轰-21,双发隐形轰炸机的数据想定

在拙作《新轰的性能数据想定》 http://www.fyjs.cn/forum.php?mod … &fromuid=368495 的后续讨论中,有不少朋友提出新轰有可能是采用双发结构的隐形飞翼结构,比如探索月球兄弟的意见:

“我认为的新轰会小些,新轰我理解是空重50吨多,最大起飞重量120吨左右的飞翼,更类似于小号B-2或者说传说中的B-21。两台改进型涡扇10或者涡扇15无加力型就可以了”

那么就让我们一起去推导一下,基于TG现有的技术条件,如果采用双发隐形飞翼构型,可以预期达到什么样的性能水平。为了和原先设想的四发隐形飞翼区别,这里暂将其定名为H-21,也恰好和MD计划采用双发的下一代隐形轰炸机相对应。老规矩,先上想定的数据,再给出推导思路以供讨论:

西安飞机制造公司 H-21

飞机类型:亚音速隐形远程轰炸机
气动布局:飞翼布局
成员数量:2-4人,依任务类型确定
飞机尺寸:明显小于B2,翼展45M左右,长度18M左右,高度5M左右
动力系统:采用DSI进气道的双发背负式发动机,
WS-15不带后燃器*2,单台最大推力约103KN
飞机空重:55吨以内
内油容量:45吨以内
最大起飞重量:115吨以内
最大速度:1000公里/小时(0.95Mach)
巡航速度:900公里/小时(0.85Mach)
实用升限:约15000米
作战半径:不加油4000-4500公里,
一次空中加油最大7000-7700公里
弹药载荷:单内置弹仓,最大载弹重量12-14吨
弹药类型:250公斤级精确制导炸弹 48枚
500公斤级精确制导炸弹 24枚
空射巡航导弹(最大射程1500公里)6枚
空射巡航导弹(最大射程1000公里)12枚
远程空空导弹(最大射程200公里)  20枚
远程对海导弹(最大射程800公里)  12枚
大型钻地炸弹(MOB单枚10吨级别) 1枚
核常兼备,巡航导弹可挂载核弹头
雷达系统:贴片式AESA雷达
衍生构型:加油机(HY-21),特种作战飞机,电子战飞机
自卫武器:无
首飞时间:2019年国庆前
服役时间:2024年国庆前
采购价格:每架人民币25亿元以内(按第一批次50架计算)
采购数量:包含所有衍生构型共100架左右

为什么要采用隐形飞翼布局?在前文中讨论的已经够多了。这里就对说我是“木头脑袋”的某小将所提出的隐形轰炸机是MD的“战略欺骗”的观点回应一下。其实,简单思考一下就会发觉,如果说MD发展隐形轰炸机是战略欺骗的话,那这个代价实在太大了。

首先,MD在B2上面已经花了接近500亿美元,并计划让其服役到2040年代,这就意味着后续还需要的庞大运营维护投入(按照2010年出版的一份报告透露,每架B2一个月的维护费用是340万美元!)。而MD正在大力发展和鼓吹的下一代远程轰炸机B21,根据近期透露出的越来越多的信息也基本可以肯定,同样是隐形飞翼布局。

至今为止,MD已经为了B21项目投入了几十亿美元,并明确在未来5年编列超过120亿美元的相关预算,同时也没有看到MD有发展其它不同类型的隐身或非隐身轰炸机的计划。如果付出这么大时间和金钱的代价,只为了进行战略欺骗的话,那我也只能说一个服字,并祝愿这样的欺骗越多越好了。

另外的一个佐证是,一贯发展超音速轰炸机最起劲,并拿出过Tu160这样神器的毛子,也把其发展中的下一代远程轰炸机PAK DA项目由早期构想的超音速构型改为了隐身飞翼布局。难不成,毛子也要配合MD的战略欺骗,就是为了一起把TG带进沟里?

