在2010年上海世博會,中國航空館里吸引了大量的觀眾,數款新概念飛機的集體亮相給參觀者留下了深刻的印象。
新概念飛機,通常是指尚處于探索或預研階段的飛機,它表現出人類對空中自由翱翔的無限向往、不斷追求和不懈努力。也正是因為人類有了這種追求和向往,才使航空領域創造出一個又一個的飛行奇跡,使夢想變為現實,從而促進了航空事業不斷發展和進步。
與傳統飛機相比,新概念飛機在設計理念、氣動布局和飛行原理等方面都有著顯著的不同,能充分體現出探索性、創新性、高效性和時代性特征。
造型獨特的飛翼客機
上海世博會展館中出現的飛翼客機,寬大的機體和向后伸展的機翼完美融合在一起,造型十分獨特。如果它在空中飛行,正面看上去像是一個壓扁了的橄欖球,從下往上看上去像個飄翼,從正面俯視它就是一個三角形的飛行物。
飛翼客機上沒有傳統意義上飛機的水平尾翼和垂直尾翼,機身和機翼也高度融合在一起,外形十分奇特。人們很早就意識到了飛翼的巨大潛力。從空氣動力學和結構方面分析,飛翼無疑都是效率最高的飛機布局形式。
早在1910年,德國人容克就提出了飛冀概念的運輸機,并申請了專利。但當時這樣的飛機在設計和制造上還相當困難。在上世紀40年代末期,美國的洛斯羅普也提出:如果飛機變大,人就可以坐進機翼內部,這便是飛翼客機概念的雛形。飛翼客機至今還沒有問世,主要是由于技術原因。比如,目前國際上通行的適航標準,要求全體旅客在緊急情況下,應該在90秒鐘之內全部撤離飛機,而飛翼客機應急撤離問題目前無法解決。
目前,美國空軍的B-2隱形戰略轟炸機是最典型的飛翼式布局。采用飛翼式的軍用飛機由于沒有平尾和垂尾,又可以將發動機埋在機翼里,所以十分有利于隱身,適合作為隱身轟炸機。采用飛翼布局的民用飛機由于突出的氣動效率和結構效率,飛機可以做得很大,將成為21世紀大容量客機的理想布局。總之,飛翼式布局設計將給民用飛機和軍用飛機提供了廣闊的發展空間。
設計新穎的兩棲變翼飛機和撲翼機
在新概念飛機的設計中,有“海燕”兩棲變翼飛機和像鳥一樣仿生折翼的“破繭”小型撲翼機。這兩種機型設計新穎,理念超前,引起了廣泛的關注。
“海燕”兩棲變翼飛機的設計概念是根據現在地效飛機和兩棲飛機發展狀況設計的。簡單地說,地效飛機就是利用空氣動力學的地面效應原理,在低空或超低空飛行時,以貼近水面(或地面)的方式增加升阻比來實現高速航行的一種超低空飛機。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、兩棲登陸、海空反潛、實地偵察等等軍事任務。地效飛機的經濟性、安全性、適航性、隱蔽性等特性將使其在未來的飛機發展中占據重要位置。
然而,地效飛機往往都針對地效飛行時的空氣動力設計氣動布局,不能脫離地面效應進行巡航,但兩棲飛機克服了此缺點。
“海燕”兩棲變翼飛機是一種可以在水面或陸地起降,既可以進行地效飛行也具有低空巡航能力的可變后掠翼兩棲飛機。這一概念試圖綜合地效飛機和兩棲飛機各自的優點,彌補兩者的不足,實現功能的最大化。
“破繭”柔性翼兩棲飛機是一款仿生折疊翼的小型撲翼機,適用于低空的中低速飛行,可用于休閑觀光,環境監測,航拍等不同領域。
撲翼飛機是人類最古老的夢想之一,與傳統飛機相比主要特點是,將升力、懸停、推進和控制功能全面集成于撲翼系統中,可以用很少的能量進行遠距離飛行,同時具有高效率、高機動性、低噪音、無須專用起飛著陸場地等特點。
