“滚回绘图板”被淘汰的飞行器方案 294

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洛克希德-马丁 HWB

LM RCEE

2012年，洛克希德·马丁公司在美国空军研究实验室（AFRL）能源效率革命性配置（RCEE）计划的第二阶段提出了一个混合动力飞翼方案，RCEE从2019年启动第一阶段，第二阶段将从2012到2015年，当时没有人能够知道这会成为一个为期十年的大项目的起点。@nordland 今日头条 原创首发

LM RCEE展示模型

去掉复杂句式和生僻词，RCEE的本质要求很简单：帮美军省油。当时五角大楼每年消耗近4亿加仑各种油料超过百亿美元，这是一笔不小的开支和巨大的风险。C-17按计划在2033年开始退役。RCEE的目标是提前布局接班机型，提供美国空军2035年左右的战略运输机。鼬厂当时提交了一个飞翼概念，有效载荷能力为220,000磅，介于波音C-17和洛克希德·马丁C-5之间。

机身和机翼融合为大飞翼造型但多了一个洛克希德风格的T型尾翼，保留了传统的中央货舱尾部货舱跳板，便于利用现有的货舱管理和装载体系。发动机布置在尾翼两侧的机翼上方，当年考虑了GE的桨扇引擎或者罗-罗的UltraFan概念。预期在2014年开展风洞测试。这个方案的名称并没有流出，当时的《航空周刊和空间技术》杂志简单的称其为LM RCEE。

LM RCEE

洛克希德-马丁 HWB

两年以后，这个飞翼再次回到公众视野，此时，这个方案已经使用混合翼体（HWB，Hybrid Wing Body）的名称。双引擎HWB设计用于在不到6,500英尺的高度起飞，飞行3,200海里，携带220,000磅的有效载荷，包括洛克希德C-5现在空运的所有超大型货物。

装载方案

洛马在此时已经进行了大量的计算和风洞工作，NASA和美国空军研究实验室（AFRL）协助公司进行了跨音速风洞实验，公司的宣传材料中宣称通过更好的空气动力学、更新的发动机和更轻的结构，HWB可以比C-17节约70％的燃料。每年将节省4亿加仑的燃料，并且能够承担战略运输和空中加油的双重用途。洛克希德同样强调了保留的传统货仓和尾部装载设备的价值。

HWB研究的特点是使用计算流体动力学（CFD）工具进行高度的空气动力学优化，而这些工具在今天的C-17和洛克希德C-130和C-5空运机队设计时是不可用的。洛克希德航空工程师安德鲁·威克（Andrew Wick）说，从最初的0.7马赫数开始，使用CFD进行广泛的形状优化将巡航速度提高到0.81马赫，并将跨音速阻力降低了45%，洛克希德航空工程师安德鲁·威克（Andrew Wick）说，洛克希德估计该飞机的空气动力学效率比C-17高65%，C-17受到其1980年代设计和短距起降（STOL）能力要求的惩罚。HWB的效率比C-5高30%，洛克希德公司表示，它甚至能够实现比波音787高5%的空气动力学效率，尽管马赫数较低。

HWB桌面模型

这种效率来自几个来源。首先，混合的前机身承载了25%的升力，并将机翼根部移出舷外，在不增加机翼重量的情况下延长跨度并减少阻力。展度升力分布得到改善，机翼纵横比增加到12，以达到传统展弦比9机翼的重量，同时，后机身确保飞机与当前的装载和空投操作兼容 - 对于像BWB这样的纯飞翼设计来说，这是一个挑战，胡克说。与纯BWB相比，传统的T型尾翼会产生5%的阻力损失，但提供了强大的控制，并避免了为飞翼开发新的控制效应器和算法的成本和风险，以实现短距起降并管理空投重载时的突然重心（CG）偏移。

三视图

已经确定了三个潜在的引擎方案。包括已上市通用电气的GEnx，与C-17和C-5M发动机相比，比油耗（sfc）降低了25%。罗-罗的概念 Ultra Fan 的 SFC 降低了 30%，并可能在 2030 年上市。第三种是GE开式转子，可能在2025年之后上市，SFC降低35%。洛克希德公司计算，结合改进的空气动力学效率和更轻的重量，较低的SFC导致HWB比配备GEnx发动机的C-17少燃烧70%的燃料，使用超级风扇减少75%的燃料消耗，使用开放式转子减少80%的燃料。

