安-225“梦幻”告别，“大飞机”时代落幕？

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导语：2月27日，国内外诸多媒体报道了世界上最大的运输飞机安-225被战火摧毁的消息。曾几何时，这架“梦幻之机”创下了诸多世界纪录、迄今主要技术指标仍未有被超越，更曾多次盛传要落户中国。

作为航空工业史中诞生并投入使用的最大飞机，其涉及到的技术领域有多少已被我国掌握，对未来我国大飞机之路有何启示？未来我国能否让“梦幻”再度重现蓝天？

“梦幻”：超大型运输机的前世今生

作为航空工业的结晶，超大型运输机蕴含着工业文明特有美感，而它们的诞生往往伴随着特定的需求：自第一次柏林危机后，世界各大国均意识到空中运输的重要性。但当时的运输机面对一些超大超重型货物时，或无法装载或只能拆散后运输；海运虽可以解决运力需求，但面对一些时间敏感性“货单”时又力不从心，超大型运输机由此应运而生。

位于美国亚利桑那州“戴维斯-蒙森”空军基地“飞机坟场”中的C-5“银河”战略运输机 图源：21世纪军工评论

如全球第一架运载能力超过百吨级的超大型运输机C-5“银河”，即是为规模庞大的后勤供应线搭建起一座巨大的空运桥梁；而目前全球最大的运输机安-225“梦幻”，其设计目的之一，则是从苏联各地把航天飞机的各种超大型组件空运到哈萨克斯坦拜科努尔航天中心。

由于具备了强劲的发动机和良好的空气动力特性，超大型运输机其巡航速度一般可达800～900千米／时，是陆上运输速度的15倍，海上运输速度的25倍；庞大的机身，也使得所能携带的油料也相对地更多，因此拥有超长的续航能力，如安-225在全负载的情况下仍能持续飞行约2500公里的距离。

而超大型运输机自问世以来，即在世界空运史上发挥着独特作用，并不断刷新世界纪录：如在赎罪日战争，美国空军对以色列共实施了567架次空运任务，向以色列运输了22000吨武器装备和物资，就145架次任务是C-5执行、占运输的物资总量的一半。

而安-225自1989年问世以来即打破了包括起飞重量和运输能力在内的110项世界纪录。

——2003年安-225第一份商飞合同即是向驻美军一次性送去了总重量188吨、21.6万份快餐......2009年把一台187.6吨的发电机从德国法兰克福运输到了亚美尼亚的埃里温，创造了史上最重单一货物的世界纪录。

——在2010年把两片长42.10米的风力发电机叶片从天津运输到丹麦斯克吕斯楚普，创下史上最长单一空运货物纪录；在2020年，安-225更多次从中国运送出口至欧洲各国抗击新冠病毒的医疗物资。

正在天津装卸防疫物资的安-225运输机，由于这次运输的货物多为密度小的防护物资，故重量较轻，但体积庞大，安-225空间大的特点可以一次拉走大批量货物 图源：航空知识公众号

“有容乃大”：托起超大型运输机的“脊梁”需有多强？

超大型运输机的技术奥秘不仅仅在于体积的庞大，对于航空产品而言由于大型飞机涉及的气动力、动力装置配置、载重能力、航程与经济性的要求更高，要同时满足这些技术要求对设计者而言是一项严峻的考验。

以结构设计为例，尽管飞机越大设计的空间也越大、理论上载荷上限潜力也越高，但从经济性的角度要求飞机设计并非越大越好，往往选择合适的吨位量级，并尽可能的减轻飞机的结构重量。

而矛盾的是，超大型运输机一方面需要承载载荷少则几十吨、多则几百吨的结构强度，另一方面还要克服为了尽可能装的更重、更大货物而设计更大的货仓空间。

以安-225为例：尽管为了最大限度和小一号的安-124通用零备件和生产线，在设计时安-225提升货仓载荷能力用了最简单粗暴的方式——拉长机身，该机货舱的横截面尺寸与安-124相同，都是宽6.4米，高4.4米，在机翼之前和之后的机身增加了两个7米的加长段；但即便不考虑增大直径后保持机体强度所需要的额外加强，但仅仅基本的材料重量就要增加17.5%。而实际设计和生产时，也还需要进一步考量体积变化对结构的不利影响。这就需要超大型运输机货舱的框架具有整体受力的结构，这些结构的设计和制造技术都是高难度的。

无论是专门设计的运输机还是客改货机，都需要专门加强或更换高强度地板梁

首先就需要足够高的部件强度，比如承载货物最直接的部件——舱室地板，一般的如波音777这类大型客机地板梁强度要求不高，直接用复合材料减重就好。但是对同等体型甚至更大的货机而言，则需要改为耐压性能更好的铝锂合金。而全球具备这种大部件制造能力的厂家只有区区几家，而我国即是其中有能力提供这类部件的供应商之一，现在的波音747和767货机等大型货机，其地板梁都是由中南铝业铝材、由西飞制造后供应至国外厂商。

