[原创]航母舰载机的起飞,根本不用弹射器------静升起飞法

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导读:去年9月,我在本论坛发表了<<航母舰载机的起飞,根本不用弹射器>>的帖子,帖中明确告知:航母舰载机的起飞,根本不用弹射器,更不用滑跃甲板,另有更好的办法.但就是没人相信,所以,现将这一起飞方法在此公开,与广大网友共同探索,我藏着它没有任何价值.而且我也没有任何向上反映的渠道.希望发表后,中国航母的决策者能够 看到,以解决中国海军面临的一件小事. 我就开门见山吧. 航母舰载机的起飞问题, 根本没有必要搞得这么复杂, 其实它是一件非常简单的小事. 我可以先举一个例子, 当我举完这

去年9月,我在本论坛发表了<<航母舰载机的起飞,根本不用弹射器>>的帖子,帖中明确告知:航母舰载机的起飞,根本不用弹射器,更不用滑跃甲板,另有更好的办法.但就是没人相信,所以,现将这一起飞方法在此公开,与广大网友共同探索,我藏着它没有任何价值.而且我也没有任何向上反映的渠道.希望发表后,中国航母的决策者能够

看到,以解决中国海军面临的一件小事.

我就开门见山吧. 航母舰载机的起飞问题, 根本没有必要搞得这么复杂, 其实它是一件非常简单的小事. 我可以先举一个例子, 当我举完这个例子, 就知道该怎么办了. 两个人拔河, 如果这两个人势均力敌, 那么是静止不动的. 如果有一个人突然一放手, 那么另一个人肯定向后翻倒. 这是不用推敲的常识. 应该知道怎么办了. 舰载机在航母上的起飞措施是: 将舰载机的尾钩与固定在甲板上的活钩相互勾结, 这两个钩, 必须有一个是活钩. 如果都是死钩, 则无法脱钩. 可将舰载机的尾钩设计为死钩, 固定在甲板上的是活钩. 死钩与活钩相互勾结, 将舰载机固定在甲板上, 当发动机向后喷射气流时, 使舰载机处于静止状态, 无法向前滑行. 在达到一定的起飞条件后, 由甲板作业人员操作脱钩, 舰载机即可起飞.

分析如下:

飞机在空中飞行, 是发动机向后喷射气流, 产生了推力, 并由空气的反作用力推动飞机向前飞行的. 当舰载机被固定在甲板上, 处于静止状态时, 发动机向后喷射气流, 产生着强大的推力, 它是不会向前滑行的, 那么必然要推动另外一种物质向后运动, 这就是空气. 试想, 此刻飞机是静止的, 而发动机又向后剧烈喷射, 如果不推空气,推什么?空气不动,谁动?如果空气是静止的,这就是怪事, 在物理上是解释不通的. 因此, 在这样的情况下, 如果没有推动舰载机向前滑行, 空气就不会是静止的, 必然要被推动向后运动, 只有如此, 才能实现动量平衡, 在物理上才解释得通. 所以, 当静止的舰载机推动空气向后运动时, 飞机与空气之间就产生了相对运动, 形成与飞行时相反的运动状态. 即不是空气的反作用力推动飞机向前运动, 而是静止的飞机推动空气向后运动. 此时, 飞机是静止的, 空气是运动的. 而飞行时,空气是静止的,飞机是运动的.

我们知道, 飞机能在空中飞行, 是因为飞机有升力,而产生升力的关键,就在于机翼与空气之间有相对运动, 气流能流过飞机翼面. 如果舰载机在静止状态下与空气产生了相对运动, 其空气向后运动的动力,就来源于飞机发动机的推力, 尽管推力在后,机翼在前,但机后被推动的空气,必然要带动前面的空气向后运动,并流过翼面(对这一重要问题,将在本帖最后部分详细分析,在此不便过多陈述,请耐心!),因为空气是柔性的流体物质. 如果将飞机主冀的前后襟冀都放下, 那么将导致上翼面的空气流速要大于下翼面的空气流速.因此,这就会产生升力.也就是说, 飞机在静止时就已产生了有效升力.这样的升力是通过飞机自身的动力获得的静态升力, 是舰载机在起飞前主要的升力来源.随着发动机推力的由小到大,舰载机与空气间的相对速度也由低到高,相应的静态升力也从无到有到大.当发动机达到最大推力时,两者间的相对速度也将达到最高值, 此刻虽然与飞行时有着相反的运动状态,但却有着与高速飞行时几乎相同的气动状态.