(一)整体分析思路

首先要为讨论找到一个合理的出发点,空对空的话就只能是科幻和臆想。这里所采用的整体思路是进行类比:借用同类构型布局B2的已知数据,通过关键的动力系统和推重比的情况起步,进行相关的对比分析。这里有一个缺省假定:采用类似气动布局和相近任务需求的同类产品,通常会具有差不多的推重比和性能变化曲线

这在实际中是有先例可依的,比如起飞重量最大216吨的B1和最大起飞重量275吨的Tu160,来自不同的国家和设计团队,可由于其气动布局相近,实现思路类似,最后产品的推重比几乎一模一样:一个是0.38,一个是0.37。而外形尺寸的变化,也几乎是和重量一样的同比例变化,长度由44.5米到54米,翼展从42米到55米,和重量差不多都是20%多一点的变化率。两者最大航程的变化也与这个比例基本吻合,从9400到12600公里。

先拿出已知B2的数据:B2采用4发F118,最大推力为77KN*4,也就是308KN左右,其最大起飞重量大约171吨。由于采用了高推进效率的飞翼布局,其推重比为惊人低的0.205,相比起来不提B1的0.38,就是常规布局的B52也要0.31,其动力效率一目了然。

而已知TG目前与之对应的最佳动力系统是WS10和后续的WS15,考虑到WS10只有不到80KN的单个推力实在太低,只有双发的话怕是难以完成轰炸机航程和载荷的要求。我们不妨假定TG版本的双发隐身轰炸机会采用WS15,也即103KN*2,总推力206KN。

这里当然带来了一个重大的隐患,如果WS15无法如期达到性能要求的话,新轰项目的发展会受到极大的制约。在TG的航空项目发展史上,摆满了类似的杯具,不乏很多因此下马的整机和航发项目。不过,考虑到WS15一直传来的乐观消息,以及改开几十年来TG工业体系的巨大提高,对此应该可以有一个相对乐观的预估。而且实在不行,也可以考虑即将随同Su35项目一并引进的毛发,应该也还算是有了备份方案。

那么对比206KN的推力水平,假设可以实现和B2类似的推重比,则轰21的最大起飞重量乐观一点可以在115吨以内。应该承认,相比于轰6K不到79吨的最大起飞重量,这已经提高了接近50%,开始具备了被称作大型远程轰炸机的本钱。要知道,在此之前就是最小的Tu22M也有124吨的最大起飞重量,轰6K的战神称号真心有些名不符实。

那么接下来的问题,就是让我们对比B2想一想,需要减掉的超过56吨的起飞重量会在哪里;为此又需要在载油量(也就是航程)和弹药载荷方面付出什么样的代价;特别是关键的整机空重,可以从哪里减出来。

(二)弹药与载油的平衡

首先需要考虑的就是载油量的减少。原先B2对应四发的载油量可达75吨左右,而改为双发后,如果航程不变,即便耗油水平依据推力变化进行调整(从308KN到206KN),也可以预期载油量下调到50吨左右。这样一来,就直接降低了起飞重量25吨。而且第三部分中,我们还会看到储油舱室的容积减少也可以带来一部分的空重下降。

当然,如果可以接受航程和作战半径的减少,载油量还可以近一步降低。比如根据前文中作战半径需求的分析,将其从B2的5000-6000公里水平减至足够打烂包括关岛在内的第二岛链主要节点的4000-4500公里水平,则载油量还可以近一步降低至40-45吨。所以,如果实现载油量45吨左右应该可以接受。

第二步考虑弹药载荷问题。在动力系统变化后,再要求比照B2的18-23吨的弹药载荷显然是不可能的,这样的飞机即便飞得起来航程也一定是个大杯具。所以依据同比缩小的思路,大约可以设定为12-14吨的水平。这恰恰和现有H6K的水平相当,倒也不难接受,毕竟还是隐形性能良好的全内置弹舱。

减少了弹药载荷之后,就需要考虑弹舱的设计问题。如果还采用对称双弹舱的方式,则每一个的尺寸和载重都会相当受限,尤其是尺寸问题对武器挂载影响很大。TG空射武器,特别是巡弹的小型化至少在目前看来远不如MD,比如空射的AKD20,长度超过8米,重量接近两顿。如果采用小尺寸的弹舱设计,那是一定挂不下的。在前文的讨论中,甚至有兄弟觉得即便是四发设计也应该采用单一大弹舱方式,估计原因也在于此。

尽管飞翼结构的内部空间利用率很好,但是如果采用单一大弹舱的方式,就需要在机身中部开出一个大的载重空腔。这对于整机强度的影响不小,而进行结构补强有可能导致相应重量超标。不过相较于四发设计来说,整机几何尺寸减小的双发设计应该会好处理一些。

所以这里设定使用一个尺寸较大的单一弹舱,其内口长度9米左右,可以方便的内置挂载包括AKD20和十吨级别大型钻地炸弹在内的各种武器,挂载量12-14吨。而使用内置挂架,更可以支持挂载50枚左右的250公斤级别制导炸弹。尽管不如四发设计那样重型,倒也有足够的火力密度了。

