扫码订阅

垂直起降飞机的出路究竟在哪里?

我在前一篇文章中说百年前莱特兄弟的飞机工程还没有完工并不是指责是“半拉子”工程,而是提醒大家,做为人类通用的飞行器,它的发展远没有结束,还要完善。莱特兄弟的科学精神永远值得我们尊敬,他们对飞行事业开天辟地的卓越贡献我们永远怀念。

垂直起降飞机的出路究竟在哪里?

在前面文章中的分析说明了现在的垂直起降飞机的主要不足之处,如,采用垂直起降时的载弹量和载油量明显不足,对燃料的消耗巨大,作战半径太短,结构复杂,对地面烧蚀严重,安全可靠性低等等。也说明了产生这些缺点的原因,这就是采用喷气升力发动机是利用喷气的反作用力为升力对抗飞机重量的结果。由于发动机的喷口面积与机翼的面积相比小得多,所以要产生能大于飞机重量的升力,喷气发动机必须以极高的喷气速度才能获得较大的升力,而这极高的喷气速度是以大量消耗燃油燃烧产生的高温尾气获得的。正因为喷气速度过快,尾气的高温来不及下降,被喷出很远,所以对跑道或舰船的甲板烧蚀严重,这些缺点就是我反对喷气升力发动机的主要原因。

那么,飞机的垂直起降之路究竟在哪里?我想,飞机和直升机的成功(长达上百年成为通用飞行器为标准)已给了我们很好地启示,飞机垂直起降成败的症结就在于,一是运动方式的组合,二是 “产生作用力的相互作用面的面积大小”。

飞机是以平移的运动方式起降的。飞机的机翼在直线平移的加速运动中逐渐产生升力,当升力大于重力时,飞机就起飞。降落相反,是在直线平移减速运动中逐渐失去升力而降落在跑道上(飞机是在高速时起飞离地的,所以降落时也是高速落地,并且远没有起飞离地那么柔和顺溜,这也就是降落比起飞更危险的原因,如本次黑龙江空难,落地空难太多了,所以我才这么强烈地要研究垂直起降)。而直升机的起降是旋转的运动方式。直升机旋翼在原地以旋转的运动方式逐渐加速产生升力,拔地而起,降落相反。

从飞机和直升机的飞行方式上可以得出结论,垂直起降飞机的飞行方式必须融合飞机和直升机的的运动方式,也就是飞机要想垂直起降就必须拥有平移的运动方式,同时也具有旋转的运动方式。

“产生作用力的相互作用面的面积大小”怎么理解?在这里“产生的作用力”主要指升力,而“相互作用面的面积”就是产生升力的相关面的面积。如,飞机“产生作用力的相互作用面的面积”就是指产生升力的机翼的面积,这个面积很大;直升机“产生作用力的相互作用面的面积”就是指产生升力的几叶旋翼面的总面积,这比飞机的机翼面积要小得多;而升力喷气发动机的“产生作用力的相互作用面的面积”是指喷气口的(总)面积,这比直升机的旋翼面积更小。

那么产生升力面的面积大小与升力有什么关系呢?我从分析中得出结论,假设以上三者都在产生同样升力的情况下,产生升力的有效作用面积越大,所需的气动量就越小,产生升力的面积越小,所需的气动量就越大。这在现实中看到的现象就是飞机在头上飞过,向下产生的风不是很大,而直升机在头上飞过能把下面吹得天昏地暗,而要是喷气发动机垂直起降时人要在下面,飞机就是很高也会把人烤熟,看看F-35B尾喷的那“飞流直下三千尺”的浊流就知道了。

垂直起降飞机的出路究竟在哪里?

从上段的分析我们就会知道,所需的气动量越大,所消耗的能量也就越大,因为这么大的气动量哪来的?燃油(发动机)给的。这也就是为什么百年前莱特兄弟用那么落后的活塞发动机就能让飞机起飞,而现在这么先进的喷气升力发动机却实现不了飞机的垂直起降。这就可以看出升力面积的大小决定了升力的效率,升力面积越大,飞行升力的效率越高,就节省能量(省油);升力面积越小,飞行升力的效率就越低,因而浪费能量(费油)。

说了这么些,你可能就看出来了,采用直线平移方式飞行的飞机要想进行垂直起降,就必须再采用旋转的运动方式,而且 “产生升力的有效作用面积” 还要比较大。这就解释了我为什么不赞同喷气升力发动机的原因,喷气发动机产生升力(反作用力)的相互作用面的面积也就是喷口的面积太小,所以效率低下,油耗严重

垂直起降飞机的出路究竟在哪里?

那怎样才能实现飞机达到通用程度的垂直起降呢?其实,历史已给出了比较好的答案,这就是采用纯升力风扇的形式,如通用电气研制的 XV-5 垂直起落研究机。对飞机的外形发动不大,这样保留了飞机高速飞行的特性,在机翼上加装垂直起降风扇,是比较好的利用形式,这样飞机的机翼既可以平移方式获取升力,又可用旋转方式获取升力。升力风扇相对喷气发动机的喷口和直升机旋翼面积大得多,当然它比飞机机翼面积小,但飞机在起飞离地的瞬间速度并不是最高速,所以提高风扇的转速就达到同样的效果(再用我以前的“歪理斜说”,你若能在风扇上方制造出“真空”,那产生的升力才大呢!那下方的大气压力是多少呢?我们可以算算,在海平面上一个大气压是指一平方厘米一公斤的压力,假设一个两平方米的风扇它产生的向上压力也就是升力就达二十吨!左右各一个风扇那就是四十吨的升力,这足以支持一个重型战斗机了)。如此以来,飞机就能以垂直起降和滑跑起降两种形式进行了,这当然是最安全的飞行方式了。

垂直起降飞机的出路究竟在哪里?

直升机的成功证明了旋转方式的可行,而直升机的效率低下又说明这种圆形布局及旋转存在的问题。从我的前面文章中的圆形旋转效率理论可以看出XV-5的风扇与直升机旋翼一样效率低下,它的失败是不可避免的,XV-5在七十年代淡出“江湖”实属技术所致,非理念不佳,这种“扇翼”结合的方式是绝佳的设计理念!

垂直起降飞机的出路究竟在哪里?

那么如何把这种升力风扇做到高效呢,请看我以后的《破解翼扇高效之谜》。

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/ ]
发表评论
发表评论

网友评论仅供其表达个人看法,并不表明铁血立场。

全部评论
加载更多评论
更多精彩内容
+加载更多