起飞的运动过程是通过速度获得升力, 当升力等于飞机的重力时, 才能跃空.对于固定翼飞机来说, 要有升力,就要先有速度,而要有速度,就要有加速度,而加速度就来自于飞机的推力. 无论是地面起飞,还是弹射起飞,都是如此.弹射起飞,是通过一个强大的外力推动,获得一个较高的加速度,进而在短距离内达到一个高速度,才能产生跃空的升力,实现起飞.弹射器的作用就在于此.

但是, 没有弹射器的航母, 是无法提供一个强大外部推力的, 所以就无法在瞬间产生一个较高的加速度, 更无法在短距离内达到一个高速度. 但是固定在甲板上的舰载机, 是有静态升力的. 对舰载机来说:只要有了升力,起飞问题就好解决.尽管这个升力是静态的,但它对于起飞的重要作用在于:它相当于使沉重的飞机变轻了,由此带来的质变是: 原来不变的推重比变大了. 少了重力的拖累,有了升力的舰载机在自身推力的推动下, 脱钩以后可获得更高的起飞加速度, 进而获得了更高的起飞速度, 才可能转化为跃空的升力, 实现起飞. 这是舰载机从静态转化为动态,并能升空的关键所在.

其物理根据就是牛顿第二定律: 加速度等于力与质量的比值( a=F/m , F/m可视为推重比). 当舰载机有了静态升力以后, 相当于使沉重的飞机变轻了. 在地球上, 物体的质量是不会变化的,尽管质量与重量是两个不同的概念, 但质量又是以重量的方式体现出来的. 为什么同样质量的人,在月球上就能比在地球跳得又高又远?因为虽然人的质量没有变化,但月球的重力比地上小得多,这相当于人在月球上变轻了,所以才能比在地球跳得又高又远. 此刻虽然还是在地球上,但升力出现了,升力是与重力相反的向上的力,尽管舰载机的质量不会因此变小,但重力却变小了. 当物体的物理状态发生变化时, 必然要改变它的物理后果. 这变轻了的飞机, 在原有推力又没有变大的前提下, 推重比变大了, 舰载机更高的起飞加速度就来源于此,. 进而能获得更高的起飞速度, 舰载机就是这样起来的. 这与弹射器的作用是殊途同归的. 如果没有这个静态升力的作用,无论如何飞机都是起不来, 因为重量没有变轻, 即使到了最大推力时脱钩,其推重比也就大于1,没有变大, 其加速度也只大于1,并不高, 人都能跑出这样的加速度, 是无法在短距离内起飞的, 除非是在地面.所以说,只要有了升力,起飞问题就好解决.舰载机起飞不一定非得用弹射方式.

与弹射起飞相比, 弹射起飞是先有加速度和速度, 后有升力, 是通过速度获得升力, 速度是升力的前提, 而这样的起飞方式是先有升力, 后才有加速度和速度, 是通过升力获得速度, 升力是速度的前提. 无论是先有速度, 还是先有升力, 都可以成为起飞的先决条件. 两者是殊途同归的, 都以不同的途径实现升空目的.

简单的说,这样的起飞方式,就是先将飞机抬起来,再让它飞出去, 使的是巧劲. 它的跃空过程是:当静止的舰载机与空气间的相对运动速度(这个速度可以通过飞机的测速仪表测出), 所产生的静态升力,等于或接近舰载机的重量时,即可脱钩.这就是舰载机所要达到的起飞条件.脱钩以后,即刻发生动量的迅速转化,舰载机继续推动空气向后运动的同时向前飞跃(不是滑跃).在此过程中, 飞机推动空气向后的运动与飞机向前飞跃的运动同时存在,两者间的相对运动速度保持不变,同时升力也保持不变, 并且有着很高的加速度. 舰载机完全依赖自己的推力,克服了空气阻力后,完成跃空过程,实现起飞目的.

