自从空军副司令透露了“20家族”最后一位成员的进展，大家都很兴奋，但是关于我国下一代轰炸机的外形，网上的想象图大多数都是美国B-2的翻版。

（网络上的想象图）

在我们的印象里，隐身轰炸机似乎就该是这个样子，扁扁的一片，外形非常光滑简洁，没有传统的机身、机翼和尾翼，看起来就只有一个巨大的机翼在飞，这就是飞翼布局。

那么问题来了，隐身轰炸机只能造成这个样子吗？

大家好我是空天同学，曾经在西工大读过飞行器设计专业，谨慎地说一下我的看法，若有不对还请指正批评。

从飞机设计上来考虑，有三个极为重要的核心参数，那就是升阻比、翼载荷、功重比（推重比）。这三个参数的好坏，决定了一架飞机几乎所有的基础性能。而飞翼布局让这三个参数，全都更好了。

飞翼布局有三个明显的优点：

第一是气动效率高，因为机身跟机翼融为一体，机身也能产生很大的升力，这就让等效翼面积大幅度增加了，（同等重量下的）翼载荷就降下去了——这是第一个核心参数。

另外飞翼布局的机翼机身的界限没有了，机翼和机身之间的诱导阻力、干扰阻力也就减小了，升力增加，阻力减小，升阻比就增加了（同等展弦比的情况下，可以做到正常布局的1.4倍左右）——这是第二个核心参数。

第二个优点是结构效率高。机翼机身融合过渡，空间被充分利用，翼载荷的分布也更均匀，结构强度增加，结构重量就减小了，那整个飞机的重量就减小了；同样的发动机，推重比就变大了——这是第三个核心参数。

或者说，如果要保持同样的推重比，飞机发动机所需的推力可以更小。那么如果发动机不太给力，在气动方面多下功夫，确实可以改善飞机性能。

比如同样是D-30发动机，俄罗斯伊尔76起飞重量只有190到210吨，而运20可以做到220吨，航程也更远，气动上的优化功不可没。

B-2从侧面看，很短粗肥胖

三个核心参数都变好了，飞翼飞机的航程、机动性、载弹量等等各种性能，理论上就有巨大的优势。

第三个优点，就是隐身效果好。一般来说飞机雷达散射截面积（RCS）最大的地方是机翼和机身夹角的部分，很容易形成角反射器，但飞翼布局的翼身是融为一体的，天生就减少了这个最大的散射源，所以隐身方面有先天优势。

世界上最早造出来飞翼飞机的，是二战德国的海尔霍顿兄弟俩，他俩造出来Ho-229喷气式飞翼战斗机，非常超前，是当时德国黑科技的代表。

（德国霍顿兄弟）

飞翼飞机试飞的时候，经常会从机场的雷达屏幕上消失，但那时候雷达性能本来就不好，所以就没有重视。

当时的工程师们只知道飞翼布局是气动效率很高，没想过隐身。美国诺斯罗普公司也是认识到了飞翼在气动效率上的优点，自从二战后期就一直在搞飞翼洲际轰炸机，想把航程和载弹量做到最大。

（诺斯罗普公司测试了大量飞翼轰炸机）

大家都知道第一架隐身飞机是美国的F-117，但是实际上，计算飞机雷达反射面积的公式，最早是一位苏联科学家乌菲姆谢夫在1962年提出来的，这套公式计算很繁琐，而当时计算机算力不够，所以没有引起苏联军方重视。

后来，这个苏联公式被“开源”到了美国，洛马臭鼬工厂的工程师丹尼斯·奥瓦霍塞看到了，于是在苏联公式的基础上，琢磨出来了减小飞机雷达截面积的初步方法，这就有了后来美国的“海弗兰计划”（Have Blue）。

（一开始被设计成这个样子）

（后来被加上了两个翅膀，才能保证飞起来）

美国人计算发现，最好的隐身外形是个钻石型，但很明显，这个形状很难飞起来，于是加了两个翅膀，又加了两个V型尾翼，造出了F-117。

当时对连续曲面雷达反射的计算能力不够，所以F-117外形是一个个平面；后来计算机运算速度大幅加快了，才能计算曲面的RCS。

后来美国人把现有的每个气动布局都算了一遍，发现飞翼布局的雷达散射截面积刚好是最小的，诺斯罗普公司高兴得一拍脑袋，巧了吗这不是，我搞了几十年的飞翼轰炸机，没想到居然误打误撞，点出来了隐身这个技能。

（诺斯罗普的飞翼轰炸机，意外进化了隐身）

于是，第一架飞翼隐身轰炸机B-2，就自然由更具飞翼制造经验的诺斯罗普打造出来了。美军最新的B-21轰炸机，也是他们来负责，外形没有太大变化。

说到这儿，回到刚才的问题，隐身轰炸机难道只能做成飞翼的样子吗？

飞翼虽然有这么多优点，但是有得必有失，飞翼有一个非常大的缺点，就是没了平尾和垂尾，缺少气动安定面，飞行操控性和稳定性比较差，机动性发挥不出来。

虽然现在计算机发展，可以利用电传飞控解决控制的难题，但是气动上的先天缺陷还是存在的，比如B-2的俯仰操纵力矩就很短，一不小心就容易拍在地上。

B-2飞行品质也不算太好，有时候会有振动问题，整个飞机震起来。

（B-2的振荡现象）

还有一个问题，就是像B-2这种飞翼，就算你给它装上4个图160的加力发动机，也飞不了超音速，因为大型飞翼飞机的肚子太厚了，高速情况下的激波阻力会剧烈增加，控制上也更加困难，速度高了就容易失去稳定性，所以很难飞到超音速。

