配四发动力飞控难度也是非常大,这种大型无尾布局航向静稳定性差,低速飞行航向阻尼严重不足,再加上四台发动机微小推力差会持续产生额外偏航力矩,整机依靠机翼分段升降副翼、左右全动翼尖、四台可独立偏转的矢量喷管协同控制三轴姿态,所有操纵通道高度耦合,调整任意一组舵面或者单台发动机推力,都会同步干扰滚转、俯仰、偏航三个维度,对算法硬件要求都高,

所以实际工程中可以考虑在低速状态下使用收方式尾翼;

涡扇15 原本为双发战机设计,四台并列布置在机身两侧,四组进气道需要在亚音速、超音速、大迎角、侧滑全工况下保证每一台发动机进气气流均匀稳定,进气道曲面、分流结构需要重新全套设计。

后机身紧凑排布四套二元矢量喷管,高温管路、隐身密封结构高度密集,长时间1.8 马赫超音速飞行会持续产生大量热量,机身尾部热管理系统设计压力巨大,高温极易烘烤、剥落机身隐身涂层,必须增设复杂多层冷却通道。

四台航发差动推力调节、矢量同步控制的发动机数字控制系统需要全新开发;

兰姆达机翼多段活动舵面、全动翼尖转动缝隙、四组矢量喷管接缝,都需要柔性自适应密封蒙皮维持低可探测外形,整机活动部件数量是常规轰炸机的数倍,隐身涂层磨损、老化速度更快,每次出动后都要大面积检修修补隐身结构。

四台发动机同时检修、更换的工时、耗材成本成倍上涨,地勤维护工作量大幅增加

1.8 马赫长时间飞行会让机翼前缘、机头产生明显气动加热,需要大面积耐高温隐身新材料,材料研发与制造成本进一步增加。同时为兼顾超音速能力,机翼展弦比不能做得太大,对比纯亚音速飞翼,亚音速巡航升阻比会下降,同等油量下纯亚音速航程会低于无超音速能力的轰炸机。

最后测算这款轰炸机理论航程区间,先明确基础参数:最大起飞重量130 吨,内置载弹 15 吨,四台涡扇 15 亚音速巡航油耗优化,兰姆达无尾布局降低巡航阻力,扣除机体、航发、设备固定空重约 52 吨,满载弹药 15 吨,剩余燃油重量约 63 吨。 

纯亚音速0.8 马赫经济巡航工况,无空中加油: 全程平稳巡航、不进行超音速冲刺,升阻比最优,理论作战半径 4000 至 5000 公里,最大转场航程 10500 至 11000 公里; 

亚音速巡航为主,中途穿插一次短时间1.8 马赫超音速突防(约 300 公里冲刺距离): 超音速加力会大幅提升燃油消耗,作战半径缩减至 3800 至 4300 公里,转场航程 8600 至 9300 公里; 

如果进行一次空中加油,纯亚音速巡航转场航程能够突破13000 公里,具备准洲际战略打击能力;

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