我对大飞机后一、二十年发展趋向的基本看法是:快而无极,大须有度,以需为本,精益可期。仅从技术上看,比安-225更大的运输机和比A380更大座级的客机,还有发展的空间和实现的可能。但短时间内,难有带根本性突破意义的全新布局、全新构型的机型出现;发展的主题是紧扣需求,依托发动机和新材料及先进制造技术,显著提升现有机型的性能,大幅度降低成本。对大型客机的主要挑战是安全性、经济性和满足绿色环保的要求。军用大型飞机发展的主要驱动力来自三方面,一是运输机自身的性能提高,二是以运输机为平台的特种军用飞机的需求,三是同样达到大飞机起飞重量的战略轰炸机呈现加速发展势头,客观上也在推动大型化相关技术发展。
无论大小,无论类型,飞机追求速度几乎是没有极限的。即便是客机,上世纪六、七十年代,超声速客机也已经问世,英、法合作的“协和号”运行了30年。由于一场惨烈、非飞机自身原因造成的空难,激发和放大了其固有的先天不足,主要是噪声污染和经济性差、市场狭窄、商业不成功,而悲壮地退出历史舞台。但人们对速度的追求从未停止,伴随着低声爆气动布局和高效安静发动机等的突破性进步,超声速小型机和公务机将先行成功,继而中大型超声速商用机将荣耀归来。
但在“大”的尺度上,究竟是否需要继续做大,做大到什么程度,主要不是技术上能否做到的问题,而是要看有无需求,有无市场,需进行技术与技术、技术与经济的综合权衡。当下,B747和A380都正在退出历史舞台,更大的概念设计方案,如翼身融合的千座波音797也曾披露过,但离工程实用还有相当大的距离,而且没有工程实现的必要性,其意义仅在于技术储备。单就载重能力而言,安-225若用于载客,将会超过2千座,但作为客机,是不可接受的。
运输机也是如此。除非有特殊需求,如前文所说的Roc双体飞机,在一般意义上,很难会有超越安-225的更大的常规布局运输机出现了。如果纯粹货运,倒是可以在不追求速度的前提下,使用浮空器,就像谷歌研发的可载重500t的世界最大气艇那样,但那已经不是我们本文约定要谈的飞机了。
为了大飞机的今天,更为了大飞机的未来,我们需要比前一个航空百年更加重视新技术研究。其中,前文提到的翼身融合布局是最有希望的优先方向。传统大飞机均为“筒身-机翼型”布局,即由一个圆筒形的机身加上机翼、尾翼、发动机等构成,机身和机翼之间界限明显。这种布局的空气动力效率的发挥已接近极限。由于升阻比难以提升,飞机的油耗、噪声、排放等也难以进一步降低,必须寻找新的突破口。
在寻找增升减阻的途径中,降低占总阻力大约一半的摩擦阻力(摩阻),十分重要,可在减少浸润面积和扩大层流面积两方面发力。翼身融合体所以被关注,正是因为较传统布局可减少约三分之一浸润面积;而自然层流流动控制(NLF)、全层流流动控制(LFC)和混合层流流动控制(HLFC)这三种方式对于扩大层流面积均具效果。研究称,对于A380这样的大飞机,只需采用15-20%弦长的HLFC,即可降阻14%。
翼身融合布局用于宽体客机,尚需解决一系列工程问题,主要是在实现巡航高气动效率的同时,要改善起降性能,降低噪声,合理布置舱门,满足90秒应急逃离要求,解决全舱各部位的乘坐舒适性等,以及特殊形状的增压客舱结构与减重问题。尽管这种布局距工程应用仍有距离,下一个十年的客机有可能还是基于传统布局,但鉴于这一技术的巨大潜力,需要倍加重视。同样,其他领域的新技术也都需要做好识别与预判,精心布局,寻求突破,为我国的航空强国伟业提供强有力的支撑。