搞航空的人都知道一句話:飛翼和超音速,天生八字不合。
這不是誰(shuí)拍腦袋說的,是美國(guó)和俄羅斯拿幾十年、幾千億美元的真金白銀試出來的結(jié)論。
你看美國(guó)的B-2,全球公認(rèn)的隱身標(biāo)桿,整架飛機(jī)就是一片翅膀,雷達(dá)幾乎看不見它。但代價(jià)是什么?最大速度只有0.95馬赫,連音速的門檻都摸不到。
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再看俄羅斯的圖-160,兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)一開,2馬赫往上跑,快是真快,但那個(gè)龐大的身板往天上一擺,現(xiàn)代雷達(dá)隔著幾百公里就能把它鎖得死死的。
一個(gè)能藏但跑不快,一個(gè)能跑但藏不住。兩個(gè)超級(jí)大國(guó)各選了一條路,誰(shuí)也沒能把這兩件事捏到一塊兒。久而久之,這就成了航空界默認(rèn)的"鐵律",你別想了,飛翼布局就是飛不了超音速。
但最近南京航空航天大學(xué)公開的一項(xiàng)研究成果,直接把這條"鐵律"給掀了。
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要理解這次突破有多重要,得先搞明白飛翼布局到底卡在哪兒。
傳統(tǒng)飛機(jī)有機(jī)身、有尾翼,各個(gè)部件之間相對(duì)獨(dú)立,結(jié)構(gòu)上互相"撐著"。
但飛翼布局不一樣,它為了隱身,把尾巴砍了,把機(jī)身也融進(jìn)了機(jī)翼里,整架飛機(jī)就是一整塊又長(zhǎng)又薄的翼面。這種設(shè)計(jì)對(duì)雷達(dá)散射截面的控制是極好的,但帶來了一個(gè)要命的結(jié)構(gòu)問題。
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學(xué)術(shù)上叫"剛-彈耦合顫振",說人話就是:飛機(jī)飛快了以后,機(jī)身整體的運(yùn)動(dòng)和機(jī)翼自身的彈性變形會(huì)互相影響、互相放大。速度越快,這種"互相拉扯"就越劇烈。到了某個(gè)臨界點(diǎn),整架飛機(jī)會(huì)劇烈震動(dòng),嚴(yán)重的話直接在空中解體。
這不是理論推導(dǎo),歷史上因?yàn)轭澱駥?dǎo)致的空中解體事故不在少數(shù)。所以美國(guó)在設(shè)計(jì)B-2的時(shí)候,壓根就沒往超音速方向想,直接把速度上限定在亞音速區(qū)間,從源頭上回避這個(gè)問題。B-21走的也是同樣的路子。不是不想快,是真不敢快。
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南航胡海巖院士和黃銳教授團(tuán)隊(duì)這次做的事,思路上跟以往完全不同。
過去業(yè)內(nèi)想解決顫振問題,第一反應(yīng)就是"加固",把機(jī)翼做厚、用更硬的材料、增加內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)。但這條路對(duì)飛翼布局基本走不通。機(jī)翼一加厚,重量上去了,氣動(dòng)外形變了,隱身性能也跟著打折扣,等于拆東墻補(bǔ)西墻。
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中國(guó)團(tuán)隊(duì)換了個(gè)角度。他們沒有動(dòng)飛翼的結(jié)構(gòu),而是在飛機(jī)上裝了一套主動(dòng)顫振抑制系統(tǒng)。
具體來說,就是在機(jī)體關(guān)鍵位置布設(shè)傳感器,實(shí)時(shí)采集飛行中的振動(dòng)數(shù)據(jù),然后通過算法快速判斷當(dāng)前的耦合狀態(tài),再驅(qū)動(dòng)飛機(jī)上已有的操控面做出精準(zhǔn)的反向調(diào)節(jié),把剛剛冒頭的危險(xiǎn)振動(dòng)壓下去。
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整個(gè)過程不需要額外加裝沉重的硬件,不需要改變飛翼的氣動(dòng)外形,純粹靠傳感、計(jì)算和控制三個(gè)環(huán)節(jié)的配合來解決問題。
