最后一架C-17将在卡塔尔空军服役,自此,“环球霸王”将成为历史。2015年11月29日,第279架、也是最后一架C-17“环球霸王”Ⅲ战略运输机从位于加利福尼亚长滩的工厂起飞,前往波音公司位于圣安东尼奥的维护改装中心,这架飞机将在2016年初正式交付卡塔尔。数以百计的波音公司员工参加了交付仪式,中午12点15分,随着人们的欢呼,这架深灰色涂着卡塔尔空军标志的C-17滑上跑道,15分钟后,这架飞机起飞了,然后在跑道上空盘旋了几圈,向这个生养了她的母巢致敬,在人们热烈的掌声中,这架四发动机的大型飞机缓缓爬升,消失在天空中。
跟随她消失的,还有延续C-17生产的希望。随后,波音公司正式宣布结束在长滩总装厂的生产工作,这标志着已经持续了20多年的C-17的生产最终结束,也终结了加利福尼亚州生产大型飞机的历史。事实上,早在1993年底,C-17 开始批量生产后不久,因为性能未达到原设计要求,而成本大幅度上升,美国国防部就提出过停止C-17采购的威胁,这次危机最终因美国空军降低了对C-17的性能要求得到了解决,而负责C-17研制的麦克唐纳·道格拉斯公司,也在不久后因为包括C-17在内的重重危机打击,在1996年被老对头波音公司吞并。
波音公司接手C-17项目之后,危机仍未消除,由于冷战结束,美国空军原规划的大规模运输机队装备计划被认为是超出必要的需求,运输机采购量大幅度缩减,导致C-17的生产线非但一直未能达到满负荷运行,连维持生产线运转的最低经济产量也没能达到。到2007年时,波音公司发布声明,宣称如果未得到足够订单支持,将在2009年关闭C-17生产线。在此之后,经过激烈的政治角力,美国空军终于提供了部分订单,并放松了C-17的出口限制,波音公司随后在出口市场上也取得了一部分订单,这才使得C-17的生产线维持运转到了2015年底。
由于生产线关闭之后,工人将被遣散,设备将挪作他用,厂房也将出售,再次重启生产线的成本将会变得极其高昂,为了尽量榨取生产线的剩余价值,波音公司还生产了10架“白尾”C-17(即没有客户 订单的产品)。波音公司的这次机灵取得了回报,目前“白尾”C-17已经大部分售出,但这对于继续维持生产线运转是于事无补的,C-17的生产历程终于在2015年11月29日走到了终点。
波音公司副总裁、C-17项目经理努安·伯查德的发言为这个日子做了最终总结:“这确实是一个时代的结束,这是悲伤的一天。但是,这也是为这种伟大的飞机工作的波音员工和供应商们为之自豪的日子。”
在波音长滩工厂内组装的C-17运输机。道格拉斯公司在二战前组建了这个工厂,用于生产DC-3运输机。如今工厂关闭可谓是一个时代的结束。美国空军的中坚力量
强大的运输机部队在二战中(例如著名的驼峰空运)和战后初期的柏林大空运中证实了其价值,使得美国空军在战后继续保持、发展了吨位齐全的系列运输机,并在上世纪70年代形成了C-5战略运输机、C-141战略运输机和C-130战术运输机的装备序列。按照规划,C-5和C-141主要依托战区的大型基地和航空枢纽,用于输送重型装备,而C-130则借助吨位较小、短距起降能力好的优势,将物资装备直接运送到战区前线的小型机场(包括临时开辟的野战机场)。
然而,在1973年底爆发的第四次中东战争中,这个装备序列的可行性遭到冲击。为了给损失惨重的以色列军队补充装备,在五美分救援行动(Operation Nickel Grass)中,美国空军用C-5和C-141在短时间内向以色列运送了大量的武器弹药,其中包括大量C-130根本无法运送的坦克,这使得以色列人得以从最初的败局中坚持下来,并进入了最后的反攻。很显然,以色列人的运气完全是因为其国土狭小,从战略运输机上卸载的装备能够迅速投入前线作战,而在北约和华约对峙的未来欧洲战场上,美军显然不能指望有这种运气,在面对苏联红军的铁甲洪流时,不能及时补充前线的重型装备将会导致灾难性的结果。为此,美国空军开始寻求既可以运输坦克等重型装备、又能够在野战机场起降的新型运输机,经过YC-14和YC-15高升力短距起降技术验证机的探索之后,1980年10月,美国空军正式发出新型战略战术运输机C-X的招标,参与竞标的有波音公司、麦道公司和洛克希德公司。最终,麦道公司凭借在YC-15验证机上的成功经验中选,成为了C-X计划(随后正式编号定为C-17)的胜利者。
