地效飞行器——飞行器中的璀璨明珠

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  宛如停泊在湛蓝海湾中的船舶,但它不能在水上长期航行;极像空中呼啸而过的飞机,但它却总是贴近海面或地面飞行;又似高速磁悬浮列车或气垫船,贴着地面、水面飞驰而去……它,就是飞行器中的一颗璀璨明珠——地效飞行器。
  神秘莫测
  20世纪80年代,美国中央情报局特工几经周折,刺探到苏联里海上有一种时隐时现的神秘飞行物,多方打探之后,中情局始终没弄清这究竟为何物,便将它命名为“里海怪物”。
  苏联解体后,俄罗斯财政困难,无奈公开了这一研制20多年的重磅秘密武器的6张图片,希望能引入国外资金共同研制。借助这一天赐良机,美国军方代表终于目睹了它的真容。
  这个“怪物”实际上是一架长58米、翼展31.5米、高 16米、最大载重258吨、航程2000千米的地效飞机。它的外形非常怪异,长长的机体下部酷似船形,尖尖的锥状形腹鳍相交于上端的圆弧壳体,构成一个巨大的飞机机身。机头并非是人们熟悉的流线形,在前面两侧,密布8台喷口可上下转动的发动机。后机身上,3台倾斜向上的涡轮风扇发动机犹如竖起的三门大炮,机翼最外端的翼尖小翼与常见的上翘相反,向下偏斜……如此古怪的造型,真令人不可思议!
  去年9月,俄罗斯又向外披露,负责研制“里海怪物”的俄罗斯中央水翼船设计局正在研制新版的“里海怪物”——A-050地效飞行器,并声称他们正在与包括中国在内的潜在用户开展共同研制谈判。
  消息披露后,“里海怪物”再次引起全世界的关注。当我国大型水上飞机“鲛龙AG600”即将首飞之时,人们不免要问:大型地效飞行器会进入中国制造的“视野”吗?
  构思巧妙
  船舶借助浮力浮于水上,飞机靠机翼、机身相对气流产生的升力翱翔于蓝天。地效飞行器除了机翼、机身产生的升力外,在机翼与地面或水面之间还能产生一股神奇的向上的托力。这股托力能轻而易举地托举飞机离开地面或水面。显然,地效飞行器在飞行过程中受到的阻力比船在水中航行受到的阻力要小得多,因此其速度也快得多。
  那么,这股神奇的托力是如何产生的呢?
  与人们较为熟悉的磁悬浮列车、气垫船相似,当带有机翼的飞行器贴近地面或海面飞行时,来自前方的空气不断流向机翼下表面,在机翼下方的狭窄空间内产生气体“堵塞”。随着“堵塞”的气体越来越多,机翼下表面的气流压力不断加大,机翼上下的压力差便形成了一股向上的托力,这种托力也称为地面效应。
  值得一提的是,地效飞行器机翼下方气流产生的托力与一般飞机机翼下气流产生的升力不同,一般飞机的最大升力出现在机翼上表面前缘,而地效飞行器的托力更趋于整个机翼下表面,因而它产生的托力更大,效率更高。
  也正因为如此,地效飞行器具有诱导阻力小的特性。一般飞机在飞行中,由于气流的下洗作用,会在机翼最外端出现气流上下翻腾、旋涡等现象,并形成一种另人讨厌的诱导阻力。地效飞行器却不会遇到这样的问题,它的诱导阻力要小得多,这能有效提升其飞行速度。
  此外,因地面效应产生的托力沿机翼作展向分布,地效飞行器的气动合力作用点比一般飞机要后移,加大了与全机重心的距离,从而使它的俯仰特性,即纵向稳定性和操纵性较好,驾驶员比较容易控制。


  揭开迷团
  地效飞行器速度快、载重大,优势突出,但制造起来有相当难度。
  飞行器如何在波涛汹涌的海面上,自动调节飞行高度稳定飞行,旅客感觉舒适而又安全,无疑是巨大的挑战。俄罗斯地效飞行器专家阿克谢耶夫自上世纪80年代以来,制作了大量各类缩比的地效飞行器模型,进行水上、空中试验研究,成功解决了飞行器在气-水介质之间复杂稳定性等难题。
  相对于船舶,地效飞行器的速度很快,但与飞机相比,却还相差甚远。早期最快的地效冲翼艇时速不超过300千米。为了提升地效飞行器的速度,俄罗斯科学家发明了一项很了不起的“冲力冲击”(PAR)技术。通过这一技术,地效飞行器的时速奇迹般地达到了500千米以上。
  俄罗斯目前正在研制的A-050地效飞行器的最大起飞重量约54吨、乘客100人、巡航时速450千米、航程5000千米。A-050的块头比“里海怪物”要小,在设计和材料上有了明显改进,使用了新的水平安定面和复合材料。可以预计,A-050的性能将比“里海怪物”有较大的提升。
  我国拥有辽阔的海域和众多的大江大湖,这为地效飞行器的发展提供了有利条件。21世纪以来,我国地效飞行器的研制已经取得了可喜的成绩。2014年,穿梭于黑龙江兴凯湖上的国产地效飞行器已开始担负边防巡逻等任务。2015年,新型国产“翔洲1号”地效船,活跃在波光粼粼、风光秀丽的南海,成为三沙市各岛屿之间的“轻骑兵”,旅客往来更加便捷。

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