俄羅斯“PAK TA”重型運輸機

晨曦

據“今日俄羅斯”（RT）電視臺網站3月19日報道，俄羅斯正在設計能夠將阿瑪塔主戰(zhàn)坦克和彈藥運送到世界上任何地方的新概念運輸機，還在設計階段的這種新概念運輸機名為“PAK TA”，將實現超音速飛行（最高速度可達2 000千米/小時），并且擁有高達200噸的有效載荷，飛行距離可達7 000千米，這將使俄羅斯實現全球軍事快速反應能力。消息一出，立刻受到了世界各大媒體的關注，美國媒體甚至直截了當地質疑俄羅斯的新飛機能不能飛得起來。那么這種新飛機是不是真的具有超強的運輸能力呢？

據俄媒描述，俄羅斯研制新型運輸機是為了減少對烏克蘭運輸機制造商的依賴，特別是考慮到現在的烏克蘭局勢，和俄羅斯與烏克蘭政府間糟糕的關系，計劃中共同開發(fā)安-70運輸機的計劃已經泡湯。目前俄羅斯軍用運輸機的主力仍然是伊爾-76，已經無法滿足未來雄心勃勃的需求。在這種背景下，俄羅斯必須另謀出路，自己開發(fā)未來的超級軍用運輸機。報道稱，“PAK TA”項目已經設計了多款機型，計劃在2024年開始生產，最終將取代俄軍目前服役的運輸機。這意味著十年后俄軍將可以在世界上任何地方快速部署重裝部隊。“PAK TA”運輸機主要任務之一就是運輸“阿瑪塔”主戰(zhàn)坦克和其它重型軍事裝備，如自行火炮、防空導彈、導彈發(fā)射車和反坦克導彈戰(zhàn)車。按照設計，“PAK TA”將帶有自動化貨物裝載功能，能夠在世界大多數地形投放人員裝備。在外形設計上，“PAK TA”運輸機與目前的主流運輸機采用圓柱形機身和懸臂式上單翼的設計極為不同，將采用大膽的“飛翼”式布局。

“PAK TA”項目包括多款機型，除了上述的超音速機型外，最初的設計是一種亞音速運輸機。這種亞音速運輸機具有900千米/小時的巡航速度，可以將80噸以上的有效載荷運送到4 500千米之外。該方案涉及寬體貨艙的制造，可以取代現有的伊爾和安東諾夫運輸機。從俄羅斯目前公開的“PAK TA”運輸機的概念模型與模擬視頻來看，指的就是這樣一種亞音速的運輸機，而真正的超音速設計還未正式公布。俄媒視頻中出現的新概念運輸機的有效載荷標明是90噸級，并非未來達到200噸的超級運輸機。

從俄羅斯媒體發(fā)布的早期型“PAK TA”運輸機概念方案來看，為了從根本上降低大型軍用運輸機的油耗，降低飛行成本，“PAK TA”是翼身融合飛翼布局與常規(guī)布局的混合體，擁有大展弦比的機翼、寬體化的流線型機身和常規(guī)飛機的V形尾翼設計，駕駛員的下視視野很開闊。該機機身從機頭開始圓滑過渡，到尾部有一個明顯上翹，這里布置了主發(fā)動機和大型V型尾翼。機身設計上采用“寬體”設計，以便在最小機身尺寸/結構重量的前提下，盡可能地加寬和加高貨艙尺寸。該機的機身背部靠近V形尾翼的地方安裝一臺背負式的大涵道比渦扇發(fā)動機。該發(fā)動機兼具發(fā)電的功能，所產生的電力儲存在發(fā)動機進氣道前方的機身背部空間內的儲能系統(tǒng)，然后再把電力分配給機翼根部兩個巨大空腔內的兩個巨大的電力驅動的風扇，其所產生的高速氣流通過飛機機翼后緣的鋸齒狀噴口流出，形成推力，機翼后緣還可以通過偏轉產生矢量推力。V形尾翼位于機身扁平尾部的上方，傾斜角度較大。大展弦比的機翼還有翼梢小翼。該機具有一定的隱身性能，置于機體上方的背負式進氣道，可防止地面雷達探測到發(fā)動機葉片，兩肋的風扇也是內置布局，可有效降低飛機的雷達反射截面積，不過大型V形尾翼會影響隱身效果。