在选定麦道公司之后,美国空军出于与苏联对抗的需要,迫切希望快速增加空运能力,提出到20世纪末达到空运量6 600万吨公里/日的能力,试图通过其他途径、而不是被动等待新运输机研制成功来解决问题。为此,美国空军又采购了50架C-5B战略运输机,并将其KC-10运输机增加到60架,因此美国空军决定推迟C-17研制计划。当时没有人会想到,正是美国空军这次急功近利的采购,在不经意间埋下了C-17未来采购量不足、被迫提前停产的伏笔。
然而,新型运输机的优势是无法取代的,它将具有与C-5相当的重型装备运输能力,而又具有类似于C-130的野战机场部署能力,这使得原来复杂耗时的二次转运模式可以转变为一次送抵的直达模式。经过近两年时间的拖延之后,C-17计划在1982年7月终于正式启动,到1985年底才签订了3架C-17原型机的合同。按照计划,C-17将取代C-141,并在某种程度上可以取代部分C-130,成为美国空军运输机部队的中坚力量。
C-17在设计之初,美国空军史无前例地与其他各军种进行了紧密合作,对未来运输机的性能指标进行了详细分析,特别是跟陆军的合作,因为事实上陆军才是运输机的最大用户。在C-17之前,由于缺乏与陆军的沟通联系,C-141已经在实际运用中被证明为一个失败的设计,虽然从飞行性能等空军最关注的方面来看并无不妥,但其过小的货舱空间导致了经常无法满载足够重量的货物,并最终导致了延长机身的大型改装项目,不仅使得成本上升,而且改装效果仍然不够理想。
在C-17设计要求中,飞机的许多战术指标都是由陆军提出的。同时,麦道还邀请有经验的飞行员和货物装卸员对设计逐一审查,以便让飞机具有最大限度的使用灵活性和机场适应性。此外麦道还组建了一个专门的研究和分析小组,其四分之三成员有陆军服役背景。根据空军提出的任务需求,这个小组设计了被认为是最佳的货舱设计方案,以满足装载伞兵、机动车辆、货物货盘、货桥、空投空降和医疗救护设备等任务的要求。
最终的结果是,C-17具备了几乎可以与C-5运输机相比拟的大直径机身,同时其低矮的货舱甲板和尾舱门使其装卸的便利性直追C-130,而在最大尺度上,C-17与C-141相当。 实战证明了C-17的优异性能,尤其是21世纪之后发生在中东的几次战争中,C-17都起到了非常重要的作用。特别是在阿富汗的行动中,C-17在凹凸不平,撒满碎石瓦砾的阿富汗机场展示了强大的实力。
尽管性能优越,但C-17仍无法逃脱停产的命运,其高昂的价格是其中一个方面。根据测算,美国空军订购的单价是1.5亿美元,澳大利亚是1.9亿美元,英国是2.2亿美元,而印度的订单达到了创纪录的5.8亿美元。另外,美国空军正在采购KC-46多用途加油机本身具备运输机的功能,C-17停产也显得顺理成章。
C-141被认为是一款失败的运输机。更省油的运输机
虽然C-17的停产已经成为现实,但美国空军仍在为未来的先进战略运输机持续投入。下一代战略运输机计划起源于美国空军研究实验室自2009年起实施的RCEE(革命性节能布局)研究计划,初衷是大幅度降低大型军用飞机、特别是军用运输机的油耗。根据统计,在2010年度,美国空军的燃料费用是97亿美元,而其中的40%是用于运输机部队,在此之中,又有四分之一的燃料是被C-17消耗掉的,虽然C-17机队的年平均飞行时间达到了1 000小时,比C-5A的平均300小时和C-5B的平均600小时都高,但由于C-17的气动效率比C-5低约26%,使得其总的燃油消耗量显著较高。这是因为C-17在设计上以货舱效率和短距起降能力为着眼点,在气动设计上做出了一定的妥协。
新一代运输机的设想是介于C-5和C-17之间,兼具他们的优点,就像C-17曾经兼具了C-141和C-130的优点一样。但最重要的一点,就是气动效率更高,更节省燃油。目前,波音公司和洛马公司都进行了初步的方案规划。其中波音公司的BWB方案采用了翼身融合的纯飞翼设计,虽然气动效率高,但由于纯飞翼构型具有俯仰配平困难的致命缺陷,对于要执行大重量载荷空投任务的军用运输机来讲,重心迅速变化导致的配平难度偏大,不被看好。而洛马公司的HWB(混合翼身布局)方案明显成熟得多,风险也较低,被选为下一代战略运输机的可能性较大。
HWB的布局很有特色,乍一看就像是在飞翼上接了一个传统运输机的尾巴,同样具有高大的T形尾翼。HWB的翼身融合的前机身和机翼保证了良好的气动效率,并提供了巨大的有效载荷空间,而向后延伸的机尾和尾翼则提供了足够大的俯仰操纵力矩,并使得偏航操纵更加简单有效。根据洛马公司的估计,HWB的气动效率将比C-17提高65%以上,而结构重量比常规构型降低18%,结合新型低油耗发动机,其耗油率将比C-17降低70%,如果未来运输机全部采用该方案,总耗油量将比目前减少90%!