以上就是舰载机不依赖弹射器和滑跃甲板,实现在航母上起飞的方法和简要过程.它完全是依靠自身动力获得静态升力,实现起飞的,没有任何外力的作用.所以,它是一种静态升力起飞,应称为静升起飞法(总不能叫勾结起飞吧).只要舰载机能依靠自身动力转化为静态升力,都可以用静升起飞法,实现在航母平面甲板上满负荷起飞.不象滑跃起飞那样,只能升起70%的负荷.从现有舰载机的气动布局来看,都可以用静升起飞法.对推重比较小的预警机,也可以用静升起飞,因为向后运动的空气是可以流过翼面的,但可能要脱钩以后在甲板上滑行一段距离,才能跃空. 而未来的无人机,也应该采取有利于产生静态升力的气动设计,才可静升起飞. 所以,航母舰载机的起飞,是不用弹射器的.它是个多余的东西.它是技术推理的结果.弹射起飞的始作俑者总是固执的认定:舰载机要在短距离内达到起飞速度并起飞,一定要有一个强大的外力推动,才能实现.于是,复杂的弹射器便应运而生了,并因此禁锢人的思维.回顾美国航母在起飞问题上所走过的弯路,是发人深省的.这表明:技术教条主义害人不浅.

没有了弹射器的航母,将为航母建设排除一个重大的技术障碍,可使中国海军能获得一定的相对优势.但无奈的是,我必须将它公开,否则没人相信, 但这意味着航母在世界的普及.最捡便宜的是印度,它正在建设航母.最现成的是日本,它只要在"日向"号上稍作工程改造,就可以起飞舰载机.最烦恼的是美国,这弹射器还不好拆.而且,那电磁弹射器的巨额投入,也随之弹射了.最尴尬是滑跃航母,这滑跃甲板是拆还是不拆.最终受益的是所有敌我中外的航母.但这是以中国海军的重大损失为代价的,将导致后起的中国海军丧失本已不大的相对优势(除非网络能向外国保密).

所以,静升起飞法,如果可行,我们都深知它的意义所在.而老大难的是,我没有任何办法与中国航母的设计者取得有效联系. 但我认为,能与各位在此探讨,就有可能是与中国航母的对话.如果我们的舰载机能以这样的方式在自己航母上起飞,将是一件令人欣慰的事.衷心希望中国海军早日走向远洋!

飞机不同起飞方式的加速度

简单的说,飞机要起飞,就要有升力,有升力就要有速度,有速度就要有加速度,要在短距离内起飞,就要有更高的加速度.

根据牛顿第二定理,加速度等于推力与质量的比值: a=F/m 从这个数学关系来看,要增大加速度,只有两种办法:一种是质量不变,增大推力,可使加速度增大.另一种是推力不变,减轻质量,同样可以增大加速度.

定义: f 为舰载机的最大推力 F 为弹射器附加的外部推力 M 为舰载机的质量 a 为飞机的加速度

第一种方式是正常的地面起飞: 飞机的加速度 a=f/M 在前已经说过,仅靠飞机自身推力,所产生的加速度并不高,以不高的加速度,只能在跑道上滑行较长距离,才能缓慢的提高起飞速度,逐渐积累升力,才可升空.这样的方式无法提高加速度.

第二种方式是弹射起飞: 舰载机在自身推力 (f) 和弹射器附加的外部推力 (F) 的共同推动下(f+F), 能在短距离内获得较高的加速度,但舰载机的质量没有变化,还是(M), 在这样的条件下, 加速度 a=(f+F)/M, 这是飞机质量不变,用加大推力的办法,获得了较大加速度,实现升空过程.

第三种方式是静升起飞: 舰载机没有弹射器附加的外部推力(F), 只有自身的最大推力(f), 但在静态升力的作用下,相当于重量变轻了,飞机由(M)变小(m), 仅凭自身推力的推动下,加速度 a=f/m, 推重比变大了,在脱钩以后,同样能获得较大的加速度,在短距离内实现起飞目的.这是推力不变,重量变轻,增大加速度的办法.

以上表明: 无论是弹射起飞,还是静升起飞,它们都是通过不同的途径,获得了较高的加速度,从而获得了更高的速度,由此提供了足够的升力,才能在短距离内实现升空过程,是殊途同归的.

