美军B21轰炸机首飞后，大家才恍然大悟：难怪歼20设计的机身巨长

2023年11月，常年受人关注的诺斯洛普·格鲁曼B-21 “突袭者”隐身战略轰炸机终于进行了首飞，其延续了诺斯洛普·格鲁曼B-2 “幽灵”隐身战略轰炸机的宽体机身，并缩小了尺寸。

有人对于这种结构的设计感到好奇与惊讶——在常规的认知里，战机的形状不应该是拥有修长的机身、宽广的翼展、垂尾与平尾么？

为什么诺斯洛普·格鲁曼设计生产的B-21 “突袭者”隐身战略轰炸机，与B-2 “幽灵”隐身战略轰炸机会在外形上这么离经叛道？

正所谓“因果相存，福祸相依”，飞机机体外形的变动牵扯到了一门复杂的科学——气动学，长久以来困扰部分军事爱好者的“歼-20机身为什么这么长”的答案，也在其中。

气动科学的起源

从莱特兄弟放飞“飞行者一号”到第一次世界大战飞机军用化，气动学的进步相当有限。

莱特兄弟的飞行者1号

因为当时的航空设计者与研究者们缺乏有效的气动验证手段，而且飞机本身的运行风险和操作难度又极大，这一时期的航空器材基本对气动性的认知都十分模糊与暧昧。

不过随着军用飞机在行动中表现出的卓越作用与德国“福克”系列战斗机在第一次世界大战期间凭借优秀的性能对协约国的各种双翼机打出了“福克灾难”，使得各国都开始谋求空气气动学上的研究与突破。

德国在一战中的“福克灾难”主角，福克dr.1战斗机

这也带来了从第一次世界大战到第二次世界大战之间的技术大突破，在那个被称为“气动学日新月异”的年代，技术上相对成熟且更加依赖自身外形“驾驭风”的滑翔机也成为了气动学研究上的一大助力。

1927年的气动设计测试

飞翼的自带特性：B-2与B-21为什么长这样

早在30年代，诺斯洛普公司的创始人杰克·诺斯洛普就认为与滑翔机类似的布局“相当地有搞头”——

只要尽可能将设备内置，只利用少数几个翼面进行操纵控制，就能做到机体表面近乎没有凹凸从而大幅减小风阻。

苏联30年代采用飞翼设计的KhAI-3客机

而且，这种在日后被称为“飞翼布局”的气动设计拥有继承自滑翔机的宽大机翼气动面，相当于利用整个机身为“帆”为自己提供升力，同时使得机身内部空间宽大方便布置油箱或别的东西。

所以在航程上也有极大优势的同时，还有装载量上的优势。

美国诺斯洛普B-35战略轰炸机的设计草图，为后来的文艺作品贡献了诸多灵感

也正是在类似的考虑之下，第二次世界大战中的主要强国都纷纷考虑了基于飞翼造型，设计该气动外形制造长航程的轰炸机与运输机——例如美国的诺斯洛普B-35、德国的霍顿Ho-229、苏联的哈尔科夫KhAI-3

Ho-229的技术验证机

而随着时代的推进，在二战结束后，冷战时代的喷气轰炸机浪潮中，飞翼布局也由于其气动上的先天特性，被诺斯洛普公司一直沿袭设计继承，直到B-2“幽灵”隐身战略轰炸机才算发扬光大。

B-2“幽灵”隐身战略轰炸机

由于这一设计的构想在提出时，气动学研究还尚且停留在“亚音速”时代，空气动力学领域还普遍认为“音速是大气层内航空器不可逾越的屏障”，飞翼布局对于“超音速”飞行并不友好。

但毫无疑问，高速性能这个性能上的缺陷在飞翼布局大载重、长航程的优势面前，是可以取舍的对象。

这也就不难从另一个角度解释，为什么B-2 “幽灵”隐身战略轰炸机与B-21“突袭者”隐身战略轰炸机都是选用飞翼外形的亚音速轰炸机，甚至为了这一外形的结构不被破坏，他们还缩短了弹舱。

这使得早期B-2“幽灵”隐身战略轰炸机变成了彻头彻尾的“临空投弹狂”。

歼-20为什么那么长？

就如同B-2与B-21的气动外形是因为作为轰炸机，尤其是战略轰炸机。诺斯洛普·格鲁曼公司在设计时对载弹量、航程与荷载性能上的侧重一般。

歼-20作为世界上为数不多的新锐第5代隐身战斗机，从设计之初就与B-21“突袭者”走向了反面。

对于轰炸机而言，高速性能可能并不重要，因为轰炸机大多时候都是在确保制空权的情况下，缓慢出击轰炸目标或清理目标。

F-104 “星”战斗机由于其外形上的特性，也被称为“插了机翼的火箭”，也因为事故率高被称为“寡妇制造者”。

但战斗机与轰炸机不同，由于需要考虑在各个速度区间与敌人的战斗机在空中的交战，同时还需要兼顾高速与低速性能的平衡（极端高空高速机的典型案例就是有着“寡妇制造者”之称的F-104 “星”式战斗机）。

在高速状态下，需要保证充足的升力，那就需要有着更大的机身面积——但加大机体宽度会带来维护上的麻烦不说，还会由于机体的宽度增加，增加飞行时来自正面的空气阻力，又会导致速度的下降。

不过，只要思想不滑坡，办法总比困难多。既然面积同时由长宽决定，宽度上受到制约，那换个思路，从长度上进行增加不也可以达成类似的效果吗？何况，在长度上的放宽也有利于飞机在航空发动机、雷达、弹舱的设置与安装布局。

也正是在这样的基础之上，歼-20才在航程、备弹、发动机选择上有着丰富的选择：

发动机能够从引进的俄制AL-31F发动机到涡扇-10“太行”发动机，再到现如今的涡扇-15“峨眉”发动机进行自由的选择搭配。

总结：

诺斯洛普·格鲁曼B-21 “突袭者”隐身战略轰炸机的首飞，向我们展示了气动科学在轰炸机上的应用与使用，歼-20的长度，同样也是基于气动科学的严肃结果。

毕竟世界本身是客观唯物的，并不会随着主观的臆想而变化，只有从科学的角度来设计——在飞机上的设计，越靠近今日，就越无随意可言。

参考资料：

【1】澎湃新闻《技术派丨王者之翼——各国飞翼布局研发的过去与未来》

【2】俄罗斯航空《KHAI-3 - 学生研制的滑翔机，在当地航线上飞行》

【3】诺斯洛普·格鲁曼官网《美国空军简要介绍 B-21 强击机项目和进展情况》

【4】西北工业大学学报《基于伴随方法的飞翼布局多目标气动优化设计》

【5】新华社《揭秘！歼-20是这样变强的》

【6】新华社《奋飞吧，歼-20——歼-20首飞10周年战斗航迹解读》

【7】新华社《铁翼护航新时代：中国空军歼-20战斗机影像志》