該機上翹的后機身底部有一個大型貨艙門，由向外側開啟的兩扇蚌殼式艙門和向下開啟的艙門組成，向下開啟的艙門可以兼做貨橋使用。貨艙為四角修圓的近似方形的橫截面形狀，貨艙寬度達7米，高4米，寬而高的設計可獲得最大的貨艙空間利用率和大型裝備裝載能力。采用較方橫截面形狀設計的另一大好處，就是因為機身底部扁平，所以貨艙地板離地高度可以大幅降低。貨運系統(tǒng)裝有動力滾棒、限動攔阻網、系留環(huán)、導軌等設備，裝貨的設備還包括電絞車、裝貨鋼索、支撐滑輪和梁式吊車等。系留環(huán)、系留鋼索、系留網和防止車輛移動的分力輪擋等設備能使裝載的貨物牢固地固定在機艙內，而不會在飛機的飛行姿態(tài)變化時移動甚至撞上機艙壁。滑軌、動力牽引裝置、傳送帶、滾棒、牽引傘投放裝置和牽引繩可以幫助空投貨物順利出艙。

“PAK TA”引入了先進的裝卸管理系統(tǒng)和艙內裝卸設備，可以實現“不需要機場的裝卸保障設備完成全部作業(yè)”的“自裝卸能力”。這套系統(tǒng)可以利用機身非常寬大的特點，同時進行裝載和卸載操作，效率非常高。為了承受坦克裝甲車輛等重型武器裝備的重壓，“PAK TA”的地板經過了特別加強，采用了縱、橫向受力骨架和夾層地板，強度很大。為了保證載荷分布平衡合理、不影響飛行穩(wěn)定性，“PAK TA”還為貨艙配備了相關的載荷管理系統(tǒng)，它可以精確測量出裝卸載荷時引起的重心變化，并在地面裝卸階段就自動計算并顯示出最佳裝載位置。綜上所述，大艙門、寬貨艙、先進載荷管理系統(tǒng)、快速裝卸系統(tǒng)等設計，是“PAK TA”運輸機貨艙技術的主要特點。

“PAK TA”運輸機的翼身融合設計能產生更大的升力、更小的阻力，油耗更低，有望成為未來更節(jié)能、更安靜的飛機的代表。該飛機的設計是基于由機身提供大部分的升力。這樣的設計可讓飛機寬大的機身容納下貨物和機載人員，而消耗的燃料大大低于當今常規(guī)布局的飛機。一般的翼身組合體是由機翼與機身兩個部件接合而成的。在機翼與機身的交接處，機身的側面與機翼表面構成直角（或接近于直角），這樣的組合，由于浸潤面積大，阻力也較大。為了減少翼身組合體的阻力，“PAK TA”運輸機翼身融合體的優(yōu)點是結構重量輕、內部容積大、氣動阻力小，可使飛機的飛行性能有較大改善。由于消除了機翼與機身交接處的直角，翼身融合體也有助于減小飛機的雷達反射截面積，改善隱身性能。其缺點是外形復雜，設計和制造比較困難。

“PAK TA”運輸機的機翼采用超臨界梯形后掠翼，這種翼型具有較高的啟動效率，可以減小高速飛行時的阻力以提高巡航速度，特別適用于飛行速度在臨界馬赫數范圍的高亞音速飛機，“PAK TA”能達到900千米/小時的巡航速度，超臨界機翼功不可沒。采用層流翼型的伊爾-76運輸機，巡航速度較高時（一般約超過0.6馬赫時），其機翼上因為氣流速度超過音速，就會產生超音速激波，氣流從穩(wěn)定的層流狀態(tài)變成紊流，導致飛行阻力增加，阻礙飛機飛行速度的提高。而超臨界機翼，其上部較為平坦，下部前端為有鼓凸的流線弧形，至后端出現明顯的變薄內凹，這樣飛機處于巡航速度時，表面氣流的超音速激波位置恰好出現在內凹區(qū)域，由于其對超音速氣流的整流、擴壓作用，使得超臨界翼型可以大幅度減小有害的激波阻力，反而會使巡航升力有所提高。另外，超臨界機翼的厚度相對較大，所以可以設置較大的機翼油箱，有利于增加飛機的航程；同時，較厚的機翼結構有利于增加強度和壽命，單位容積消耗的結構材料也較少，機翼雖然更厚，但實際上結構重量卻比其它翼型低一些。

