领先一步，印媒：中国为H-20研发等离子装置！能解决失速问题吗？

日前，印媒《欧亚时报》援引《南华早报》的一份报告，对外公开了一项令人振奋的好消息：中国的研究人员开发出了一种新的等离子装置，可改善机身顶部的气流状态，防止固定翼飞机出现失速的情况。

文章分析认为：这款等离子装置可能为中国的隐形轰炸机H-20“量身打造”。更重磅的消息在于，该装置还保证了高质量的隐身性能，很难被敌方雷达发现，真正做到了稳定巡航、高度隐身！

H-20：为何要避免失速现象发生？

在航空航天领域，飞行器失速是要极力避免的现象。对亚音速固定翼飞机而言，临界迎角（攻角）约为15°，在低于该角度时，机翼迎角越大，升力系数就越高。但超过临界迎角后就需要警惕了：此时额外增加的迎角反而会导致升力系数降低！

H-20的网传想象图：典型的固定翼飞机

当机翼前后缘的平均迎角超过了临界迎角，周边气流会与机身分离并产生紊乱的涡流，引发机身剧烈抖动，飞机随之产生惯性旋转。如果在起飞和着陆阶段，机翼就可能撞到地面，引发飞行事故；如果在高空中，飞机则可能出现横滚、偏航或俯仰偏离等异常状况，严重威胁飞行安全。

根据计算模拟，全球飞机失速事故的发生概率约为1/10万，我国民航客机约为1/20万，原因或是迎角传感器故障，或是飞行动力不足。需要注意的是，大型的飞机很难彻底脱离失速的隐患，即便是高性能的隐形战略轰炸机也不例外。

B2 Spirit

我们来看一则案例。2008年2月23日，一架B-2 Spirit战略轰炸机计划驶离关岛执行任务，该机名为“堪萨斯号 89-0127”，执飞经验5100小时。

出乎意料的是，这架有着“全球最强”称号的“空中巨兽”却成了史上唯一坠毁的B2轰炸机。根据现场视频来看，助跑阶段的姿态一切正常，但脱离跑道后没多久便出现了问题，机身因故障而发生倾斜，左侧机翼撞击地面并瞬间断裂，机身当场坠毁，现场燃起滚滚浓烟。从助跑到坠毁，全程只用了不到60秒！

调查结果显示，事故的“罪魁祸首”竟是一场倾盆大雨，低温导致机内的数据传感器出现冷凝现象，三个压力传感器瘫痪。起飞当天，飞机迎角监测失误，空速监测失误，控制系统错误地发出30°俯仰动作的指令，最终引发悲剧。

B2轰炸机的坠毁造成了多大的经济损失？维基百科上的纸面数字是14亿美元，但这一价格可能还是保守了！

因为根据生产数据，每架B2的设计、制造成本平均为7.37亿美元，采购成本为9.29亿美元，再加上开发、工程和测试等后期项目，总成本估计高达21.3亿美元，而这还是1997年的造价。如果算上通胀，则相当于现在的39.32亿美元！

考虑到失速的隐患以及H-20的重要性，机身设计自然要避免失速的现象发生。那么，我国科学家为H-20研发的这款“防失速”装置，真的能完美解决失速问题吗？

中国为H-20研发等离子装置，完美解决失速问题？

2022年8月18日，《航空动力学报》刊载了一篇论文：我国科学家研发了新的等离子体主动控制技术，通过机身表面的压力判断翼面气流的状态，从而自动施加或取消等离子体控制。

而飞机模型的风洞试验则证明：该技术确实能实现对翼面流动分离的主动控制，起到了突出的增加升力、推迟失速的作用，这意味着模型的失速特性得到了改善。

试验中所使用的模型，想必大家都非常熟悉。该模型没有标配的尾翼，机身扁平且呈W型，前缘交叉成V字形，模型的平均气动弦长为0.231m，参考面积为0.157㎡，展显比值达到了5.78。

模型内部采用金属框架，外部覆盖玻璃钢材质，等离子体激励器就粘贴在玻璃缸上。等离子体采用非对称式布局，绝缘介质为0.1mm的聚酰亚胺薄膜，放电电极是0.02mm的铜箔，预埋电极宽度为5mm，暴露电极宽2mm，预埋电极后缘和暴露电器的前缘相接。