综合一下,推定新轰的最大起飞重量为115吨;采用单一内置弹舱,挂载量12-14吨;作战半径4000-4500公里,内置载油量45吨。这样一来,减去载油量和弹药载荷,空重就必须控制在55吨以内。比较一下B2的空重71.7吨,也就意味着新轰的空重需要下降近17吨,这就是我们下一部分需要考虑的重点。

(三)空重的减法

首先可以想到就是动力系统的减重;由于是四发改双发,一具WS15类型的推重比10的发动机自重通常在1300公斤左右,还有与之配套的固定结构件等,加在一起估计两具发动机可以直接减重3吨左右;

其次就是来自进气道的改进;由于不用并列双发,发动机的进气道结构可以明显简单化,尤其可以考虑采用在J20等机型上已经被TG用烂了的DSI进气道。根据以往的报道,改用DSI进气道,单台发动机进气体系的配套减重就可以达几百公斤,更简化了后期维护。由此推测进气系统可以减重约1吨;

第三部分要考虑的就是载油量的减低所减少的机内储油仓的重量变化;现代飞机通常采用所谓的结构油箱,也就是利用结构部件封闭成为储油舱室,而飞翼布局提供的良好空间更为这种设计提供了方便。对于贵重的隐形轰炸机,其油箱必然要进行完善的防爆防弹设计,这一般通过为储油舱壁增加复合装甲板的方式实现。而减少整机储油舱室时也必然会减少这部分的重量,还会带来一部分与燃油系统相关联的管道和油泵与阀门系统的减重。

这部分的减重效果比较难以估计,在这里试着推测一下。减少30吨燃油,可以减少不到40立方米的储油舱室体积,其应该均匀分布于机翼两侧,则每侧可以减少20立方米左右。再假设这部分体积原本构成一个正立方体(在立方体中同等质量表面积相对最低),则其边长为2.8米左右,而两个这样的立方体表面积约94平方米。如果假设附加防爆防弹结构的重量为20公斤每平方米(大约也就是1.5厘米厚的凯夫拉尔复合铝板的每平方米重量),再考虑到管道的减少合计预估2吨左右的减重效果;

最后也是最重要的,就是这样一架飞机的整体尺寸可以相比B2缩小多少?小的尺寸就意味着小的结构重量。关于尺寸的一个关键点应该是其机身长度:参考B2就可以发现,飞翼结构的特点就是机身与机翼融合而相对较短,但在这个方向上面的重要部件却是不少。

在其上半部需要依次放置前向雷达、机组驾驶舱,空中受油机构,并修型以协调两侧的发动机和进气道;而在其下半部需要放置前起落架、驾驶舱入口、弹舱和协调后起落架的相关部分。特别是弹舱,前面提到过,如果考虑兼容现有的长剑系列的话,其内口长度就要在9米左右,外部结构会更大一些。下图中,可以清楚看见B2的下半部结构。

再考虑到最大起飞重量相对是B2的三分之二左右,在尺寸方面也做相应的调整。如果将其长度缩短到18米,则其翼展可以成比例调整到45米左右,两者形成的投影面积只有B2相应投影面积的74%不到。因为上下层结构的限制,在高度方向上的调整余地不大。所以这里假定,新轰的整体体积大约会是B2的74%左右。

由于找不到B2的具体数字,所以根据现代飞机的结构重量大约是飞机空重46.5%左右的经验系数,可以预估B2的结构重量大约是33吨左右。而结构重量可以预期和整机体积相关,则新轰的结构重量可以同比减重至25吨左右,也就是降低空重8吨左右。

将以上几个部分加起来,直接减少的空重大约为发动机和进气道结构的4吨,油箱减重2吨和结构减重8吨,合计14吨左右。对比B2,也就是已经大约可以将空重减至58吨不到的水平。考虑到现代材料和结构工艺的进步以及电子设备的小型化,空重还有一定的降低余地。减到55吨有压力,但不是不可能完成的任务。

(四)比较验证和推定

为了验证一下这里推论的可靠程度,可以比较一下MD规划的B21。根据近期的消息,其基本已经明确使用F135的不加力版本,也就是整机推力为125KN*2,250KN左右。类似刚才的推算过程,我们可以得出其最大起飞重量为139吨左右,弹药载荷15-18吨。