“PAK TA”的機翼翼梢設置有小翼。在飛行中，機翼下翼面的高壓區(qū)氣流會繞過翼梢流向上翼面，形成強烈的旋渦氣流，并從機翼向后沿伸很長一段距離，它們帶走了能量，增加了誘導阻力。翼梢小翼可以削弱這種阻力，它可以阻擋機翼下表面繞到上表面的繞流，削弱翼尖渦強度，從而有效增大機翼有效展弦比。因為翼梢小翼本身也是個小機翼，也能產生翼尖渦，方向與主翼翼尖渦相反，且與其距離很近。在黏性耗散的作用下，兩股渦相互纏繞，互相對抗抵消，同樣達到減少誘導阻力的目的。翼梢小翼還可以增加機翼升力及向前推力，推遲機翼翼尖氣流的過早分離，提高失速迎角。翼梢小翼能使全機誘導阻力減小20%～35%，相當于升阻比提高7%，作為提高飛行經濟性、節(jié)省燃油的一種先進空氣動力設計措施，已在很多飛機上得到采用。

“PAK TA”采用大型V形尾翼，它由左右兩個翼面組成，像是固定在機身尾部帶大上反角的平尾。V形尾翼兼有垂尾和平尾的功能。翼面可分為固定的安定面和鉸接的舵面兩部分。呈V形的兩個尾面在俯視和側視方向都有一定的投影面積，所以能同時起縱向（俯仰）和航向穩(wěn)定作用。當兩邊舵面作相同方向偏轉時，起升降舵作用；分別作不同方向偏轉（差動）時，則起方向舵作用。“PAK TA”未來計劃發(fā)展的超音速機型也將采用V形尾翼。在超音速飛機上，由于機身比較粗大，為了保證飛機在高空高速飛行時仍有足夠的航向穩(wěn)定性，需要有很大的垂尾面積。如果采用雙垂尾型式，可以降低垂尾高度，減小垂尾在側滑時產生的滾轉力矩，同時也可提高大迎角時的航向穩(wěn)定性。

起落架系統(tǒng)方面，為了適應條件復雜的野戰(zhàn)機場或臨時機場，“PAK TA”采用了承載能力較好的多輪式前三點起落架。前起落架為并列雙輪結構，起飛后收入駕駛艙下方的機體內。主起落架為雙輪四排縱列結構，8個機輪兩兩一組通過一個橫軸串列起來，每組機輪通過一個大行程獨立搖臂減震支柱與機體連接。主起落架位于翼根兩個大型電動風扇下方，起飛后，搖臂減震支柱收縮，主起落架整體向上收入起落架艙。主起落架系統(tǒng)的機輪上均裝有碳-碳剎車盤，不僅可以提高飛機的剎車性能，還能差動控制，協助飛機進行地面轉彎。

“PAK TA”運輸機的駕駛艙設計采用了大量成熟技術和“人性化”設計理念，正、側面巨大的風擋使駕駛員視野開闊，擁有全景顯示能力，駕駛員在座位上就能看到翼尖，增強了飛機在地面機動過程中的操作效率和安全性。機頭雷達罩內的雷達具備多種作戰(zhàn)模式，其中地形規(guī)避模式可以讓飛機在低海拔飛行過程中實現輔助導航功能，幫助飛機全天候飛行；在條帶模式和聚束模式下，具備高分辨率和地面移動目標指示能力，并對下方地形生成高質量的數字圖像。航電系統(tǒng)方面，“PAK TA”采用先進的數字化綜合航電系統(tǒng)，將各系統(tǒng)的傳感器數據和控制信息集中顯示在多塊多功能彩色液晶顯示屏上，方便飛行員查看，可以綜合顯示飛行姿態(tài)、飛行參數、發(fā)動機參數以及導航參數等。

從動力系統(tǒng)配置來看，“PAK TA”運輸機兼有噴氣式運輸機高速度和螺旋槳發(fā)動機的低油耗的優(yōu)點，可以滿足長航程的需要，而且該機的氣動外形設計還有利于隱身。可以預測，俄羅斯未來的超音速運輸機也將在“PAK TA”亞音速型的基礎上發(fā)展而來。為了實現超音速、航程遠、載荷大等目標，超音速的“PAK TA”需要更為強勁的發(fā)動機和適應超音速飛行的氣動外形設計，同時還要發(fā)展超音速低音爆技術來改善超音速飛行時，機載乘員的乘坐環(huán)境。相信俄羅斯在不久的將來就會推出技術難度較低的亞音速型，進而為超音速的超級運輸機奠定基礎。