中国远程轰炸机技术遐思

木头石头

隨着空警2000、歼20、运20等先进飞机的问世，中国航空正以空前速度填补其迈向战略空军征程上的一个又一个空白。当先进预警飞机、隐身战斗机、大型运输机这些目标依次实现之后，人们已将目光聚焦于另一项新的挑战——战略轰炸机。逐渐走向自由王国的中国航空工业究竟会给世人交出怎样的答卷？

从隐身看远轰

二战结束后的战略轰炸机发展路程中曾经有过高空高速、低空突防、隐身突防3种典型突防模式。高空高速突防建立在当时的核战争假想下，意在通过高度与速度优势以躲避敌方飞机拦截从而实现向敌军后方战略目标发动核打击。然而在核武器投送能力方面，高空高速轰炸机相比弹道导弹并不具有明显优势，且在日益发展的新型防空导弹体系威胁下，高空高速已不再能够成为有效突防的保证。作为高空高速突防思想的绝唱，XB-70项目伴随这—作战思想正式淡出了历史舞台。

低空突防是应对早期雷达一地空导弹系统的有效手段。由于早期雷达无法处理照射在地面产生的杂波，使得当时战机普遍没有下视下射能力。而地面雷达站由于自身地势条件限制，只能探测地平面以上目标。这种情况使得飞机在利用山谷类地形进行超低空突防时，只有当非常接近敌方雷达时才会进入敌方雷达有效探测视野内。目前仍在服役的美国B-1B与俄罗斯图-160均为这一阶段思维的产物。然而当具有下视功能的先进脉冲多普勒雷达以及搭载该种雷达的预警飞机投入使用后，低空目标探测已经成为一项基本能力。尽管通过低空机动利用地面杂波仍然能够对压缩敌方雷达发现距离产生作用，但低空突防对飞机作战剖面设计所产生的指导意义已大不如前。特别是对于当今已经完成雷达空地一体组网的军事强国而言，指望轰炸机能够大量依靠低空突防完成战略轰炸任务的作战想定已基本无法实现。

隐身突防是目前应对敌方雷达探测组网环境下最为有效的手段。根据雷达方程的能量关系推导，发现距离与目标RCS的1/4次方呈正比。以俄罗斯“天空”M雷达系统使用的55Zh6Me雷达举例，该雷达在360度范围环形扫描状态下，对30000米高度1平方米RCS目标探测距离为480千米。那么当目标RCS缩减到0.1平方米后，雷达对目标发现距离将降为原来的56%，即269千米。隐身突防正是利用RCS缩减造成的敌方雷达探测能力下降，使得敌方防御范围内雷达之间的重叠区域出现空隙，从而保证突防飞机可以安全通过。

然而需要注意到的是，伴随隐身技术的发展反隐身技术也在一直不断提升。曾经在海湾战争中如入无人之境的F-117早早退役，正是隐身与反隐身对抗正式走向台前的最好证明。从目前已经公开的资料中可以分析得出，F-117在其设计中主要应对的是中心频率在10吉赫兹的×波段雷达照射，在外形隐身手段和吸波涂料的双重作用下，将飞机RCS降低到0.01平方米量级确实可能（在某个特定方向上），但一旦照射雷达的波段发生变化，其隐身效果也会发生改变。

对于新型大型战略轰炸机研制而言，其隐身设计难度相对于体积较小的战斗机而言可谓又上了一个层次。根据计算电磁学相关原理，目标RCS除了会根据雷达照射方向改变外，雷达照射频率发生改变同样会对RCS产生影响。当雷达波从中心频率10吉赫的X波段下降到30～300兆赫的VHF波段，目标RCS会呈现出周向均值增加且随角度变化波动性显著下降的趋势。如果从能量角度理解飞机隐身设计，外形隐身的实质就是让电磁波能量向远离来波方向反射，材料隐身的实质即为让电磁波能量转化为热能形式向外耗散。那么当雷达频率降低时，由于RCS随入射角的波动性逐渐下降，飞机外形隐身所产生的效果将大打折扣。对于吸波材料而言，雷达波频率下降同样将带来十分恶劣的影响。传统薄型吸波材料由于在电磁波入射方向上相对波长厚度有限，当雷达频率降低时雷达吸波涂料所产生的吸波效果也会随着外形隐身性能一样显著下降。

当今世界主流的反隐身技术均是针对隐身飞机在低频雷达照射下隐身性能恶化这—特点而专门开发。面对这样的威胁，新的大型远程轰炸机研制必须将其由传统面向X波段的隐身设计提升至全频段、全方位隐身水平。这将是摆在未来隐身轰炸机设计过程中需要面临的第一挑战。而从现有技术上看，要针对雷达探测实现全频段全方位隐身，技术难度极大，即便是倾力打造这一技术，付出的代价也会相当沉重，很可能会对其他战术技术指标形成不利影响。

从气动看远轰

战略轰炸机需要在其气动设计中重点考虑两方面问题：首先是巡航效率问题。战略轰炸机主要作战对象为离交战边界具有一定纵深的高价值战略目标，需要在作战过程中能够依靠自身燃油完成敌方控制区域范围内的进入与退出。特别是对于我国而言，由于并不像美国一样在全球拥有众多海外基地，因此对战略轰炸机而言必须具备更高的巡航效率以保证在有限的空中加油支援下完成战略轰炸任务。其次是起降性能。对于战略轰炸机而言，其起飞状态下需要满载足以进行洲际折返飞行的燃油和大量武器载荷，必须能够保证在己方大多数机场内具备起飞能力，以满足各类作战任务的需求。