为了实现良好的短距起降能力,HWB同样采用了动力增升技术,与C-17不同的是,其更接近于当年YC-14验证机的动力增升方案。HWB的发动机布置于机翼后缘,这是参考了日本本田公司在设计其首款商务机Honda Jet时发明的布局,当发动机位于机翼后上方某一特定位置时,反而会使得阻力减小,气动效率可比传统翼下发动机布局提高5%。而先进的大流量发动机在工作时,会从机翼上表面大量抽吸空气,使得机翼上表面的气流速度增加、压力下降,从而产生了增升作用。由于HWB的前机身是翼身融合体结构,这意味着发动机在工作时,会一直获得显著的增升效果。同时风洞试验也证明,HWB的翼身融合体对机翼后缘的发动机起到了有效的进气整流作用,当飞行攻角改变时,发动机的进气气流攻角并没有明显变化,这使得发动机的工作更加平稳有效,起降时飞机可以采用较大的攻角以提高升力。
为了保证机体强度,HWB的机体结构实际上是基于一个圆筒形的增压机舱,这使得其结构设计上与传统飞机差别不大,在翼身融合部分的两侧,还布置有非增压的货舱,以增加载荷空间。由于有传统的机尾段,HWB可以像C-17 一样执行空投任务,同时尾翼保证了在重心变化的时候,飞机的俯仰稳定。
然而,HWB方案继续发展最大的障碍,并不是来自于技术难关,而是其巨大的翼展。按照其载重约100吨的方案设计估算,其翼展将达到约80~90米,远远超出了目前正规机场能够容许的运行范围。按照国际民航组织的规范,民航E级机场允许的最大运行翼展为65米,F级为80米,而目前世界上的机场中,一般只有航空枢纽级机场达到E级要求,少数能达到F级要求,绝大多数军用机场均不能达到E级要求,遑论临时开辟的野战机场了。
实际上,翼展过大、超出机场限制的问题早在波音777研制之初就曾被提出过,并考虑过采用折叠翼尖来满足现有停机位的限制。但是,在空客A380服役之后,人们发现,单纯的折叠机翼仅能解决停放问题,而大翼展带来的问题,是全方位全天候的,不仅仅限于停机这一个小节。例如,大翼展带来的气流作用,会使得原设计为小翼展飞机使用的跑道助降设备遭到损毁;原设计的跑道和滑行道因不匹配而导致调度困难;原设计的双跑道因为安全距离不够而必须限制使用等等。由于飞翼构型必然是大展弦比的,大型化的飞翼必然会导致大翼展,在这种情况下,HWB能够采用何种手段应对,仍有待观察。
某种程度上,C-17的停产标志着传统构型运输机发展的终点,要在传统构型上超越C-17的设计,是非常困难的事情。无论是欧洲A400M还是中国的运-20,从总体来看,并没有明显优于C-17的优势。而在面向未来的构型中,HWB无疑是很有前途的一个方案,如果能妥善处理好飞翼布局带来的缺陷,未来的新构型运输机还将有着巨大的进步空间。
责任编辑:王鑫邦
洛马HWB运输机方案。