徐秉君|美国空军：超前探索翼身融合下一代大型飞机_风闻

美国空军：超前探索翼身融合下一代大型飞机

华语智库

2023-09-11 08:51:00发布于北京中国政策科学研究会安全政策专业委员会旗下官方账号

+关注作者：徐秉君（华语智库高级研究员、新华社瞭望智库特约军事观察员）

翼身融合原型机的渲染图。8 月 16 日，美国空军选择 JetZero 在 2027 年建造并试飞一架翼身融合原型机。此举旨在使技术成熟并展示其能力，为空军和商业行业未来的空中平台提供更多选择。（空军图）

据美国航空航天局8月16日宣布，空军已经挑选了航空航天初创公司JetZero来设计制造一个混合翼（BWB)飞机原型，用于测试和演示新技术。飞机将于2026年组装完毕，飞行测试将于2027年开始。

《空军与太空军》杂志网站刊文称，新的设计理念有望提高燃油效率，从而提高航程，并减少跑道要求。它还试图证明新材料和快速原型制作的新方法。它可以在即将进行的下一代空中加油系统（未来加油机项目NGAS）替代品分析中发挥至关重要的作用。

美国空军部长弗兰克·肯德尔在8月16日空军与太空军协会的揭幕式中启动了该计划。他说：“它的目的是加速空军未来所需的下一代大型飞机的开发。”

五角大楼官员称，这一决定标志着飞机设计的一个新里程碑，并为空军库存提供了一个更有能力、更环保的未来。

美国空军为何选择BWB

翼身融合概念首次提出于20世纪80年代，该设计采用翼身融合布局，使飞机能够将机身结构和空气动力学相结合，相比传统常规布局的飞机更具高效性，主要是能够降低飞机的重量和气动阻力，并获得更大的气动升力。

尽管翼身融合（BWB）是一种全新的设计概念，但在此后相当长的一段时间内，由于受当时的技术条件限制，翼身融合布局的飞机在纵向和横向的操纵能力较差，并容易产生静不稳定性，且非轴对称机体结构的制造难度和成本较高，所以尽管设计理念比较先进，但却一直没有制造商进行工程研制。

然而，BWB设计概念已显现其潜在能力和优势，因此美国航空工业巨头并没有因此而放弃研发。作为一种技术储备，自 20 世纪 80 年代以来，美国麦道公司及其后来的收购者波音公司因推进现代 BWB 研究而受到赞誉，特别是通过 BW-17、X-45B 和 X-48 演示机和原型机，使BWB研究得以持续推进和发展。

X-48验证机。

五角大楼和空军为何选择BWB作为未来需要的下一代大型飞机？

一是基于战略需求。美国全球战略调整后，把中俄作为战略竞争对手，随着战略重心东移和印太战略的推进，美国空军深感战略投送以及运输保障能力不足，再加上现有的运输机型和加油机型日趋老化，急需更新换代。

为此，JetZero公司联合诺格推出了Z-5翼身融合飞机方案，正好迎合了美国空军对未来新一代大型飞机的需求。对于美国空军来说，这关系到全球竞争。美国空军部长肯德尔说，BWB 可以帮助“保持我们对中国的优势”。美国空军官员称赞该计划是一项关键的发展，将使美国军队在潜在的冲突中超越中国技术，并在军事行动中超越中国军队。

二是看中翼身融合飞机巨大的潜能。由于BWB采用全新的结构设计、大量采用新材料、以及采用新的制造工艺，使得BWB不仅具有巨大的商业价值，而且还具有重要的军用价值。

经过前期概念研究，翼身融合飞机理论上可发展为民航客货机、军用加油机和运输机。为此，JetZero公司联合诺格推出了Z-5翼身融合飞机方案，并计划与美国军方、美国国家航空航天局（NASA）和美国联邦航空管理局（FAA）合作，力争在2035年左右投入运营。

Z-5翼身融合飞机概念图。

三是BWB可以大幅度提高燃油效率。五角大楼认为，机动飞机约占空军消耗所有燃料的 60%，空军已经是国防部最大的燃料消耗者，而国防部又是联邦政府最大的用户。

JetZero公司提出的Z-5翼身融合飞机方案，为该验证机也提供了一个机会，验证30年前提出的BWB概念所承诺的理论燃油效率节省和短距起降性能是否能够在全尺寸飞机上实现。JetZero公司声称，新提出BWB构型飞机与同级别传统“管翼”商用飞机相比，可以实现50％的燃油节省。

Z-5节省燃料和提高燃油效率受到空军的青睐。负责设施、能源和环境事务的空军助理部长拉维·乔杜里 (Ravi Chaudhary) 表示，节约改变了作战的性质。 他说，更大的航程会增加杀伤力，燃油效率节省了能源，使空军能够进行更多的飞行。

美国空军部长肯德尔则说，“这项技术确实有潜力帮助显著提高燃油效率。这不仅会提高我们部队的效率和能力，还会提高我们对气候的影响。”

开启商业应用向军事领域转化的新模式

军用装备往往是汇集当代最先进技术成果的集合体，代表着一个时期最高的技术水平。按常规以往高端技术的转化一般都是军转民。值得注意的是，美国空军对BWB却采取了由商用向军用转化的新模式