用最通俗的比方說,以前的辦法是給飛機(jī)"穿鎧甲",現(xiàn)在的辦法是給飛機(jī)裝一個(gè)"平衡神經(jīng)系統(tǒng)",讓它自己感知危險(xiǎn)、自己調(diào)整。
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團(tuán)隊(duì)同步研發(fā)出了國(guó)內(nèi)第一套擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的剛-彈耦合飛行力學(xué)建模軟件。
這套軟件此前國(guó)內(nèi)沒有,相關(guān)領(lǐng)域長(zhǎng)期依賴國(guó)外的工具和方法,現(xiàn)在這個(gè)空白補(bǔ)上了。更關(guān)鍵的是,他們還造出了展弦比超過10的柔性飛翼無人機(jī),并且完成了飛行試驗(yàn)驗(yàn)證。
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展弦比超過10是什么概念?簡(jiǎn)單說就是機(jī)翼特別長(zhǎng)、特別窄,柔性極大,是最容易出現(xiàn)顫振問題的構(gòu)型。拿這種"最難的題"去驗(yàn)證,通過了,說明技術(shù)的可靠性是經(jīng)得住考驗(yàn)的。
這已經(jīng)不是實(shí)驗(yàn)室里的理論推演,而是走到了工程驗(yàn)證這一步,離實(shí)際裝備轉(zhuǎn)化有了實(shí)實(shí)在在的基礎(chǔ)。
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戰(zhàn)略轟炸機(jī)是大國(guó)博弈中的"壓艙石"級(jí)裝備,全世界能獨(dú)立研制的國(guó)家一只手?jǐn)?shù)得過來。
長(zhǎng)期以來,這個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和發(fā)展方向基本由美俄兩家說了算。美國(guó)走隱身路線,俄羅斯走速度路線,其他國(guó)家要么選邊站,要么干脆不參與。
中國(guó)這次的突破,本質(zhì)上是跳出了美俄劃定的技術(shù)框架。不是在"隱身"和"速度"之間二選一,而是找到了一條兼顧兩者的新路徑。
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如果這項(xiàng)技術(shù)最終應(yīng)用到下一代戰(zhàn)略轟炸機(jī)上,意味著中國(guó)將擁有一款既能悄無聲息穿透防空網(wǎng)絡(luò)、又能在必要時(shí)以超音速快速突防和撤離的遠(yuǎn)程打擊平臺(tái)。
這種能力,目前全球沒有任何一款現(xiàn)役轟炸機(jī)能夠同時(shí)具備。美國(guó)的B-21雖然隱身性能更進(jìn)一步,但速度依然被限制在亞音速。俄羅斯正在推進(jìn)的PAK-DA項(xiàng)目,目前公開信息來看也是走的亞音速飛翼路線。
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如果中國(guó)率先實(shí)現(xiàn)飛翼超音速,那在戰(zhàn)略轟炸機(jī)這個(gè)賽道上,將是一次實(shí)質(zhì)性的"變道超車"。
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但有一點(diǎn)是確定的:飛翼布局"天生飛不了超音速"這個(gè)結(jié)論,從今往后不成立了。
中國(guó)團(tuán)隊(duì)用實(shí)際成果證明,這個(gè)所謂的"鐵律"不是物理定律,而是技術(shù)手段不夠時(shí)的妥協(xié)。當(dāng)技術(shù)手段跟上了,妥協(xié)就可以被打破。
半個(gè)世紀(jì)的技術(shù)死結(jié),被一種完全不同的思路解開。不靠蠻力加固,靠智能控制化解。這件事本身,可能比最終造出什么型號(hào)的飛機(jī),更值得被記住。
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