在2010年上海世博會(huì),中國(guó)航空館里吸引了大量的觀眾,數(shù)款新概念飛機(jī)的集體亮相給參觀者留下了深刻的印象。
新概念飛機(jī),通常是指尚處于探索或預(yù)研階段的飛機(jī),它表現(xiàn)出人類對(duì)空中自由翱翔的無限向往、不斷追求和不懈努力。也正是因?yàn)槿祟愑辛诉@種追求和向往,才使航空領(lǐng)域創(chuàng)造出一個(gè)又一個(gè)的飛行奇跡,使夢(mèng)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí),從而促進(jìn)了航空事業(yè)不斷發(fā)展和進(jìn)步。
與傳統(tǒng)飛機(jī)相比,新概念飛機(jī)在設(shè)計(jì)理念、氣動(dòng)布局和飛行原理等方面都有著顯著的不同,能充分體現(xiàn)出探索性、創(chuàng)新性、高效性和時(shí)代性特征。
造型獨(dú)特的飛翼客機(jī)
上海世博會(huì)展館中出現(xiàn)的飛翼客機(jī),寬大的機(jī)體和向后伸展的機(jī)翼完美融合在一起,造型十分獨(dú)特。如果它在空中飛行,正面看上去像是一個(gè)壓扁了的橄欖球,從下往上看上去像個(gè)飄翼,從正面俯視它就是一個(gè)三角形的飛行物。
飛翼客機(jī)上沒有傳統(tǒng)意義上飛機(jī)的水平尾翼和垂直尾翼,機(jī)身和機(jī)翼也高度融合在一起,外形十分奇特。人們很早就意識(shí)到了飛翼的巨大潛力。從空氣動(dòng)力學(xué)和結(jié)構(gòu)方面分析,飛翼無疑都是效率最高的飛機(jī)布局形式。
早在1910年,德國(guó)人容克就提出了飛冀概念的運(yùn)輸機(jī),并申請(qǐng)了專利。但當(dāng)時(shí)這樣的飛機(jī)在設(shè)計(jì)和制造上還相當(dāng)困難。在上世紀(jì)40年代末期,美國(guó)的洛斯羅普也提出:如果飛機(jī)變大,人就可以坐進(jìn)機(jī)翼內(nèi)部,這便是飛翼客機(jī)概念的雛形。飛翼客機(jī)至今還沒有問世,主要是由于技術(shù)原因。比如,目前國(guó)際上通行的適航標(biāo)準(zhǔn),要求全體旅客在緊急情況下,應(yīng)該在90秒鐘之內(nèi)全部撤離飛機(jī),而飛翼客機(jī)應(yīng)急撤離問題目前無法解決。
目前,美國(guó)空軍的B-2隱形戰(zhàn)略轟炸機(jī)是最典型的飛翼式布局。采用飛翼式的軍用飛機(jī)由于沒有平尾和垂尾,又可以將發(fā)動(dòng)機(jī)埋在機(jī)翼里,所以十分有利于隱身,適合作為隱身轟炸機(jī)。采用飛翼布局的民用飛機(jī)由于突出的氣動(dòng)效率和結(jié)構(gòu)效率,飛機(jī)可以做得很大,將成為21世紀(jì)大容量客機(jī)的理想布局?傊w翼式布局設(shè)計(jì)將給民用飛機(jī)和軍用飛機(jī)提供了廣闊的發(fā)展空間。
設(shè)計(jì)新穎的兩棲變翼飛機(jī)和撲翼機(jī)
在新概念飛機(jī)的設(shè)計(jì)中,有“海燕”兩棲變翼飛機(jī)和像鳥一樣仿生折翼的“破繭”小型撲翼機(jī)。這兩種機(jī)型設(shè)計(jì)新穎,理念超前,引起了廣泛的關(guān)注。
“海燕”兩棲變翼飛機(jī)的設(shè)計(jì)概念是根據(jù)現(xiàn)在地效飛機(jī)和兩棲飛機(jī)發(fā)展?fàn)顩r設(shè)計(jì)的。簡(jiǎn)單地說,地效飛機(jī)就是利用空氣動(dòng)力學(xué)的地面效應(yīng)原理,在低空或超低空飛行時(shí),以貼近水面(或地面)的方式增加升阻比來實(shí)現(xiàn)高速航行的一種超低空飛機(jī)。地效飛行升阻比高,具有很好的承載能力,完全可以勝任如特種作戰(zhàn)、兩棲登陸、海空反潛、實(shí)地偵察等等軍事任務(wù)。地效飛機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、安全性、適航性、隱蔽性等特性將使其在未來的飛機(jī)發(fā)展中占據(jù)重要位置。
