2020-05-26 09:12         来源:空天防务观察
原标题：姜廷昀 ¦ 明人摸“象”！俄罗斯重型运输机方案“大象”离飞起来还差几步？

2020年3月26日，俄茹科夫斯基中央空气流体动力学研究院（TsAGI）称，被称为“大象”（Слон，发音相当于英语Slon，含义相当于英语Elephant）的重型运输机金属模型已在TsAGI的T-106风洞完成第一阶段空气动力学试验，验证了该模型在马赫数0.2～0.85的的空气动力学特征，包括俯仰角和马赫数的关系，以及尾翼、发动机短舱、起落架整流罩等对空气阻力的影响，同时还研究了模型在不同高度和方向的稳定性，测试了机翼的承载性和不同飞行构型等。试验结果符合最初的计算结果。该阶段试验主要目标是研究巡航速度下模型的空气动力学特征，用来优化气动外形。下一阶段试验将在T-102风洞中进行，研究在低马赫数下的空气动力学特征，包括侧向稳定性和转向舵效率等。


上图为2019年11月，TsAGI首次公开“大象”重型运输机金属模型，当时还没有完成尾翼和平尾的安装。中、下图为2020年3月。“大象”重型运输机金属模型在T-106进行风洞试验的照片（俄罗斯中央空气流体动力学研究院图片）

一、TsAGI“大象”项目基本情况

按照《俄罗斯国家航空工业2013－2025年发展规划纲要》的第7条“航空科学和技术”的规划，将提供经费支持开展实验性的飞机空气动力布局、设计、制造等研究。工业和贸易部设立“运输机技术2021”研究，支持开展了“开发用于下一代运输机的概念和布局解决方案”研究项目。2016年8月31日，TsAGI签订研究合同（编号№16411.1770290019.18.029），正式开展研究工作。

2017年7月，在俄罗斯2017年莫斯科国际航空航天展期间，TsAGI正式公布了未来重型运输机概念设想图，并将其称之为为“大象”。研究目标是替代安-124重型运输机。初步设想的设计指标是民用型最大载重150吨，航程7000千米；军用型最大载重量180吨，航程4900千米；巡航速度850千米／时，同时考虑民用和军事需求。

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TsAGI在俄罗斯2019年莫斯科航展上公布的“大象”概念设想图（俄罗斯中央空气流体动力学研究院图片）

2018年12月底，TsAGI的院长，在接受俄新社的采访中表示：按照和工业和贸易部签订的研究合同，“大象”项目工作仍在继续，并为未来真正飞机研制提供技术储备。

2019年1月25日，TsAGI官网介绍了“大象”近期开展的工作，TsAGI的专家为飞机设计了一种新的空气动力学模型，用于风洞试验研究。与大多数整体成型的气动模型不同，新模型只有机身是一体的，机翼等部件都安装在机身上可拆卸，简化了模型的制造，同时可对部件进行调整，可以获得不同构型的气动外形的各种参数。

TsAGI完成金属飞机模型制造，之后就是2019年11月公布金属模型照片和2020年3月完成两阶段风洞试验的第一阶段试验。

二、“大象”重型运输机设计思路

2018年4月25日，在莫斯科航空学院的网络学术杂志《Trudy MAI》的第99期上，TsAGI的研究人员发表了一篇名为《新一代重型运输飞机的概念设计》（Концептуальноепроектирование тяжелого транспортного самолета нового поколения）的文章。这篇文章介绍了TsAGI开展“大象”飞机设计的思路，明确飞机基本设计前提，选定气动布局和参数，给出了两种结构布局，并进行了性能计算和分析。这里对文章主要观点和结论进行介绍，对其他内容感兴趣可参考原文文章，原文链接：

http://trudymai.ru/upload/iblock/dad/Krutov_Pigusov_CHernavskikh_CHernousov_rus.pdf?lang=ru&issue=99

1.研制新飞机是必要的

TsAGI的文章指出，像安-124这种带有货桥和大开口舱门的重型运输机，对于空运大型货物和设备无论对军用还是民用都是不可缺少，在叙利亚冲突和民航大型特种运输中都证明了这一点。

安-124不可逆的老化退役，将使俄罗斯丧失这种空运能力，最根本的问题在于发动机，乌克兰的D-18T发动机在上世纪90年代中期实际上已经停产，没有可更换的发动机，用于维修和升级的部件也缺乏。

试图恢复重启安-124生产一直没有成功。2016年4月，针对恢复安-124生产线的倡议，拥有原安-124生产线的航星-SP工厂表示没有计划也无意恢复安-124生产线。文章接着指出，安-124应用70年代的技术，包括气动、结构、材料等技术已经落后，燃油消耗也大，因此恢复安-124生产是不合时宜的。但是，市场仍然需要能够空运更大尺寸的货物的运输机，因此全新研制一架新飞机是非常必要的，这将是一型经过改进的全新版本的安-124，应用最先进的气动布局，通过优化设计，采用新材料和航电、飞控系统，提高飞机性能。