2022年，美国空军能源、设施和环境办公室加大了对BWB构型飞机的投入，与美国国防创新单位（DIU）合作发布了竞争性提案邀请书。一年后，DIU选择了JetZero的BWB概念机作为资助对象，这为BWB构型的发展带来了新希望，为其将来应用于商用飞机和军用加油机及运输机奠定了基础。

   翼身融合比传统的管翼飞机具有明显优势。混合机翼创造了一个大而连续的机翼，有助于提升升力和最小化阻力，从而减少对燃料的需求。其优势主要体现在两个方面：一个是BWB构型创造了巨大的内部空间，这样可以携带大量的航空燃料，既可以为飞机自身提供燃料并增加飞行距离，还可以作为加油机将燃料输送给其他飞机。另一个是，它巨大的内部空间，还可以容纳所有类型的军用货物，从车辆、装备到物资。这对于帮助美国空军和海军战机弥合北美和亚洲以及太平洋之间的距离来说是一个很大的优势。

Jet Zero翼身融合验证机与F-35编队概念图。

2023年8月16日，美国空军宣布JetZero公司获得了一份2.35亿美元的合同，资助其首型全尺寸翼身融合体（BWB）验证机的开发和生产，并将在4年内实现首飞。

Z-5是JetZero公司Z系列飞机中的第一款。按照其公布的数据，Z-5可搭载250名乘客飞行9260km，具有较宽敞的单层客舱和高展弦比的机翼；翼展接近61m，和空客330和波音777飞机相当，但机身长度小于波音767。

Z-5的机体主结构采用全复合材料制造，可以解决非圆形机身的制造问题和客舱的加压问题。Z-5项目初期将采用传统航空燃料箱，但JetZero公司称，未来如果替换成液氢燃料箱，Z-5的结构也具有足够的空间。

环境和商业影响推动了美国空军研制新机方法的改变。该项目不再由空军装备司令部的生命周期管理中心或空军研究实验室领导，而是由负责设施、能源和环境事务的空军助理部长拉维·乔杜里办公室主持。

乔杜里告诉媒体，国会指示我们成为这方面的牵头组织。这是一个运营能源问题，我们必须将其作为一项服务来解决。为飞机、船舶和车辆提供燃料以及满足军队的舒适性和计算需求的能力，可以说是整个物流链中最关键的部分。他强调说，这“将成为大国竞争中的胜利保证”。

美国空军对Z-5提出的具体设计目标是：

Jet Zero公司的Z-5翼身融合验证机，需要完成其配置承诺，即相比C-17运输机减少30%的燃油消耗，以及比KC-46加油机增加60%的航程以及运输能力。

但在第一阶段的测试工作中，翼身融合验证机将先不配备加油系统与货运坡道，并分别与KC-46和C-130的原型机开展竞赛，以测试其能否达到美国空军的预定目标。

美国空军在8月16日的一份新闻稿中表示，“结构设计、材料技术、制造和其他领域”的最新技术进步使得 BWB 成为可能。这些进步使得“大规模生产成为可能”。但媒体表示，这架尚未命名的技术演示机既不是原型机，也不是“X 飞机”，旨在为未来货运和/或加油机的设计提供信息。

BWB的未来发展趋势

翼身融合飞机经过了30多年的概念研究，正在由概念转入实际应用。美国空军的战略需求，特别是将战略重点转到印太战略方向，加速了BWB由民用向军用加油机和运输机的转化。

尽管JetZero公司联合诺格推出的Z-5翼身融合飞机方案是一个原型/演示项目，但它旨在加速研发美国空军未来需要的下一代大型飞机。

Jet Zero翼身融合验证机空中加油概念图。

美国国会持续的预算支持是加速翼身融合飞机研发的重要保证。2023财年，美国会曾授予美国空军国防创新部门（DIU）4190万美元预算，用于启动翼身融合验证机项目竞标。美国空军还向国会申请在2024财年为该项目追加8820万美元预算。预计到2026年，军方将为该项目投入2.35亿美元，这还不算来自私人投资者的更多资金。

从技术角度分析，翼身融合（BWB）飞机相比传统管翼飞机，综合高展弦比机翼与宽翼型机身的双重优势，能够在机身全跨度上产生升力，同时最大限度减小阻力，使飞机获得更远的航程、更长的滞空时间、更有效的运输载荷。

但从应用角度来看，先进的概念表述要转化为实际的工程设计仍面临极大的挑战性。尽管各制造商的参与为翼身融合飞机研发积累了庞大的数据和试验资料，特别是Z-5翼身融合飞机方案具有改装军用运输机和加油机的潜能，但作为验证项目前期还难以实现军事用途的改装。

不过，美国空军高层认为，这个项目对于商业行业和国防部来说是双赢的。为此，美国空军持续加大投入，并对Z-5提出了具体的设计目标，以期翼身融合飞机能够加速实现功能化的转化。

分析认为，Z-5翼身融合验证机能否达到美国军方的预期还有待观察，但该项决策对美国未来空中运输力量和战略支援能力的构成是至关重要的。