然而,地效飛機(jī)往往都針對(duì)地效飛行時(shí)的空氣動(dòng)力設(shè)計(jì)氣動(dòng)布局,不能脫離地面效應(yīng)進(jìn)行巡航,但兩棲飛機(jī)克服了此缺點(diǎn)。
“海燕”兩棲變翼飛機(jī)是一種可以在水面或陸地起降,既可以進(jìn)行地效飛行也具有低空巡航能力的可變后掠翼兩棲飛機(jī)。這一概念試圖綜合地效飛機(jī)和兩棲飛機(jī)各自的優(yōu)點(diǎn),彌補(bǔ)兩者的不足,實(shí)現(xiàn)功能的最大化。
“破繭”柔性翼兩棲飛機(jī)是一款仿生折疊翼的小型撲翼機(jī),適用于低空的中低速飛行,可用于休閑觀光,環(huán)境監(jiān)測(cè),航拍等不同領(lǐng)域。
撲翼飛機(jī)是人類最古老的夢(mèng)想之一,與傳統(tǒng)飛機(jī)相比主要特點(diǎn)是,將升力、懸停、推進(jìn)和控制功能全面集成于撲翼系統(tǒng)中,可以用很少的能量進(jìn)行遠(yuǎn)距離飛行,同時(shí)具有高效率、高機(jī)動(dòng)性、低噪音、無須專用起飛著陸場(chǎng)地等特點(diǎn)。
此外,科學(xué)家們發(fā)現(xiàn),蝙蝠在飛行過程中翼的扇動(dòng)與翼的柔韌性及彈性配合得天衣無縫,堪稱是世界上、最完美的運(yùn)動(dòng)。蝙蝠在飛行過程中身體旋轉(zhuǎn)180 O所需距離只有其翼展長(zhǎng)度的一半。同時(shí),與其他動(dòng)物相比,蝙蝠翼展面積之大還有效保證了它在飛行過程中只需消耗極少的能量就能夠產(chǎn)生理想的上升力!捌评O”柔性翼兩棲飛機(jī)正是基于蝙蝠飛行原理的小型撲翼飛機(jī)。
未來戰(zhàn)機(jī)將向何處去
航空武器裝備發(fā)展歷來都是各類航空活動(dòng)中人們關(guān)注的熱點(diǎn),目前美軍已經(jīng)裝備了5代戰(zhàn)機(jī)F-22,俄羅斯的5代機(jī)T-50也將在5年內(nèi)裝備部隊(duì)。軍事專家認(rèn)為,未來戰(zhàn)爭(zhēng)將是以?shī)Z取空天優(yōu)勢(shì)為前提的信息化條件下的聯(lián)合作戰(zhàn)。在此背景下,5代后戰(zhàn)機(jī)的發(fā)展可能出現(xiàn)兩個(gè)方向,一個(gè)是繼續(xù)研發(fā)6代機(jī),另一個(gè)是研發(fā)無人戰(zhàn)斗機(jī)和空天作戰(zhàn)飛機(jī)。
繼俄T-50試飛成功后,美已著手研制6代戰(zhàn)機(jī),美空軍已組建6代機(jī)辦公室,開始先期概念研究,計(jì)劃在2030年問世。據(jù)悉,6代機(jī)應(yīng)具有如下特征:一是生存能力要強(qiáng),這主要通過飛機(jī)的速度和隱身兩方面性能來實(shí)現(xiàn)。二是經(jīng)濟(jì)性要好,經(jīng)濟(jì)指標(biāo)將備受重視,因?yàn)檫^高的單價(jià)是美軍方所不能承受的。三是隱身能力必須很強(qiáng),以便能突破敵方的防空系統(tǒng)。四是可能還將具備情報(bào)、監(jiān)視和偵察能力,這種一體化綜合能力在未來戰(zhàn)爭(zhēng)中是非常必要的。
隨著空戰(zhàn)武器和一體化防空系統(tǒng)的飛速發(fā)展,靠有人駕駛飛機(jī)在未來戰(zhàn)場(chǎng)執(zhí)行空戰(zhàn)任務(wù),風(fēng)險(xiǎn)更大,代價(jià)更高,戰(zhàn)爭(zhēng)損耗與政治風(fēng)險(xiǎn)將難以承受。價(jià)廉而效費(fèi)比高的無人戰(zhàn)斗機(jī)可能是5代后戰(zhàn)斗機(jī)的發(fā)展方向。
