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美国空军的下一代隐形加油机

 铁马冰河雄关 2023-07-14 发布于北京

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JetZero公司设计的Z-5隐形加油机为F-35战斗机群加油的概念图

数十年以来,美国空军一直依赖于20世纪60年代的老式KC-135“同温层加油机”(一种采用波音707客机改装而成的加油机)和KC-10“延伸者”加油机(一种采用麦道DC-10客机改装而成的加油机)。现役共有394架KC-135和48架KC-10。这两种机型都非常老旧,其原型客机早已从美国航空公司中淘汰了。现在美国空军开始研发下一代的空中加油系统(NGAS)以帮助其空中加油机队实现结构重组,空军部长弗兰克·肯德尔将未来加油机的“生存能力”称为研发“重点”。

目前,一家新锐航空公司JetZero正在与国防承包商巨头诺斯罗普-格鲁曼公司合作,为美国空军设计一种新型加油机,空军希望拥有一支能为敌占区附近的战斗机和轰炸机提供燃料的加油机队,这些加油机将比传统的加油机更难被发现和击落。JetZero公司因应这一要求而推出的Z-5加油机采用了所谓的翼身混合设计,其外形类似于回旋镖和B-2隐形轰炸机。

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Z-5隐形油机在海面上空准备为F-35战斗机群加油的概念图

翼身混合的概念融合了机身结构和空气动力学的设计,减轻了机体的结构重量并降低了飞机飞行阻力,而且还使机体也能够像机翼一样产生升力。这种翼身混合式飞机的外形基本上就是一个大型机翼,没有水平尾翼和垂直尾翼,大幅减少了机体表面的湿面积,从而降低了机体的摩擦阻力和诱导阻力,所以该机比传统管形机身+机翼的气动设计更有效率。

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Z-5隐形油机与波音767客机的同比例轮廓比较图

Z-5的机体完全由复合材料制成,大大减轻了机体重量。JetZero公司表示,尽管该机的整体尺寸较大,但它的“重量和所需动力仅为波音767的一半”。这意味着Z-5可采用较小型的喷气发动机,因此比同类采用传统气动布局飞机的燃油消耗量减少了50%。而且由于该机的发动机位于机身顶部,对于地面上的人来说飞机的噪音会更小。

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Z-5民用客机概念图,注意其机体侧面的舱门和舷窗,以及机背天窗


翼身混合的飞机比传统飞机更节省空间,虽然机身较短但其内部容积却更大。Z-5的民用型号可搭载多达250名乘客,拥有宽阔的单层甲板和大展弦比机翼,其翼展接近200英尺(约60米)与空客A330相似。Z-5的机身比用波音767客机改装而成的最新加油机KC-46A“飞马”要短得多,但由于该机的燃油效率高,Z-5在执行最大航程任务时的载油量是KC-46加油机的两倍,同时该机的航程依旧可保持在5000海里(约9000公里)左右。

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Z-5民用客机的客舱内景概念图:宽敞的单甲板主客舱。在客舱顶部设置有天窗,两侧布置有可显示外景的数字屏幕;前客舱两侧有舷窗,尾客舱则有三

Z-5最有趣的特点之一是前起落架在起飞时可伸长数英尺,可使飞机在起飞滑跑时增加6°迎角,让翼身混合的机体也产生升力,放大了飞机升降副翼的效果。该设计是被动控制模式,不需要液压泵或致动器,使Z-5能够在起飞滑跑中更快地达到抬头姿态。这使飞机的起飞速度更慢,降低了飞机对大推力发动机的需求。机翼无需采用前缘增升缝翼,还可以减小后缘襟翼的尺寸。从而简化了机翼的结构设计。

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KC-46A“飞马”加油机正在向B-2隐形轰炸机加油

美国空军希望继KC-46A“飞马”之后再研制一种隐形加油机。所以Z-5的设计是隐身的:其翼身混合设计使得机体几乎没有垂直表面能产生明显的雷达回波,而没有尾翼和垂直安定面的气动设计也将挫败敌方的雷达探测。发动机的位置是该机最不隐身的地方,不过这可以通过增加该机的飞行高度来解决,而且该机宽大的机身可以屏蔽敌方雷达对发动机的探测。此外,该机还可能装备一套机载激光防御系统,用于致盲或击落敌方发射的导弹。

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Z-5隐形油机为B-2隐形轰炸机加油的概念图

美国空军现在拥有一支由527架加油机组成的加油机队,包括已有66年历史的KC-135“同温层加油机”、KC-10“延伸者”和新型的KC-46A“飞马”加油机。据《空军杂志》报道,空军将购买179KC-46A“飞马”加油机和75架“桥梁”加油机,这些加油机除了KC-46A之外,就是LMXT(洛马公司提出的以空客A330多用途加油机为基础的新型战略加油机方案),这仍然会使空军目前的加油机数量减少273架。虽然空军可能不会购买273架隐形加油机,但空军可能至少需要200多架加油机,而且其中的隐形加油机将占一半。

虽然飞翼的概念由来已久,但自二战之前到如今,管状机身+机翼的气动布局一直主导着飞机设计。但Z-5飞机的出现和诺斯罗普-格鲁曼公司的支持意味着该型飞机已经准备好对常规飞机的设计进行重大革新。JetZero公司认为他们设计的Z-5飞机将在2030年代飞行,正好是美国空军需要隐形加油机的时候。

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Z-5隐形加油机为下一代隐形战斗机和隐形无人机加油的概念图

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