风洞模型

后机身旨在在后伞兵门和货物坡道周围提供平滑的流场，类似于C-5。尾翼的尺寸可以处理 20% 的重心调整，与 C-5 相同。飞机的设计使得在巡航中不需要尾部进行配平，从而避免了阻力损失。HWB设计的一个不寻常的方面是混合的加压和非压机身。一些货物在未加压的外舱中运输统一通过后仓托盘坡道装载，使用滑轮地板移动，然后侧向穿过机身门，进入非压的外舱。结果是加压机身比C-5更小更轻，尽管载货能力相似。洛克希德公司计算出HWB的结构比传统设计轻18%。

另一个非常规元素是机翼后缘上方的发动机位置，这个位置的选取经过了广泛的计算和风洞测试。由于对机翼的跨音速干扰，长期以来在飞机设计中一直避免使用机翼上短舱。洛克希德公司研究了安装在多个位置（机翼前缘下方和上方、后缘上方和机身后部）的发动机的巡航干扰阻力，并生成了超过 15,000 个 解决方案。结果表明，无论发动机类型如何，将机舱安装在内侧后缘上都提高了升阻比，与传统的翼下位置相比，空气动力学优势高达5%。

不同发动机位置的计算

不同发动机位置的风洞测试

潜在的发动机直径从GEnx的11.8英尺到开放式旋翼的21英尺不等，但“机翼优化到对所有三个发动机的形状相同，从而允许发动机模块化安装，翼上发动机的布局突出了对大直径发动机适应性好的特点。

机翼上的安装还有其他好处。机舱前方的长翼弦杆充当流量矫直器，以减少入口湍流，并屏蔽地面方向的风扇噪音。后缘的悬垂意味着发动机仍然可以方便地进行维护和拆卸。翼上发动机同时还缩小了尾翼。

将发动机短舱放置在机翼后缘上还具有动力升力的好处，进气流在机翼上提供了大量的升力，这与C-17中发生的翼下发动机吹过偏转的襟翼产生的高压区域具有类似的效果，翼上发动机实现类似的最大升力系可增加15%。为了提供短距起降能力，多余的燃料量可以换成襟翼吹气，以创建循环控制机翼，就像洛克希德公司为AFRL的Speed Agile计划开发的STOL空运机概念一样。另一种可能性是将推力向下偏转，使用发动机后部的襟翼，使用F-35B式旋转喷嘴进行核心流矢量，或者在襟翼展开时旋转发动机。

机翼后缘布置发动机并不是唯一选项，NASA和AFRL还资助洛克希德公司使用公司使用CFD分析工具来研究HWB分布式推进的空气动力学优化，这个方案里使用多个较小的风扇，这些风扇将集成再混合机翼内部。

使用分布式推进的HWB方案

AFRL资金支持下的HWB研究在2017年结束。2016年洛马宣布在结束前试图推进一项载人HWB演示飞机的计划，但未获成功。

随后HWB参与了NASA的超高效亚音速运输研究未来商业货机研究项目，这个项目是NASA雄心勃勃的10年研究计划“新航空地平线”（New Aviation Horizons）研究的一部分。根据NASA预算，计划在2020年之后飞行50%比例的混合翼体演示飞行器，HWB将可能作为大型X飞机系列中的第二架。洛马和其他四个竞争对手随后获得了一份为期6个月的合同。

2017年NASA就宣布，选择下一代X飞机将是一场公开竞争。但这场竞争演变成一场“持久战”一直推迟到了2023年7月NASA才宣布结果，可持续飞行演示器项目生产的飞机已确定为X-66A，这架全尺寸验证机以波音的桁架机翼概念为基础。落马的HWB出局。

波音 X-66A

2022年，五角大楼重返混合翼体（BWB）飞机设计市场，以期建造一架全尺寸演示飞机，并在2026年之前飞行。美国国防部将通过寻找相关设计概念进行进一步研究来启动这一最新举措，重点关注这些配置可以提供的效率优势。该项目可能会影响未来的空中加油机和空运计划，美国空军过去已经为这些角色探索了BWB设计，包括隐身类型。

BWB其实就是翻版的RCEE，这个项目仍然追求“至少减少60%的任务燃料消耗”的运输机和加油机，目前为止洛马的混合翼体HWB仍然是竞争概念之一，外界还不知道五角大楼会在什么时候做出决定，但小道消息倾向于波音的BWB飞翼 。最近几年美国军工的竞争体系已经从谁强谁赢转变为谁快死了谁赢，波音岌岌可危的经营状况反而变成了竞争力。所以洛马这个混合翼体很有可能继续靠边站，留在绘图板上。@nordland 今日头条 原创首发