舰载机在静升过程中的气动分析

舰载机是被固定在甲板上打开发动机的,向正后方施加巨大的推力,推动机后的空气运动.特别是:机翼在前,而推力又在后,向后运动的气流,会不会流过翼面?是所有问题的关键.

空气既然是流体物质,就应该按照流体运动的特有规律来分析.流体运动的特征是:

流体运动速度越快,其压力就越小.反之,速度越慢,压力就越大(伯努利定理).当速度为零时,压力最大.

压力大的流体,要向压力小的流体区域或空间流动.两者压差越大,流体流动的速度也就越快.

当舰载机被固定在甲板上,发动机向后喷射气流时,将推动机后空气向后运动.这一推动导致被推空气产生了运动速度,因速度而降低了压力,这就在发动机喷口后形成了一个低压区.所以,在两侧和前面的,处于高压而静止状态的空气,就要向这一低压区流动,相当于有一股力量将前面和两侧的空气向后拉动.这就是为什么推动后面的空气,会带动前面的空气向后运动的原因所在.也就是说,不是将后面的空气推走就完了,被推走的空气又会带动前面和周围的空气跟来.前面的空气向后运动,是被迫的.尽管这个推力是在后,而不是在前,但推力的作用导致了前后空气的压力差,所以前面的空气会向后奔来.这正是流体运动的特性所在.如果空气不是流体物质,那么永远都不会有这样的运动现象.当发动机的推力越大,被推空气的运动速度也就越快,压力也就越小,前面和两侧的空气向后运动的速度也就越快.

从动量方面来说,固定在甲板上的舰载机,如果不能将飞机向前推动,那么就一定要将空气向后推动,这是必然的结果.因为飞机的推力和吸力都是一致向后的力,如果空气不向后运动,将做何种运动?否则,一个尖锐的问题将出现:它将如何实现动量守恒?这是空气动力学必须遵守的一个基本定理.发动机向正后方输出一个巨大的动量,如果没有转化到空气这个介质的运动中去,它将如何释放?如何实现动量平衡?所谓在物理要解释得通,就是这个意思.所以,当有一个力量推动空气运动时,会带动周围的空气做同向运动,这是符合气动规律和动量守恒的.这是从原理上的说明.

为了更清楚的说明"当有一股力量推动空气运动时,会带动周围空气做同向运动."这一重要问题,我可以举几个例子,以事实证明这是在日常生活中的普遍现象.

当汽车从身旁经过时,会带过一阵风.这就是"车旁风",这是我们在日常生活中能切身感受到的一个实例,而且"车旁风"的到来略微滞后于车的行进, 两者不太同步.这在车速不太快时,都能明显感受到.

我们知道,火车在高速行驶时,人是不能靠近的,否则,非常危险,人会被吸进去.这是因为火车高速运动时,会带动周围的空气同样高速运动.空气与火车的关系,既是空气阻挡火车的作用,也可以视为火车推动空气的作用.火车将前面的空气推开后,带动了周围的空气同样高速向前运动,而且这股高速的风,要等到列车行进结束后才会消失.常在铁路桥上巡逻的武警,就有这个切身体会.如果没有被一股力量所推动,周围的空气怎么会高速向前运动?又如何解释人被吸进去呢?这个例子在互联网上是有现成答案的(在伯努利效应中举过这个例子).

又一个例子是间接的,是我亲眼所见.当一艘拖船无法拉动后面搁浅的货船时,处于水中停止状态,但拖船的推进器依然在高速旋转,这时出现的情况是:拖船两边的水,急速的向后流动.在本例中,虽然流动的是水,但它同空气一样,都是流体,其运动特征是相似的.只是空气的流动是不可见的,而水的流动是可见的.

如果有的网友觉得还没有切身体会,那现在就可以做一个试验:伸出你的手巴掌,放在耳旁往前扇:你的面部是否感觉有风带过?如果有人认为:这是扇动的手巴掌,那是静止的飞机,不是一回事.这样的看法我不赞同,两者在形式上的确不一样,但其物理本质是不是:当有一股力量推动空气时,会带动周围的空气做同向运动?

以上几例是无法质疑的事实,有助于判断静升起飞时的气流状态.

