[军用和民用大飞机的设计差异]军用大飞机

　　记：现在说的大飞机主要指运输机，运输机在什么情况下开始分为军用和民用?　　江：大飞机在不同时代有不同标准。在飞机发展早期，能安装多台发动机的基本就算是大飞机。二战前后，B-29和C-54这类规格的也算是大飞机。战后航空动力实现喷气化，使飞机载荷、航程和尺寸都得到大幅度增加。从50年代开始，大飞机普遍指起飞重量超过100吨的机型，这个标准到目前仍有意义。
　　早期民用客机大都以轰炸机为基础改进。由于早期军用运输机的功能也是散货和兵员，因此，民用和军用运输机在设计上并无差异，民用客机的特点不过是更加舒适。DC-3、FW-200和JU-52这些机型都是以民为先，军民通用平台。
　　军用运输机直到二战期间仍以空投／空降为基本任务，飞机的设计只需要满足人员和伞降运输任务，通常采用低机翼和翼上发动机设计。为保证螺旋桨不会在地面工作时碰触地面，主起落架大都安装在机翼发动机的下方，导致机体上的舱门距地面高度比较大。C-46／47和JU-52这些运输机，在大战期间承担着重要的运输任务，但在实际使用中，军方需要运输的装备远比人员更复杂。C-46运输过火炮和吉普车，德军在斯大林格勒和北非也面对重型装备物资运输需要。民用客机改造的军用运输机货舱较小，舱门尺寸和地板强度都不高，难以运输大型技术装备，将吉普车塞进C-46机舱是件非常艰苦的工作。对于大战中、后期的重装备空运及空降作战，各国都采用了设计和制造难度小的滑翔机，通过自重轻、载荷大，可设置大舱口甚至是一次性使用的滑翔机来运输大型装备。大战中的滑翔机是专为军事运输用途设计，用以机降步兵、物资的技术兵器，能够运输当时无法空投的大件或更多兵员。无动力滑翔机的结构远比常规飞机简单，铁、木结构的造价也相当便宜。虽然滑翔机实战损失数量远比常规飞机大，但滑翔机的低成本可以抵消部分损失。常规运输机对机降人员物资的限制，使滑翔机当时处于无可替代的地位。
　　滑翔机广泛参与了欧洲第二战场的几次空降，牵引机和滑翔机的战斗和非战斗损失空前巨大，很多国家开始研究结合滑翔机和动力飞机优点的新机型。德国以滑翔机为基础的重型ME-323运输机，就是将滑翔机的合理结构与动力系统组合后的早期尝试。大战期间的滑翔机主要采用上单翼和高度较低的滑橇起落架。上单翼可以使机体上的出口靠近地面，有利于人员车辆等的装卸。直接安装在机体上的滑撬起落架结构简单轻便，适于在不平坦地面上保持机体稳定滑行。大战中的滑翔机在整体设计上与客机平台有了巨大变化，这两种设计也成为战后军用运输机设计的基础。
　　二战后的军用运输机设计中认同了新的设计思想，不需要考虑民用市场，可以按照军事运输需要专门设计。为了提高人员物资和车辆装卸效率，基本设计特点是机体距地面高度低，机身上设置有大尺寸的舱门。因为在机体前段要留出驾驶舱的空间，绝大部分机型都将舱门安装在机身后段，人员、车辆和集装物资可自行进入机身货舱。为了给机身舱门提供比较好的空间，强化运输机在非铺砌场地使用的能力，军用运输机基本都选择了上单翼多发结构。上单翼布局可以将动力系统上拾，避免因为要给动力系统提供安全空间，机身货舱与地面距离增加造成跳板陡峭和影响强度。民用客机则继续采用传统的下单翼结构，发动机和起落架都设置在机翼／中央翼内，机体直筒段结构简单轻便，中央翼是机翼和主起落架集中受力结构，机身结构简单轻巧并有开敞的内部空间。相对民机普遍采用的下单翼结构，军机选择上单翼后，机身中段不但要为集装物资运输和起落架强化地板和机体结构，机身上方中央翼部分也必须强化结构，机身中段有下方起落架舱和上方中央翼两个受力结构，机体结构复杂并影响到机身气动性能。
　　记：两者具体的设计差异有哪些?
　　江：军用运输机和民用客机所需研制时间相同，航空材料、成品和动力系统也会基本相同，这是大飞机设计上可以共通的基础。但不同的设计要求在结构上产生很大差异，这从二战后期开始出现，到冷战初期就已非常明显。国外上世纪50年代开始发展大型飞机平台，基本同时期完成研制的安－12／伊尔－18和L188(P－3的民用机型)／C-130，在结构、动力和机载设备上有很多相同点，但整体设计有巨大差异。
　　现代大型飞机发动机涵道比和风扇直径都越来越大。民用客机增加发动机风扇直径必然缩小发动机与地面距离，抗杂物干扰能力差，迫使机场提高对建造维护标准，整个飞机活动场地都必须进行硬覆盖。军机上单翼吊挂发动机离地较高，可以弱化风扇对地面的吸力，能大幅度放宽对场地的要求，部分型号甚至不需要硬道面就可以正常使用。
　　民用大飞机良好的场地和调度条件，使其增升装置比较简单，系统尺寸重量较小，不会影响翼面结构。军机的场-地远比民机紧张，需要尽可能缩短起飞滑跑距离，也就是说军机必须采用更有效的增升设施，性能要求要比降低成本和重量更重要。较先进机型(如安－72、安－70和C-17)都采用了气动和动力组合的增升方式，依靠发动机工作时的气流改善翼面流场，通过翼面动力增升扩大气动增升措施的效果。
　　民用飞机以人员运输为主，普遍采用等径面积最大和阻力优化的正圆形机身截面。宽体客机的机体直径虽然大幅度增加，但截面形状仍然保持了圆形这个基本特征。圆形机体框架在同样强度下的重量最轻，圆形机体最大截面在机身设置客座的中段，地板下和过道两侧上方的行李舱填补了机体收缩空间，乘座空间和行李间得到了最大程度的优化。军用运输机也要强调经济性和阻力优化，但由于需要在机体后部或前部开设全尺寸舱门，货舱内部必须有足够大的地板宽度和垂直高度。早期军机并不太要求货舱的宽度，如C-130／141等型号的机体也是圆形。随着对机舱尺寸要求的提高，有重装备运输需要的机型开始拉直机体侧向的曲面。从驾驶舱来讲，军机所需的空间和民机基本相同，机体加宽后驾驶舱却没必要加宽，而缩小机体上部宽度，在不影响货舱尺寸的前提下可以减阻减重，因此军机货舱截面大都呈现出向上方收缩的矩形。总的看，军机截面不是呈现出梨形，就是在圆形机身截面侧面存在较大的间隔空间，影响了机体的截面利用率。因此同样最大货／客舱宽度的机体，军机的截面尺寸和结构重量都要明显大于民机。