HWB：油耗降90%成为可能

梁英

通常情况下，飞机性能驱动军用飞机设计决策，能源消耗对飞机设计的影响是次要的。但随着燃料成本的提高以及预算的减少，这种状态正在发生转变。能源正迅速成为限制设计中的关键制约因素，这可能重塑飞机设计观念。

美国空军研究实验室的高能效颠覆性布局项目（RCEE）表明：显著降低燃油消耗将可能是飞机设计观念的最大变化。RCEE项目的第1阶段于2009年11启动，该阶段的目标是下一代空中运输队的燃油消耗比现在降低90%。2011年启动了RCEE项目的第二阶段，该阶段将持续到2015年，在这阶段，各公司将研究特殊的飞机布局来降低燃油消耗。

洛克希德·马丁公司为了达到燃油消耗减少90%的目标，在第一阶段对飞机布局以及各种技术进行了大量的研究，研究表明翼身融合混合布局（HWB）可能对降低燃油消耗具有最大潜能。在第二阶段，洛马公司进一步细化了HWB概念，HWB概念是翼身融合布局和传统布局的结合，机体前部采用翼身融合布局，这种布局具有高效率的空气动力和结构，后部采用机身加尾翼传统布局，这种布局有利于运输机的空运特别是空投。

采用双发的HWB布局的飞机可以携带100吨的有效载荷，起飞距离不到1981米，飞行距离可达5926千米。由于HWB采用了新型发动机，具有高效的空气动力学性能和更轻的结构。与波音公司研制的C-17运输机相比，HWB布局飞机将可以降低70%的燃油消耗，而空气动力学效率要高出65%。与C-5运输机相比，HWB布局飞机空气动力学效率要高30%，与波音787相比，HWB布局飞机即使在低马赫数下气动效率要高出5%。

HWB设计的不寻常之处是翼身融合机身前部有一个圆形的增压机身。装载在外部非增压舱里的货物可以放在后斜板上通过传送滚筒往前移，再通过机身侧门进入外部货仓。这就可以使得HWB布局的增压舱机身在货仓体积相同的情况下比C-5运输机机身更小、重量更轻，HWB布局的结构要比传统设计轻18%。

据洛克希德·马丁公司计算，HWB布局的飞机由于空气动力学效率高以及质量轻，比C-17分别安装低油耗GEnx发动机、超级风扇概念发动机、开式转子发动机的燃油消耗要低70%、75%、80%。虽然GEnx发动机、超级风扇概念发动机、开式转子发动机的直径大小各异，但通过外形优化，同一架飞机可以根据需要模块化安装不同的发动机。

HWB布局飞机的另一个非传统特点是发动机安装在机翼后缘上方。一直以来，飞机设计都避免采用这种安装方式，因为这种安装方式会在跨声速时引起机翼不利干扰，但采用这种安装方式的本田喷气公务机就很好得优化了这种设计。

洛马公司对发动机安装在机翼前缘、机翼后缘以及前机身位置时的巡航干扰阻力进行了研究。研究结果表明，发动机短舱安装在机翼后缘有利于提高升阻比，不论什么型号的发动机，发动机安装在机翼后缘上方的空气动力学效率要比翼下安装的常规布局高5%。

为了提供短距起降能力，类似于洛马公司在美国空军研究实验室的速度敏捷项目中研究的短距运输机概念一样，过剩的燃油容积可以用来进行襟翼吹风产生环流控制。另外还可以像F-35矢量喷管一样，产生垂直升力。

如果C-17按计划在2033年开始退役，那么美国空军将要着手开始研究下一代战略运输机了，因为C-17运输机的研究就历时21年之久。