作为大型客、货机生产国际化分工的一部分，西飞集团也参与到多款波音飞机的地板梁交付工作中 图源：中国航空报西飞

振翅高飞：超临界机翼如何让超大型运输机飞的更高更远

从运载能力角度考量，飞机的翼展和面积需要足够的大，必须选择高升力的翼型，但又要考虑飞机具有足够的爬升能力和最大经济舒服速度，能够达到较高的经济飞行高度、以降低飞行成本、提升飞行速度、提高运作效率。而传统运输机、货机所采用的薄翼型还是后掠翼型都存在着升力系数低、结构强度差等问题。

为此，在安-124、安225这两种超大型运输机上，都运用了一种先进的“超临界翼型”提升飞行性能。这种翼型厚度较大，前缘圆滑，上翼面中部相对平坦，气流的加速过程趋缓、激波产生相对较晚从而减小阻力；并通过让下翼面在接近后缘处的地方向内凹入，使后缘变薄，且向下弯曲以增大翼型后端区域的上下压差、提升升阻特性。这种特殊的厚翼型不但能提高飞机的最大经济速度，还具有机翼内部容积大（可布置更大的翼盒油箱以提升超大型运输机航程）、结构重量轻（以提升载荷比）等优点，从而维持较高升阻比的前提下，进一步向上扩展有利飞行速度区间。

传统翼型与超临界翼型气动特性对比 图源：科普中国

我国经过多年的探索，在超临界翼型的研究方面已取得了一大批成果，已有多款国产飞机选择了此类翼型。我国20世纪70年代初研制运-10客机时，就成功地运用了超临界翼型技术；而运用了此类翼型的运20也同样展现出优异的飞行性能，在与伊尔76、C2等运输机同等级发动机总推力的情况下，有着更加出色的载重能力和航程。随着国内空气动力学的发展和我国航空工业的进步，未来会有越来越多国产大飞机运用这种超临界机翼。

运-20

“千里鸿鹄的飞扬之心”：国产动力的发展与展望

超大型运输机的大体积带来的另一个影响就是浸湿表面积大，也意味着额外的阻力；而为了保障超大型运输机在巨大体型和重量下的起降性能，还要求飞机的增升装置和着陆后的反推装置具有较高的效率，这一切都要求发动机推力相应增加。而发动机技术作为航空技术的核心关键技术之一，成为超大型运输机等航空领域最大的技术瓶颈。

为此，我国近年来主要立足于近期需求，集中精力完成推力范围为120-150千牛级的大涵道比涡扇发动机的研发、投产工作，通过民用的“CJ-1000AX”等发动机的研制工作，逐渐突破了双级高压涡轮气动、冷却、结构强度的关键设计、试验测试和特殊工艺难点，建立了大涵道比涡扇发动机完善的设计方法和全流程试验数据库突破，并不断提升国产大涵道比涡扇发动机双级高压涡轮部件的气动、结构、冷却和强度等关键技术与热端部件技术成熟度，从而为大型客机与运-20这类起飞重量在200吨级大型运输机提供稳定的国产化动力。并为未来更“大号”国产化动力带动相关设计、试验和制造水平的全面提升。

虽然实现大飞机动力全面国产化道阻且长，但“长江”CJ-1000AX的研制工作仍为其迈出了关键一步 图源：工业和信息化部

“空前”是否“绝后”：超大型运输机未来何去何从？

尽管安-225这种超大型运输机的运载能力不一定“绝后”也至少“空前”，但运营成本也很高，直接运营成本几乎是安-124的两倍，该机在近年商业运输的每小时报价在超过5万美元之间，成为世界上飞行成本最贵的飞机之一。而高昂的运作成本使它近年来需要长时间停飞进行大量维护或升级。

在2016年曾有报道传出在中国重启安-225生产线、并计划用于卫星发射的新闻。但这则消息昙花一现后就没有了下文：抛开技术与政治因素，仅市场需求而言无论军用或民用，超大型运输机对应的特定需求仍然量小，在相当一段时间内难以维持新的超大型运输机研发生产。

另一方面，这类超大型运输机在使用上等方面的诸多限制也影响到“梦幻”落户中国——高达640吨级的起飞重量需要4F级机场跑道才能保障安全起落，尽管在中国基础设施建设使4F级机场的分布越来越多，而超大型运输机在起降和飞行中产生的强烈尾流又会对临近空域内其他飞行器飞行安全产生影响，使实际运作的机场和航道进一步受限。迄今为止，安-225仅在天津滨海与石家庄国际机场起降过。

巨大的体型使安-225运作时对机场与空管都是极大的考验

结语：

在安-225被报道出已被战火摧毁的同时，A-380也宣布告别中国市场。在航空领域不断讲求经济效益和运作效率的今天，安-225这类超大型运输机愈来愈不合“潮流”，似乎预示着巨型飞机时代的结束。受限部分技术与需求的双重制约，更使得我们在短期内很难看到这类庞然大物再度落户中国。

但作为百年航空史的巅峰之一，人类的历史终会记住它们在天际张开双翼的身影，也希望我国航空航天工业的进步，使未来某天能让我们看到这类巨型飞机重现蓝天。