如果采用类似B2的作战半径,则其内置载油量需要为61吨左右,其空重需要控制在58吨以内,难度应该不小。但如果将其作战半径降到MD提出的最大4600公里的水平,也就是B2水平的90%左右,其载油量估计可以减至55吨左右,其空重则可以放宽到65吨以内,这对于MD设计师来说,肯定不难达到。有趣的是,这几个数字和目前传出的MD设定指标基本吻合,这也从另一侧面说明了这里采用的推论方法还有一定的价值。

最后总结一下,通过以上几部分的分析可以得出结论:基于双发WS15的新轰方案是有实现可能的,在比较理想的情况下,可以预期其空重为55吨左右,载油量45吨左右,弹药载荷12-14吨,最大起飞重量115吨,作战半径4000-4500公里。而如果能够如前文讨论中有兄弟贴出论文中的路线图发展,将发动机推力进一步提高到110KN左右,则其最大起飞重量可以增加到122吨水平,空重和载弹载油量都可以近一步放宽。

但相比于四发的红色B2设计,该方案存在几方面的不足和风险:

1、配套动力系统还处于验证状态,存在一定的不确定性;

2、整体设计冗余度较低,控制空重的难度较大;

3、相比于四发的方案,载弹量和航程指标需要进行一定的让步;

4、由于整体气动外形的改变较大,原有B2的参考性大为降低,增加了工程实现的风险;

5、近一步改进为加油机和电子战机的余地有所下降。

所以,基于以上这几点。我个人还是认为基于TG现阶段的条件,采用四发方案还是保证时间进度、降低实现难度与工程风险的更好选择


土共空军因为发动机而吃亏的次数太多了,研制战神是采用国外成熟的D30且国内能稳定生产WS18,Y20同样采用D30系列发动机保证进度,轰炸机必然用成熟发动机。

只要有一丝办法,土共空军都要求装备全国产,现在看能自主生产并符合较大型的轰炸机使用要求的有且只有WS10和WS18。双发WS18给轰六还可以,新轰炸机用两个肯定不够,装四个WS18推力倒是够了,但这个发动机谈不上先进,耗油是个问题,所以99%的可能新轰发动机用WS10系列改进型。

对土共而言亚音速隐形飞翼布局轰炸机使用远中近程常规精确制导武器的必要性远超使用各种核武器,新轰打击范围内需要/值得用核弹炸的战略性目标太少,突出宣传新轰核能力除了刺激老美之外没什么太大好处,手里有打狗棍防身即可但没事逗狗玩纯属吃饱了撑的。不过话虽这么说,空军基于军种地位、经费需求等各种因素要去考虑什么核常兼备也是必然的,再说小型化核弹头装机土共也是驾轻就熟。但总之个人认为搞这样的隐形轰炸机的首要目标是解决区域边界常规火力不足的问题。

真正要丢核弹的战略轰炸机或许再等三十年看空天飞行器能否达成吧,当然那时候的核武器或许也不是现在所见所想的蘑菇云什么的。


简单说就是:
1.如果在中美冲突的时候,不能打掉对方大洋上的支撑点,我们就会始终处于被挤压的境地,虽然背靠大陆,我们不会惨败,但是战略形势很被动。
2.要想改变被动局面,就要打美帝支撑点,做到“打得一拳开,免得百拳来”真正实现习总说的“太平洋很大,足可以容纳中美两个大国”也就是太平洋和印度洋上权益的重新划分。
3.要实现这个战略目标,就要有除了弹道导弹之外更加灵活有效的打击手段,所以远轰一定要能够得着关岛、达尔文和迭戈加西亚这些美帝在两洋的支撑点。
4.如果要打这些支撑点,需要考虑其严密的布放,高速突击毫无意义,更好的隐身特性,可以多批次从洋面突防甚至于从防守背面突防对远轰提出了较大的航程要求。

这几点的分析,形成了这些数据。很有合理性。我个人认为这样的设定很有必要,如果没有能力往这些支撑点投送大量火力,一旦爆发中美爆发冲突,会拖的旷日持久,给周边观望的小国太多投机的空间,那我们的形势就很不爽,要打就需要快速并且一次性解决问题,我们需要防御圈外推。另外,要让美帝觉得这些岛屿要塞不够安全,在爆发冲突的时候可以打掉,断了美国扩大战争的念头,把冲突在大洋上结束。平时也让美帝不敢肆无忌惮通过这些基地压迫我们的空间,给反华国家鼓劲加油,在我们周围大搞策反。

http://www.fyjs.cn/thread-1841063-1-1.html

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