2.发展民用货机降低军用运输机的单机成本

单独为满足俄罗斯空军需求，研制和小规模生产重型运输机是非常昂贵的。通过投入民用航空公司运营，增加订单数量，可以降低生产成本。目前市场上的民用货机多为由客机进行改型，例如图-204S、空客A330-200F、波音B777F和B747-8F，或者由退役客机进行改装，如空客A320、波音B737等。只有少数航空公司运营着拥有货桥和大开口舱门的运输机，最著名的是伏尔加ž第聂伯公司，该公司经营有伊尔-76TD-90VD和安-124-100。这些飞机最初是为了满足军事需要而设计的，因此，这些飞机装载常规集装箱的利用效率不及其它货运飞机。像安-124货舱装满集装箱时，就达不到最大商载。但是安-124能够运输各种各样的大件货物，包括质量约为100吨的单件货物，这是与其它货运飞机相比的主要竞争优势。因此，研制新的重型运输机应当既能替代俄军的安-124，也应满足民航货运公司需求，空运的经济性应媲美其他货运飞机。

3.重型运输机的设计目标

综合上述分析，TsAGI设计的新一代重型运输机目标是能够运载各种货物，包括重型和超大型货物，同时具备安-124-100和其他货机（波音B777F、B747-8F和空客A330-200F等）使用特点。为满足上述要求，设定了初步设计指标：

——飞机可运载150吨载荷，航程达到7000千米，最大载重达到180吨；

——巡航速度850～870千米／时（马赫数0.8～0.82），飞行高度9000～12000米；

——起飞距离2500～3000米；

——能够运载所有安-124能够运载特大型货物和重量可达150吨的单件货物；

——前后均有大开口货舱门和货桥；

——货舱可改装为双层，高度可调节，可方便装载各种集装箱和货盘，或者同时装载设备和人员，充分利用货舱空间。

——机舱内配有可装卸集装箱和货盘的机械设备；

——内置可拆式电动吊车，每台最大起重能力30吨；

——装载时间（一般货物满载）：1～2小时；

——150吨单件货物装载时间为4～6小时；

——使用现代航空电子设备和飞控系统。

4.选择常规飞机气动布局设计

新一代重型运输机“大象”的总体布局参考了安-124-100、安-225和波音B747-8F的特点，TsAGI应用自身开发的工程计算方法，进行反复迭代计算来优化飞机布局参数。同时假设PD-35发动机的燃油效率和目前民用发动机相当。根据飞机／道面等级系统（ACN/PCN），按照满足A级和B级道基强度起降要求进行了分析评估。

文章中，TsAGI最终选择了常规飞机气动布局设计，同时对一些非传统飞机布局进行计算分析，解释了没有选用的原因。一是“翼身融合布局”（BWB）运输机的升阻比虽然接近24，但机身结构能否承受内部增压存在疑问，同时，缺少尾翼和平尾不利于俯仰力矩控制，非对称机身的制造也是难点；二是“混合翼身布局”（HWB）虽然降低了飞控难度，但是增压对非对称机身强度的要求和机身的制造仍存在问题；三是“复合机翼布局”飞机在500吨同等起飞重量下，可以获得较小的翼展，但是只能在低空和马赫数0.4情况下才能获得高效率，如果对飞机气动布局进行优化，使其能在10000米左右高空，马赫数达到0.8，最终的机身将会面临和HWB类似的缺陷。四是双机身布局运输机具有一定潜力，可以减少机身尺寸，可以在机身之间的机翼下运载各种特大型货物，“同温层发射者”是例证，双机身的问题是起降距离远，机场移动困难，需要平衡双机身的载重，侧风也对起降安全影响大。五是双机翼布局飞机，可以减少翼展宽度，缺点包括动态稳定性差，额外机翼加固会增加阻力，生产成本高等。因此，TsAGI认为，传统布局飞机经过大量应用证明了其合理性和实用性，通过优化设计，可以得到安全可靠的飞机方案。

经迭代优化之后的“大象”设计方案：“大象”重型运输机升阻比可达到18.5～19，配备先进的发动机，可以获得较大的航程和较高的燃油效率。“大象”采用类似于安-124飞机的常规气动布局方案，但是展弦比≥10（安-124为8.6），根梢比≈4，采用超临界机翼，翼吊4台大推力发动机（PD-35），采用可拆卸双层货舱，应用先进的金属材料和复合材料以及其他先进技术等。


“大象”飞机基本布局，货舱长45.6米，高5.2米，安-124分别为36.48米和4.4米（俄罗斯中央空气流体动力学研究院图片）
坛主:炫笔伏逼于2020_05_25 23:37:53编辑