首先,軍事需求迫切要求戰(zhàn)斗機(jī)的無人化。其次,高新技術(shù)為無人戰(zhàn)斗機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。第三,使用無人戰(zhàn)斗機(jī)風(fēng)險(xiǎn)小、費(fèi)用低的特點(diǎn)將加快戰(zhàn)斗機(jī)無人化的進(jìn)程。無人戰(zhàn)斗機(jī)由于不需要座艙、顯示器、環(huán)境控制和防護(hù)救生系統(tǒng),降低了成本。使用與保障費(fèi)用低的優(yōu)勢(shì)更加明顯。
空天飛機(jī)是指能像普通飛機(jī)那樣在機(jī)場(chǎng)起降,既能在大氣層內(nèi)機(jī)動(dòng)飛行,也能在外層空間飛行的飛機(jī),是航空航天技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。20世紀(jì)80年代,世界上出現(xiàn)了發(fā)展空天飛機(jī)的熱潮。最近,X-37B首飛引起了媒體的極大關(guān)注。專家認(rèn)為,X-37B很可能成為5代后戰(zhàn)機(jī)的雛形,對(duì)未來戰(zhàn)爭(zhēng)有著深遠(yuǎn)的影響。
航空發(fā)展前景無限
航空發(fā)展給世界帶來了新的文明,人類與時(shí)間和空間的關(guān)系因?yàn)楹娇盏陌l(fā)展而在改變。航空的每一次發(fā)展進(jìn)步,都是人類運(yùn)用科學(xué)技術(shù)對(duì)自然和人類生理與心理極限的一次巨大挑戰(zhàn)。但是,人類并不滿足已取得的成就。
經(jīng)濟(jì)與軍事發(fā)展的需求牽引著航空的迅猛發(fā)展。今天的航空已成為人類快捷、安全、經(jīng)濟(jì)和舒適的交通工具,航空使人類社會(huì)達(dá)到前所未有的便捷,這對(duì)于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、社會(huì)的進(jìn)步和人們生活質(zhì)量的提高起著極大的作用。
同時(shí),人們把航空領(lǐng)域的最新成果也應(yīng)用到了軍事領(lǐng)域,對(duì)戰(zhàn)爭(zhēng)的勝負(fù)與進(jìn)程產(chǎn)生了更大的影響。有科學(xué)家預(yù)言,隨著空天飛機(jī)、高超聲速飛機(jī)、沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)和新型航空航天材料等技術(shù)的不斷發(fā)展,必將把航空航天更加緊密地結(jié)合起來,得到空天的一體化發(fā)展。
目前,人類社會(huì)已經(jīng)步入信息化時(shí)代,未來戰(zhàn)爭(zhēng)是信息化條件下的局部戰(zhàn)爭(zhēng),航空武器將向體系化方向發(fā)展,這種發(fā)展的基礎(chǔ)是信息化的發(fā)展與運(yùn)用。航空信息化發(fā)展,將促使軍用飛機(jī)從原來的作為單獨(dú)的作戰(zhàn)和支援平臺(tái),改變?yōu)樽鲬?zhàn)體系網(wǎng)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn),沒有強(qiáng)有力的信息能力,戰(zhàn)機(jī)將無法在作戰(zhàn)中發(fā)揮作用。
與軍用飛機(jī)相比,民用飛機(jī)將追求更安全、更舒適、更經(jīng)濟(jì)和更環(huán)保的方向發(fā)展,其信息化水平也將大大提高。除了航空平臺(tái)無人化之外,形形色色的新概念飛機(jī)也將在新世紀(jì)帶給人類更多的驚喜。
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