在此我到是要反过来问一问:为什么汽车,火车,轮船(包括手巴掌),都能带动周围的空气或水运动,唯独舰载机不可能吗?难道它例外?就因为它是飞机?既然飞机能凭借自身推力在空气中超音速飞行,被固定时反而不能推动空气高速运动?这有道理吗?难道推动空气比推动飞机还难吗?

具体来说,当舰载机被固定在甲板上时,空气运动的动力是来源于飞机本身,而不是来源于其它,由其产生的一前一后的吸力和推力,是一致向后的力.动力的方向决定了空气流动的秩序:主要是从正前方沿飞机中轴线向后运动,但与飞行时又有不同的是:会形成两个向后运动的,扇面形的气流场.一个是由推力所形成的,覆盖翼面的气流场,在后面.还有一个扇面形的气流场,是在飞机的进气道前,这是由进气道的吸力所形成的,在前面,但不覆盖翼面.因为大多数舰载机的进气道都布局在翼面之前.但是,由吸力所形成的气流场,并不产生升力.静态升力主要来源于由推力所形成的后一个气流场,因为它才覆盖翼面.当飞机向后喷射时,翼面就有气流覆盖,形成了机翼与气流的相对运动状态.当推力越大,扇面气流场的覆盖宽度就越宽,将超出整机范围,同时气流的速度也就越快,气流场的强度也就越高.

如果有人认为:即便这个气流场能够形成,在开放的空间条件下,如果有横向的侧风,会削弱气流场强度,进而也就产生不了多少升力?其实这是不熟悉航母的起飞操作.如果有横向的侧风,航母要调转船头,与风保持正面迎风方向,使侧风转变为逆风,才能加大风与舰和机的相对运动速度,有时为了加大这个相对速度,航母还要逆风加速,这样才有利于起飞.

如果要实现静升起飞,就应该具备足够的静态升力,那么覆盖翼面的气流场就应该具有高强度.也就是说,流过翼面的气流必须有高速度,才可形成飞行时的相对运动效果.如果气流速度过小,升力是不够的(升力与速度是正平方关系),所以,这个速度就决定了静态升力的大小.这一切,都与飞机发动机的推力大小有关.对于喷气式舰载机来说,在起飞时,发动机都是全加力工作,所产生的推力将达到或超过整机重量(约为几十吨的推力),是发动机的最大输出功率.而进入发动机进气道的空气,又以600米的秒速(不是时速)的高速度从发动机喷口喷射出来,这是极高速的燃气喷射气流,这些都以动量的物理方式完全转化到空气这个介质中去.在如此巨大的推力和如此高速气流的剧烈冲击下,将导致前面和周围的空气高速的向后运动,在理论上可达到飞机在空气中飞行的速度.但实际上,只要流过翼面的气流速度,达到80---90米的秒速,就可提供足够的升力,不必再大.因为弹射起飞所要达到也是这个速度即可.这是不难办到的,而且耗时不会太长,但可能会比弹射起飞多烧点油,与地面起飞差不多.而弹射起飞耗能更大,因为弹射器是蒸汽机,仅有2%的效率.

在现有的三代机中,大都可以静升起飞,歼10,欧洲台风战机,发动机喷口高于飞机翼面,在静升起飞时,空气主要从上翼面流过,升力主要来自于上翼面.而苏27,F18的发动机喷口就略低于翼平面,在静升起飞时,放下前后襟翼,向后运动的气流,也主要从上翼面流过,但下翼面也有气流通过,同样产生升力.有了升力的舰载机,就好象浮在空气中,脱钩以后很容易起飞.但F15的静升效果不好,因为它的两个垂尾是放置在发动机喷口后的位置,阻挡了两侧气流的运动,阻碍了翼面气流场的形成.

以上几部分就是静升起飞法的主要内容.自从去年9月发帖至今,这个谜底已经揭开,如果各位朋友认为可行,就呼吁中国航母的决策者引起重视!

如果还有朋友希望与我继续探讨,可以同我联系.

我的邮箱: 2007zaowuzhu@sina.com

本文内容为我个人原创作品,申请原创加分

[ 转自铁血社区 http://bbs.tiexue.net/ ]

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