此外,科學家們發現,蝙蝠在飛行過程中翼的扇動與翼的柔韌性及彈性配合得天衣無縫,堪稱是世界上、最完美的運動。蝙蝠在飛行過程中身體旋轉180 O所需距離只有其翼展長度的一半。同時,與其他動物相比,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生理想的上升力。“破繭”柔性翼兩棲飛機正是基于蝙蝠飛行原理的小型撲翼飛機。
未來戰機將向何處去
航空武器裝備發展歷來都是各類航空活動中人們關注的熱點,目前美軍已經裝備了5代戰機F-22,俄羅斯的5代機T-50也將在5年內裝備部隊。軍事專家認為,未來戰爭將是以奪取空天優勢為前提的信息化條件下的聯合作戰。在此背景下,5代后戰機的發展可能出現兩個方向,一個是繼續研發6代機,另一個是研發無人戰斗機和空天作戰飛機。
繼俄T-50試飛成功后,美已著手研制6代戰機,美空軍已組建6代機辦公室,開始先期概念研究,計劃在2030年問世。據悉,6代機應具有如下特征:一是生存能力要強,這主要通過飛機的速度和隱身兩方面性能來實現。二是經濟性要好,經濟指標將備受重視,因為過高的單價是美軍方所不能承受的。三是隱身能力必須很強,以便能突破敵方的防空系統。四是可能還將具備情報、監視和偵察能力,這種一體化綜合能力在未來戰爭中是非常必要的。
隨著空戰武器和一體化防空系統的飛速發展,靠有人駕駛飛機在未來戰場執行空戰任務,風險更大,代價更高,戰爭損耗與政治風險將難以承受。價廉而效費比高的無人戰斗機可能是5代后戰斗機的發展方向。
首先,軍事需求迫切要求戰斗機的無人化。其次,高新技術為無人戰斗機的發展奠定了基礎。第三,使用無人戰斗機風險小、費用低的特點將加快戰斗機無人化的進程。無人戰斗機由于不需要座艙、顯示器、環境控制和防護救生系統,降低了成本。使用與保障費用低的優勢更加明顯。
空天飛機是指能像普通飛機那樣在機場起降,既能在大氣層內機動飛行,也能在外層空間飛行的飛機,是航空航天技術結合的產物。20世紀80年代,世界上出現了發展空天飛機的熱潮。最近,X-37B首飛引起了媒體的極大關注。專家認為,X-37B很可能成為5代后戰機的雛形,對未來戰爭有著深遠的影響。
航空發展前景無限
航空發展給世界帶來了新的文明,人類與時間和空間的關系因為航空的發展而在改變。航空的每一次發展進步,都是人類運用科學技術對自然和人類生理與心理極限的一次巨大挑戰。但是,人類并不滿足已取得的成就。
經濟與軍事發展的需求牽引著航空的迅猛發展。今天的航空已成為人類快捷、安全、經濟和舒適的交通工具,航空使人類社會達到前所未有的便捷,這對于經濟的發展、社會的進步和人們生活質量的提高起著極大的作用。
同時,人們把航空領域的最新成果也應用到了軍事領域,對戰爭的勝負與進程產生了更大的影響。有科學家預言,隨著空天飛機、高超聲速飛機、沖壓噴氣發動機和新型航空航天材料等技術的不斷發展,必將把航空航天更加緊密地結合起來,得到空天的一體化發展。
目前,人類社會已經步入信息化時代,未來戰爭是信息化條件下的局部戰爭,航空武器將向體系化方向發展,這種發展的基礎是信息化的發展與運用。航空信息化發展,將促使軍用飛機從原來的作為單獨的作戰和支援平臺,改變為作戰體系網中的一個節點,沒有強有力的信息能力,戰機將無法在作戰中發揮作用。
與軍用飛機相比,民用飛機將追求更安全、更舒適、更經濟和更環保的方向發展,其信息化水平也將大大提高。除了航空平臺無人化之外,形形色色的新概念飛機也將在新世紀帶給人類更多的驚喜。
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