电源采用微秒脉冲电源，上升沿和下降沿均为10μs，半脉冲宽度为25μs；测压设备则通过SCAN3000压力系统采集。当然，以上数据都是公开数据，保密性的内容也不会在论文中展示，我们直接看实测结果。

结果显示：当FL-5空洞中的来流风速V=30m/s时，若采用等离子体开环控制，模型的最大升力系数可提高27.7%，失速迎角向后推迟了4°；若采用等离子体压力反馈控制，模型的最大升力可提高27.5%，失速迎角同样也推迟了4°。

两种方式的升力系数变化

开环方式和压力反馈方式相比，试验结果基本一致，都能起到增升、推迟失速的作用。二者所不同的是，前者的等离子体一开始就处于打开状态，而后者则不同：在机身处于小迎角时，反馈系统保持关闭，当迎角达到15°时，机身压力系数突增并超过设定的阈值，此时等离子体才会自动打开。

网传H-20模型的风洞试验图

有人可能会问了，这一技术能帮助H-20完美解决失速问题吗？应当说，等离子体的主动控制技术给出了漂亮的防失速方案，但目前还存在不足，一是尚处于试验阶段，二是功能也比较单一，后期还需要深入的开发和验证。但总体而言，该技术应用前景广阔，未来可期！

中国H-20正在酝酿：等离子装置为何能提高隐身性能？

说到隐形轰炸机，B2、B21的气动布局堪称经典：全机采用机身和机翼的融合设计，无水平和垂直尾翼，整机全为升力面，不仅提高了气动效率，还大大降低了雷达反射截面（RCS），提高了隐身性能。

B-2 的基本雷达反射角示意图

根据现有信息，我国新型隐形轰炸机H-20采用类似布局的可能性很大。在2021年释出的中国空军招飞宣传片中，试验车间内赫然出现了一架疑似飞翼式布局的飞行器，全机被蓝色遮盖物覆盖，左右机翼构成V字形。

最关键的信息则是飞行员头盔镜面的反射内容：当这架神秘飞行器的“蓝盖头”被掀开后，H-20的机身轮廓隐约可见！

而我国等离子控制技术的突破，或使H-20的隐身性能进一步增加，因为该技术不只是提高巡航的稳定性、安全性这么简单，工作时也有利于减少雷达反射截面，更不容易被雷达侦测到。

H-20 隐形轰炸机的计算机生成图像

什么是雷达反射截面？雷达反射截面是人为划定的等效面积，也是衡量飞行器隐身性能的关键指标，其数值越大，就表示飞机越容易被雷达监测到。

不同物体在雷达厘米波中的典型值有所不同：一艘长103m的护卫舰，其雷达反射截面可达5000~10万㎡，B-52轰炸机为100~125㎡，而一只小鸟则只有0.01㎡大小。

为降低被雷达发现的概率，各国的隐形飞机通过喷涂隐身材料等措施降低RCS值，隐形飞机的RCS普遍能降到0.5㎡以下，例如：B2隐形轰炸机的截面指标仅为0.1㎡，F35战机在0.0015~0.005㎡之间，F22更加离谱，对应数值约为0.0001~0.0005㎡。

只在隐形轰炸机之间比较，我国H-20的隐身能力未必低于B2！

这是因为轰炸机都带有可移动的飞行控制面，以此控制机身表面的气流方向和压力分布。但在这种情况下，机翼的控制面就会出现“隐身漏洞”，内部的设备、金属、控制面的接缝或间隙更容易暴露。

如果加入等离子体主动控制技术，飞机的控制表面就能被等离子膜或电极阵列覆盖，通过快速加热附近的空气，改变其密度，进而主动改变空气流向，无需频繁改变控制面。因此，该技术实际上是消除了控制面的使用需求，减少了缝隙、天线、金属等暴露的机会，相当于间接提高了隐身性能。

根据《欧亚时报》的文章分析，“中国正研制的H-20隐形轰炸机有可能配备用于主动飞行控制的等离子装置”，综合考虑以上因素，这一分析也不是没有道理。

该技术的重要性不言而喻，美国、英国、德国以及日本等国正在争相将其引入到飞机中。横向相比，我国科学家领先一步通过了风洞测试，将来该技术成熟后还有望应用到隐形战机、无人机上，我们拭目以待！

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