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我在前面的文章中写过,飞机的垂直起降可能要经过三个阶段,这就是以鹞式为代表的以喷气发动机喷气为垂直起降升力的第一代垂直起降飞机,以“传统升力风扇+喷气发动机喷气”为垂直起降升力的第二代垂直起降飞机F-35B,以埋植在机翼中的“超薄强力升力风扇”为代表的第三代垂直起降飞机。当然,这个埋植在机翼中的“超薄强力升力风扇”的垂直起降飞机还是我在纸上谈兵。不过,这个 “超薄强力升力风扇”若先于F-35B落户军队前研制成功,F-35B的第二代垂直起降飞机可能就要胎死腹中。

传统的升力风扇效率太低,我设计的“超薄强力升力风扇”能充分利用每一寸面积,尽量让每一寸面积都产生相同的作用力。它能在风扇上方产生强大的负压,在风扇下方产生强大的正压,这一正一负就会使风扇产生强大的抬升力,甚至超过周围标准的大气压力。我不赞同像F-35B那样的把风扇埋植于机身内,因为这样影响到燃油与武器,机翼本来就是产生升力的吗,所以要把垂直起降的升力风扇埋植在机翼中。

垂直起降对飞机外形设计的影响

当升力风扇埋植在机翼中进行垂直起降时,实际上就是飞机的起降和平飞功能的分离,用两种独立的方式来实现它,所以自由度较大,飞机的高速平飞和低速起降互不干扰,对飞机的外形设计产生了较大的影响。主要对机翼形状的设计影响较大,另外飞机飞行控制方式上也会产生较大的影响。

1、机翼的后掠角

没有真正实现飞机的垂直起降之前,在设计飞机时既要考虑飞机的高速性能,也要考虑到起落时的低速性能,所以飞机机翼的设计就处于两难,成了设计的关键。比方说,要实现飞机的高速性能,飞机机翼就要大后掠角,小展弦比。可这样牺牲了飞机的起降性能,会造成对跑道的要求过高,跑道过长。比方说下面的F-22、F-15和SU-27它们的后掠角就不可能太大,太大了展弦比就小了,低速时的升力就成了问题。所以,飞机的后掠角和展弦比要适中,要根据飞机的用途来设计,这样它们既有高速平飞的性能,又有良好的起降性能。

垂直起降对飞机外形设计的影响

而当采用埋植在机翼中的升力风扇实现垂直起降后,飞机的低速度飞行与高速飞行系统分离,各用各的动力系统,这样,就可以按它们的最大化优势进行各自的外形结构设计。比如说低速飞行或悬停起降时,升力风扇起主要作用,这时就要围绕风扇的升力大小,安装方式,结构强度等等进行设计,特别注意超薄,容易安装在机翼中,这样对高速平飞影响不大。垂直飞机在高速飞行时的设计主要从外形上考虑减少音障的影响,激波的产生,而不用考虑是否兼顾起降性能,因为它们已经分离。所以这时的机翼就可以大胆地运用大后掠角、小展弦比的外形设计,如下图所示,这样在超音速飞行时产生的阻力极小。

垂直起降对飞机外形设计的影响

2、机翼的形状

观察上面的飞机外形,你会发现这是一个典型的菱形结构,就像我们油炸的“干果”。为什么要这样的外形设计?我在前面的文章《破解音爆的魔咒》中写到,要想减少音障的影响,不仅机翼前面的后掠角要大,机翼后面的前掠角也要大,这样才能很好地“顺溜”空气,减少空气对机身的阻力。而现在的飞机无论是大三角翼鸭式布局,还是前机翼后尾翼的正常布局,整体上看都近似等腰三角形的形状。它是一种沿纵轴对称的结构,机翼有飞机的后面陡然结束,超音速时气流在飞机的身后激情碰撞而发出巨大的音爆声。

垂直起降对飞机外形设计的影响

而当飞机采用埋植在机翼中的升力风扇实现垂直起降后,飞机的机翼就可以进行有利的设计了,这种对称形机翼不仅是左右对称,也是前后对称,减少空气对机身的阻力,延迟激波和音爆的产生,更有利于飞机的超音速飞行。

3、取消垂直尾翼

垂直起降飞机与传统的飞机一样可以用各类副翼、襟翼、舵等控制飞机,但垂直起降飞机也可以大胆改革,比方说取消垂直尾翼,采用机尾的内藏矢量风扇进行方向控制。这样飞机的外形更干净,飞行器中的阻力更小,而矢量风扇在两侧产生不同的压力,一侧正压,一侧负压,形成的总矢量推力也许比垂直尾翼的方向舵更大。

总之,垂直起降飞机会让步人们的思维更开阔,形式多样,给人的选择空间更多。比如说只是要这个垂直起降飞机的速度不用太高,高亚音速的,那么机翼就可以设计成大展弦比的,这样飞机的起降方式多样,可以滑跑起降,也可以垂直起降;如果要超音速,那么机翼就设计成小展弦比的,但这样它的滑跑起降性能就下降,甚至不能进行滑跑起降了。所以,还要根据飞机的用途,要求进行相应的设计,以达到相应较好的效果。

愿航空史上新的一页由我们中国人掀开!

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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