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UC头条:X59静音超音速技术飞机,采用了前所未有的四翼面布局

 朝_五_晚_九 2022-05-07 发布于湖北省

#头号周刊#最近网上流传一架体形新异的飞机——X-59QueSST,它是由美国宇航局NASA和洛克希德・马丁公司共同研发的。据报道,这是一款技术验证机,其旨在验证它的静音超音速技术,该技术可将音爆的响度降低到对地面上的人来说只是轻轻的'砰砰'声;并且NASA与各个社区达成了密切合作,旨在以超音速(约660mph)的速度飞行时,不会产生让地面人员烦恼的音爆。据说正加班加点,准备年底进行试飞。

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X-59长28.65米,翼展9米,最大起飞重量14.7吨,虽然NASA是一架全新理念的飞机,但为降低研发难道与提高可靠性,它还是采用了众多的成熟技术,比如X-59采用了许多成熟飞机的零部件:来自F-16战斗机的起落架、T-38教练机的驾驶舱盖、U-2高空侦察机的推进系统部件F414-GE-100发动机和F-117攻击机的操作杆。

X-59QueSST的设计理念的新就新在静音超音速技术理念,不但超音速,而且还“静音”,X-59可在1.68万米的高度上超音巡航,当以1.42马赫的最高速度飞行时,发出噪声的大小地面上人听到只相当于关车门。因此需要在气动布局上引入新的设计理念。X-59QueSST飞机采用了前所未有的四翼面布局,即鸭翼+三角形主翼+T形尾翼,而且在T形尾翼的下面,主翼的后上方还有一对“尾翼”,这种气动布局实际上是将现有翼形的优点汇集于一身,另外,它还有一个最大的特点,那就是那个长长的鸭嘴形机头,其长度占据整个机身的1/3。

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X-59QueSST的四翼面布局一目了然

一直以来,许多人对超音速飞行时产生的音暴似乎已习以为常,也认为无法避免,甚至还成了力量的象征。其实这是一种能量损耗,也是对有飞机极大的损害。音暴并非不可避免的,它的形成是当飞机的速度超过1马赫时,飞机的速度比声波扩散的速度要快,导致多个声波叠加在一起,从而产生类似爆炸的巨大噪声——音爆。但是通过对飞机机身的设计,让马赫环的强度减弱,但数量有增长,并均匀分布于机身,逐序后推,保证它们不叠加在一起,这样音爆的噪音将减去不少,X-59QueSST长度超过30米,其扁平的机头更是长达9米,所以飞机的细长比极大,其目的也是为了快速地穿过音速,将音暴甩在身后。

然而这只是避免了马赫环的叠加,减少了音暴的强度,而且这部分音暴本身就是能量,是高度压缩的空气,如果能将其利用,不但降噪,而且节能。而X-59QueSST的机尾的双尾翼设计就是这么个理念。别不信,先看三张图:

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图一

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图二

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图三

图一为X-59QueSST研证模型的尾翼结构,图二为M21与D21的组合体,图三为我国腾云计划中的“I”型高超音速轨道器。他们是不是有很大的相似性。“I”构型具有高升阻比、高升力系数和高容积率,有利于航天器大型化,据报道:实验结果表明,其在大容积率(约0.175)条件下可获得超过4.5的升阻比,且在最优升阻比条件下的升力系数较乘波体提高达60%左右。当然,有人会问,“I”构型是高超音速飞行体的结构,而X-59QueSST只是超音速飞行,这不是一码事。这就需要考研一下它的升力原理,“I”构型是利用高度压缩气流产生升力,所以在原理上是来耦合的。事实上美国用一台10吨级的F414发动机去推动一架比F/A-18E/F还要大的X-59做超音速巡航,可见其升力系数之高。

顺别说一下的事,早在上世纪70年代,美国已在M21与D21的组合飞行中获得一定经验,据说当时速度一度达到5马赫,但由于当时的航电无法控制,就把这种研究放下了,结果被我们抢了个先,搞了个“过于先进,不宜展示”。所以美国上世纪在气动上是有不少摸索的,比如前不久美国还搬F16XL的三因机翼,这都是不错的气动,只是高处不胜寒,得了老寒腿。像这些气动重新来搞,其实就是落后了,其成熟期将是很漫长的。

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如此看来,鸭翼产生涡升力,三角翼本身就是一个大升力体,再上“I”升力体结构,这是将当今世界最先进的升力理念汇集于一身,可见其操控系统之复杂,特别是鸭翼的脱体涡在三角翼上飘过后,飘向“I”构型时,会不会有副作用。

不管怎样,这么先进的设计理念,说是去搞一款民用客机,个人认为没有多少人相信,事实也是,2018年6月27日,美国空军授予这款安静超音速试验飞机“X-59”的数字编号。NASA也随即发布了该项目的LOGO。假如在此基础上发展一款静音超音速轰炸机,相信比可变可掠翼要好上不少。因为这样的设计不但超音速,而且可以对压缩气流的进行再利用,意味着它不但速度快,而且航程远、载荷多。

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