德国霍顿兄弟当年就设想过超音速飞翼，后掠角很大，而且为了保证稳定性，加一个巨大的垂直尾翼，座舱就在尾翼前面融为一体。但是这个想法太超前了，当时根本实现不了。

美国无尾战斗机方案，六代机前身

F-22造出来之后，美国也率先研究了超音速无尾隐身战斗机，给六代机铺路，但是控制和稳定性过于困难，最终放弃。

其实如果广义一点，东风17那种弹头形状，我们叫乘波体，但实际上也是翼身完全融合的，也可以看作是飞翼，只是后掠角很小而已。这样来看，飞翼也是能飞到超音速，甚至高超音速的，只要解决了阻力、稳定性这两个问题就行。

（宽泛点说，乘波体也是飞翼）

近十年国内外对飞翼的研究，不同造型的飞翼，其气动特性也很不一样，但都主要集中在两个方面：

第一是减小高速飞行的阻力，提高飞翼布局的临界马赫数；

第二是增加飞翼的控制力矩，提高机动性和操纵性。

飞翼布局的客机、轰炸机，都需要一个大肚子来装人装货装弹药，这一块阻力是没法彻底消除的，只能尽量优化。

比如类似X-47的这种蝴蝶造型，前面后掠角大，机翼后掠角减小，优化了流场，可以获得更快的巡航速度，但是因为多了一条折线，反射源多了一个方向，隐身性会稍微下降一些。

波音、中国商飞，还有西北工业大学的新一代客机验证模型，都采用了飞翼布局，肚子很大很扁，机翼向外逐渐缩小，像一只鳐鱼。

西工大飞翼试飞

NASA风洞试验

这也是优化后的飞翼构型，其实还是有个明显鼓起来的机身的，在巡航速度、结构重量、机舱容量等方面做了优化折中。

理论上，BWB飞翼客机耗油率、载货率都远高于现在的飞机，但是想投入市场实用，还有不少挑战。

（严格来讲不是飞翼了，只是翼身融合程度很高）

天下武功唯快不破，对轰炸机来说，增加速度，可以减少突防的时间，增加生存性，所以如果能在不明显影响航程、隐身的情况下，增加轰炸机的巡航速度，何乐不为呢？

想把速度搞上去不难，增加后掠角、减少跨音速阻力就行了。但如何保持稳定性，就是工程师需要直接面临的挑战。

比如洛马公司1970年代提出了代号“高级钉”的方案，就是一个后掠角更大的飞翼，速度更快，为了保持稳定，增加了一个尾巴，上面有一套固定的尾翼，而且是前掠翼。

洛马“高级钉”

这样就大大改善了飞行操稳特性，但是隐身性下降，这加长了一大截尾巴，整机重量也明显增加了，航程和载弹量肯定会降低。

再比如我们经常见到这张图，是国内外对于“轰20”的想象，就是在后机身加了一对可以折叠的多功能尾翼。

（V尾翼竖起）

（V尾翼放平）

需要高速巡航时，形成V型尾翼，增加稳定性；

如果进入了高风险环境，需要加强隐身，那就把尾翼放平，与机翼重新融合成一个平面。

这种方式听起来不错，兼顾隐身和操控，重量也增加不多，比洛马的方案又更进一步了

不过也有代价，一是增加一套转轴，结构重量加大、可靠性下降；二是任何可变机翼，较大的机械活动结构，都可能会导致额外的雷达反射，处理起来有点麻烦，可能要用到很多柔性隐身蒙皮覆盖，但也不是不能解决。

增加了V尾的飞翼，已经不算飞翼了

说来说去，气动和隐身天生就是矛盾的，几乎一定会打架，飞机设计师就只能权衡利弊，在大量数学和试验的基础上，找到更优化的办法，尽量顾此、又不失彼。

还有一种解法，那就极端一点了，就是前面提到的“超音速飞翼”，甚至“高超音速飞翼”。采用超过60度的后掠角，在大气层边缘高速滑行，这时候升力来源已经全是激波了，因此叫“乘波体”。

（全拼速度，也不是不行）

这种飞行器，已经算是空天飞机的雏形了。实际上我国早在几年前，就公布过空天飞机的方案，水平起降，二级入轨。

超过5马赫的极高速度下，飞行器在红外波段已经不可能隐身；但导弹也追不上了，自然不必再顾忌隐身问题了。

飞翼布局，其实跟鸭翼布局一样，在过去大半个世纪都是“被埋没的金子”。

我们现在的飞机大部分是常规布局，美国战斗机也都是常规布局，并不是常规布局比鸭翼更好。

莱特兄弟的第一架飞机就是鸭式布局，二战也造出了鸭翼战斗机。

但是，鸭翼是静不稳定的，控制太困难了。直到1980年代计算机算力猛增，代替人力操控，才驯服了鸭翼。

20、20

飞翼布局也是如此。美国人虽然经验丰富，交出了B-2和B-21两个答案，但这并不是隐身轰炸机外形的唯一解法。实际上，航空航天各个领域，美国人的答案，也从来都不是唯一的答案。

当初歼-20的外形，一公开就震动国外，不仅优化了超音速巡航，又利用强大的多涡系耦合增加升力系数，然后还很好地处理了鸭翼转轴的隐身问题，做到了比F-22更低的前向RCS，很符合未来的空战需求。

相信我国航空科研人员的智慧，“20家族”最后一位成员也一定会别具特色，充满中国智慧。

期待！