其次，提升轰炸机最大起飞翼载对其气动性能具有十分重要的意义。高翼载意味着飞机在巡航状态下能够有效减少空气摩擦阻力，从而有助于实现远航和久航指标。一架气动效率好的飞机不仅要求其具有更高升阻比，还要求飞机既能飞得很快又能飞得很慢。最大起飞翼载可以看作为衡量轰炸机气动效率的一个重要的间接参考指标。更高的翼载意味着飞机具有更小的机翼面积，使其容易实现更小结构重量和更低的高速飞行零升阻力，可达到更高的巡航速度。高翼载也往往意味着飞机可以实现更大的升力系数，在可供轰炸机使用的跑道长度一定的情况下，唯有增加最大升力系数才能够保证飞机在有效跑道距离内完成起飞过程。

由于飞翼布局在隐身性能方面具备先天优势，再加上B-2在历次战争中发挥的卓越表现影响，人们往往在心目中已将远轰与飞翼之间画上了等号。飞翼布局有着紧凑而光滑过渡的机翼机身，被认为理所应当具有更高的气动效率。如果仅从理论升阻比曲线来看的确如此，但由于最大升力系数有限而翼载无法提高，实际上真正投入使用的飞翼布局飞机未必在气动性能上超过一般常规布局飞机太多。飞翼布局飞机俯仰操纵面与增升襟翼同时位于机翼后缘，增升状态襟翼下偏产生的低头力矩须通过俯仰操纵面上偏进行配平。俯仰操纵面与襟翼力臂相近使得飞翼布局飞机俯仰配平造成的升力损失近乎完全抵消襟翼下偏带来的升力增量，在此影响下，国内外相关研究中飞翼布局飞机最大升力系数仅能达到1左右。

以具体数据而言，同为战略轰战机的B-2A与B-52H起飞滑跑距离基本相当。根据公开数据，B-52H最大起飞重量下翼载高达594千克/平方米，与之相对B-2A最大起飞重量下翼载仅为357千克/平方米，比B-52H低将近40%。根据国内外相关研究，由于俯仰操纵力臂短配平能力差，飞翼布局飞机无法采用一般后缘增升装置最大升力系数仅能达到1左右，而常规布局飞机得益于较长尾力臂带来的俯仰操纵能力加成，使得其可以使用复杂前后缘增升装置而使飞机最大升力系数超过3。

翼载低对飞翼布局飞机高速性能具有重要不利影响。当飞机平飞速度逐渐提高时，由于升力系数的下降致使总阻力中由升力引起的诱导阻力逐渐减小，而零升阻力所占比重逐渐上升。相关研究表明，大展弦比运输机巡航状态下零升阻力约占总阻力40%，而对于巡航速度更高的小展弦比飞机而言，巡航状态下零升阻力所占比例则要更高。近年来国内外对下一代运输机研究中均得出近似结论：尽管飞翼布局飞机具有更为简洁的气动外形，但其低翼载大浸润面积造成的零升阻力增加并没有使飞机在巡航状态下气动效率较常规布局飞机有明显提升。

轰炸机生存哲学之变

尽管从目前看来，应用雷达隐身技术确实可以大幅度降低敌方雷达对自身的发现距离。从宏观技术发展角度来看，飞机雷达隐身性能在当前技术体系架构下以趋于瓶颈，因为即使将飞机调整至RCS减缩的极限——个与原方案相同投影面积的平板，对于轰炸机这类目标而言RCS小于0.01平方米基本很难实现。而对于雷达而言，通过增加照射功率、提高天线增益而取得的探测威力提升的空间仍然存在，其技术实现难度在一定程度上低于进一步缩小飞机RCS数值。

对新一代远程战略轰炸机而言隐身是必须的，但隐身并不是解决威胁问题的不二法门。当飞机无法突防至目标足够距离时，增加机载武器射程，使机载武器隐身化可能更为有效，前者可使飞机在暴露于地方探测手段前完成武器投射过程，变载机强行纵深突防为武器隐蔽突防；后者可以保证让武器攻击成功率显著提升，令对手难以防范。如果再考虑到高超声速机载武器，以及末端机动突防技术的技术进步，战略轰炸机的生存哲学正在发生悄然变化，其战场生存性的提升可以通过多种手段来实现。正是有了空射巡航导弹等防区外发射武器的协助，原本生存能力有限的B-52轰炸机才得以老树新花。相对于一般制导炸弹，空射巡航导弹为保证射程而必须包含动力组件与燃料组件，其弹长弹径均较常规炸弹要大上许多。为了保证对潜在远程武器的有效适配，未来远程战略轰炸机将很可能需要更大尺寸的内埋弹舱。从外形上看，飞翼布局飞机为保证足够展弦比而通常机身长度、厚度均十分有限，能否在方案内部合理安排弹舱空间将有可能成为总体方案取舍过程中的重要考量。

戰略轰炸机自从于二战中诞生以来，其任务定位随着军事技术的发展而不断更新。环顾世界，当今服役的战略轰炸机中即使最为先进的B-2，其设计工作也开始于至今已近40年前的20世纪80年代。B-2首先是核战争想定下诞生的穿透型轰炸机，其主要作战方式为配合在己方先发制人的第一轮核打击后隐蔽突入苏联境内，搜索并打击在第一轮核攻击下敌方幸存的地面机动核反击力量，以及时扑灭敌方二次核反击能力。在世界政治环境与军事科学技术双双变革的今天，核战争与如入无人之境的隐身突防想定下诞生的冷战产物是否适应于中国空军？相信在久的将来，中国航空人将给全世界一个与众不同的答案。

责任编辑：武瑾媛