大型軍用運輸機的設計要求

大型軍用運輸機主要從事人員、傘兵、大型軍事裝備或後勤物資的快速長距離運輸，是一個國家中遠程、快速反應軍事力量投送的基礎。因此，大型軍用運輸機（包含近程的戰術運輸機與遠程的戰略運輸機）的設計要求，主要就是載運盡可能多的人員和貨物，飛盡可能遠的距離，並且要在跑道情況較差的前線機場起降。

就氣動外型而言，大型軍用運輸機和同為運輸類飛機的民航機，都有高展弦比機翼、後掠翼的設計，其外型比較大的差異，除了較大的機身以容納尺寸較大的軍用裝備外，就在其高單翼、下反角和T型尾翼的設計。

高單翼的設計，是為了讓吊掛於其下的發動機與地面有較高的距離，以避免在惡劣跑道起降時吸入異物。而飛機的機翼在產生升力的過程中，會將原本水平向後方流動的氣流向下偏折，為了避免水平尾翼剛好在機翼的尾流區，導致其所「看」到的氣流是被機翼向下偏折之後的下洗氣流，進而影響控制效果，採取高單翼設計的飛機（如軍用運輸機）通常會將水平尾翼裝至垂直尾翼上方，如此一來，水平尾翼和主翼就不會在同一平面上，而形成所謂的「T型尾翼」設計（同樣地，民航機的主翼和水平尾翼也不是在同一平面上的，採取低單翼設計的民航機，其水平尾翼通常安裝高度較高）。

至於下反角的設計，則是用於增加飛機在側向上（也就是滾轉的方向）的靈活性。大型軍用運輸機為了提高機翼的臨界馬赫數，讓其得以用更高的速度巡航（如C-17可以0.875馬赫巡航，IL-76的巡航速度也在0.8馬赫以上），都會採取後掠翼的設計；然而，後掠翼有增強飛機側向穩定性的效果，為了避免飛機的側向穩定性過度增強，導致飛機在機動時，需要更大的控制力矩，或者飛機姿態調整的速度過慢，大型軍用運輸機通常會採取下反角的設計，來降低飛機的側向穩定性、加強靈活性。

上反角和後掠翼的設計，能加強飛機在側向上的穩定性 。（圖片來源：作者繪製）

要了解為何下反角的設計能讓飛機的側向穩定性下降、靈活性上升，就必須先了解「上反角」和「後掠翼」是如何加強飛機側向穩定性的。

當飛機受到氣流擾動，或者舵面給予一滾轉力矩當作輸入訊號時，飛機會建立起一滾轉角。由於升力的作用方向是垂直於機翼的，所以在滾轉的那一刻，若不考慮襟翼的使用或推力的上升來增加總升力，此時升力的鉛錘分量會小於重力，而且還多出了一個側向的水平分量，導致飛機向斜下方側滑（如左上圖，淺藍色箭頭為側滑的速度向量V）。

當飛機側滑時，機翼與靜止的空氣，就會產生一股「側滑相對風」，對機翼來說，這股相對風的方向為「由外側吹向內側」（如右上圖上部最下方淺藍色箭頭）。又，這股側滑相對風，可以參照機翼的上反角，分成「垂直於機翼的氣流分量（右上圖較短的橘色箭頭Vsin(gamma)）」和「平行於機翼的氣流分量（右上圖較長的紅色箭頭Vcos(gamma)）」，前者和飛機向前飛行的相對風疊加（右上圖中部橘色區），以及後者和飛機向前飛行的相對風疊加（右上圖下部紅色區），都可以讓被下壓的那一側機翼產生更大的升力、被上抬的那一側機翼產生更小的升力（此圖未畫出，但道理相同），使得飛機產生一回復力矩，自動將姿態調整回來（下圖）。

具有後掠角、下反角、上單翼和T型尾翼設計的C-17 。（攝影師IG帳號dc_ah）

大型軍用運輸機已有後掠角的設計，而後掠角已經會增加飛機的側向穩定性（利用圖中紅色箭頭的氣流速度向量），此時，就必須用和上反角「相反」的「下反角」設計，來降低穩定性、增加靈活性，「微調」飛機側向的系統動態特徵。

除了氣動外型之外，大型軍用運輸機還會採用渦輪螺旋槳發動機或高旁通比渦扇發動機（端看巡航速度的需求），來減少油耗、加強航程與續航力。其他設計還有較為低矮的的起落架，方便人員和貨物直接進出機艙，與為了增加戰場生存性（例如在起降階段或低空飛行時會受到肩射式防空飛彈的威脅）而加裝的紅外線警告器、紫外線警告器、熱焰彈、干擾絲，甚至各種干擾系統等。

※作者畢業於成功大學航空太空工程學系，著有《戰鬥機設計與運作原理》