外形比较邪恶的飞机

罡龙驭天 收藏 30 12982
导读:沟槽机翼飞机是目前世界上唯一一种通过主动加速气流的方式获得高升力的超短距起降飞机,它经历了40多年的研制历程,虽然由于多种原因至今未能投入生产,但是它的独特的设计理念至今仍受到关注。    卡斯特沟槽机翼飞机(CCW)的外形十分奇特,机翼在紧邻机身的部分被设计成向下弯曲的半圆沟槽形,发动机就被安置在半圆形凹陷处。这样,发动机开动后,沟槽将有效地限制发动机螺旋桨后方所形成的滑流,在沟槽区产生很大的吸力从而获得非同寻常的升力,足以使飞机直接升到空中,同时又提高了发动机的效率。   概念的演进   这种飞机

沟槽机翼飞机是目前世界上唯一一种通过主动加速气流的方式获得高升力的超短距起降飞机,它经历了40多年的研制历程,虽然由于多种原因至今未能投入生产,但是它的独特的设计理念至今仍受到关注。

卡斯特沟槽机翼飞机(CCW)的外形十分奇特,机翼在紧邻机身的部分被设计成向下弯曲的半圆沟槽形,发动机就被安置在半圆形凹陷处。这样,发动机开动后,沟槽将有效地限制发动机螺旋桨后方所形成的滑流,在沟槽区产生很大的吸力从而获得非同寻常的升力,足以使飞机直接升到空中,同时又提高了发动机的效率。

概念的演进

这种飞机是在20世纪40年代由被称为短距起降飞机之父的威拉德·卡斯特开始研制的,并专门成立了卡斯特沟槽机翼公司。卡斯特本人对这种飞机的研究达40年之久,一共设计和制造了从CCW-1到CCW-5(可载5名乘客)5架飞机。

卡斯特的设计灵感来源于他在台风中看到一些谷仓和畜棚的屋顶经常被吹到空中"飞行"百余米后才掉到地面,认为其原因是高速度的台风吹过屋顶时形成的强有力的负压压差,产生了远大于屋顶重量的升力,使屋顶"飞"到了空中。于是想到只要人为地将高速气流吹过合适外形翼型的表面也可以产生类似的效应。

卡斯特认为,他的沟槽机翼概念的独特之处就是通过主动加速沟槽机翼的上表面的气流而获得升力,而不是像常规飞机的机翼那样通过穿越气流获得升力。

在沟槽机翼中,一方面通过螺旋桨"拉动"气流高速度地通过机翼产生升力,另一方面机翼通过向前运动获得升力,所以可以获得比常规机翼多一倍的升力,从而大大缩短了飞机的起降距离。

为了确定最有效的机翼外形,卡斯特经过对各种形状的机翼和发动机布局进行试验后,最后选用了半圆外形的沟槽机翼加发动机的布局。试验显示,沟槽机翼每平方米获得的升力可以比常规机翼高出三分之一以上。

从CCW-1到CCW-5

卡斯特制造的第一个CCW-1试验飞机在1942年首飞。在飞行试验中,还进行了拆除外段机翼的纯沟槽机翼的飞行,飞行性能都令人满意,即使使用一台发动机 ,飞机也能保持飞行和控制。飞机的短距起降的特性很突出,起飞滑跑距离仅为60米,着陆速度仅为57千米每小时。

卡斯特改用推进式螺旋桨推进系统的CCW-5,在1953年首飞,同样显示了出色的短距起降特性、低速操纵特性和机动品质。到1964年发展为生产型,只是由于没有筹到足够的资金,没有能投入批生产。

以后随着速度更快、价格更便宜的小型公务机市场的兴起和垂直起降性能更好的直升机市场的繁荣,沟槽机翼飞机开始淡出人们的视线。

一个有趣的插曲是,美国陆军至今还在使用的低空性能十分突出的A-10"入侵者"在面世不久后,卡斯特就认为该机采用了两台大型后置发动机放在紧邻机翼后缘,直接对准机翼的上表面的布局,完全是偷盗了沟槽机翼流场特性的概念,所以侵犯了他的专利而将其对簿公堂,但最后由于拿不出更多的证据而败诉。

到1985年卡斯特去世之前,沟槽机翼飞机已经累计飞行了1000小时。他还设计了一种超轻型的、单发沟槽机翼飞机 ,希望再次打入市场。

安东诺夫"181"号验证机

卡斯特的沟槽机翼飞机在美国国内没有得到积极的响应,但卡斯特描述的这种飞机除了能够进行短距起降甚至垂直起降外,还可以在保持全速前飞能力的同时,能够垂直爬升和垂直盘旋的独特性能,却引起了大西洋彼岸前苏联航空部的高度关注,马上投入了人力和资金对这种飞机开展研究,并将这个任务交给了当时的对利用发动机滑流增升也有独特研究的安东诺夫设计局。

在1990年的苏联航空节上,安东诺夫设计局公开展出了外形与卡斯特的沟槽机翼飞机十分相似的"181"号验证机。

尽管"181"号验证机也采用了沟槽式机翼设计,但采用的是牵引式螺旋桨,并安装在沟槽的前缘,而卡斯特的沟槽机翼飞机采用的是推进式螺旋桨,安装在机翼沟槽的后缘。

除此之外,"181"号验证机的垂尾被设计成了向两侧倾斜的"蝴蝶形",保证垂尾不会受到螺旋桨后部洗流的影响,同时垂尾的尺寸非常大,保证飞机在低速飞行时的气动稳定性和操纵性。

"181"号验证机在沟槽翼段的外部,有一段正常外形的外翼,并且设计有副翼。飞机的前机身设计得像作战飞机,并设计有一个很大的并列式座舱,飞机采用后三点式起落架。飞机的座舱仪表设计比较先进,座舱仪表板非常简单,并且在座舱盖上面安装有一个遥测天线。

"181"号验证机的整架飞机完成后被涂上了漂亮的具有苏联民族气息的涂装和安东诺夫设计局的标志,飞机的垂尾上不仅涂有苏联的国旗,后机身还涂有苏联民航总局SSSR-19010序列编号。

这架验证机制造完毕后,主要用作各项试验,包括机身结构试验,气动外形试验。然而安东诺夫设计局在经过一系列试验后发现,飞机的性能并不是像分析得那么好。例如在理论上,沟槽因为加速了螺旋桨滑流的速度,可以增加推力,但实际上它也会产生一定的阻力,双方抵消了。此外卡斯特的飞机还存有许多致命的缺陷。

首先沟槽机翼飞机非常容易失速;其二,飞机在高速飞行时,由于与机翼靠得很近的螺旋桨高速旋转产生的振动和噪声,大大影响了飞机的乘坐品质和操纵品质,同时也会引起结构的疲劳问题。

后来,安东诺夫设计局总结该机的各项试验数据后,又进行了一些深入研究,但是从来没有进行过飞行试验。

在美国,在卡斯特去世之后,他的儿子一直还在继续进行沟槽机翼飞机的改进和开发,并满怀希望地认为,沟槽机翼飞机一定会重新得到航空界的青睐而重返蓝天。


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