形形色色的新飞行器

直升飞行平台

70年代的美国电影"耸立的恐怖"中高楼失火的灾难场景让人触目惊心。当时如果梅特维利博士在场的话,情况就大不一样了。

梅特维利博士是一位从事航空航天技术研究的工程师。他正在设计一种垂直起降的飞行平台,可以直接飞到高楼的任何一层窗口,一次可以解救10人。在一般消防云梯。直升机。直升机吊筐都达不到的地方,平台可以大显身手。

推进直升飞行平台的螺旋桨位于平台的下面。与直升机相比,直升飞行平台可以飞得更加靠近障碍物,甚至飞到障碍物的底下。平台的动力为4台配备增压空气冷却系统的四缸星型活塞式航空发动机,配置在八角形平台中心齿轮箱的四周。

平台的机体呈盘盒形结构,薄体外壳采用轻质石墨环氧树脂材料,其表面用轻质高强度复合材料护面板盖住。四周包容有特殊耐热橡胶制成的保护层,既能保护飞行平台,又能保护房屋的墙面。平台上设有座椅和围栏,周边的围栏可以打开,便于人员进出。

4台多叶涵道风扇用斜梁装在平台的四角,产生升力。各涵道风扇互相联动,通过轴系和齿轮箱驱动。4台风扇一起变距,可以操纵平台的升降。而对某两台风扇之间进行差动变距,就可以操纵平台的俯仰。侧滚和偏航。让平台前倾,它就前飞向。每台发动机都有自己独立的的汽化器和独立的燃油供油路。通过超速离合器,每台发动机把功率传输给齿轮箱。如果有任何一台发动机发生故障,离合器就跟齿轮箱脱开,而不会影响其他各台发动机的工作

为了抗拒强阵风,可在平台的后面垂直加装第5台涵道风扇。它产生的矢量推力不仅能抗阵风,而且还能增大前飞的推力。

目前,已经制造了一台比例缩小的试验机,并在研制可以遥控的飞行平台。研制经费都是梅特维利博士自己掏的钱,他正在与纽约市应急救助中心商谈将来飞行平台的拓展应用问题。

机翼内装风扇的飞机

多年来,有些飞机设计师一直试图构思一种设计方案,用机翼内水平轴风扇来提升和推动飞机。现在,爱尔兰的设计师皮布尔斯提出了这种方案。据称,他设计的这种名为"风扇机翼"(FanWing)的试验原型机重量轻。噪声小。速度慢(每小时50公里)。飞行稳定,在民用和军事领域有广泛的用途。

这种飞机采用风扇机翼提高升力和推力的原理,是利用风扇来吸入机翼前缘的气流,并引射了前缘气流加速流过翼型上表面,加速流动,使上下翼面增大压差,提高升力。同时,由风扇的作用加速了机翼内部气流沿翼展横向流动,然后从机翼后缘喷出,产生额外推力。这时又引射上翼面的气流,极大提高了机翼的环量,又大大提高了升力。

机翼内装风扇的名为"风扇机翼"的飞机,其机翼的前缘内有横向气流流向风扇,把前方的气流吸入机翼,气流经风扇加速后,从机翼的后缘吹出。整个机翼翼展内都布满风扇,升力效率很高。

其机翼前缘的"小襟翼"控制了机翼的推力和升力。当增加一侧机翼的推力和升力,又减少另一侧机翼的推力和升力时,风扇机翼就可以使飞机不偏航而进入有效的转弯。

皮布尔斯已经制造了两架模型试验机,分别在罗马大学和帝国学院成功的地进行了风洞试验。结果表明,功率74瓦的发动机就足以提升15吨的重量。如果飞机的尺寸再加大,机翼和风扇的尺寸也相应加大,那么提升的效率会进一步提高。

在飞行中,风扇机翼对来流的角度不敏感。因此,飞机飞行平稳,噪声低。每侧机翼内都有2段风扇,中间有轴承支撑,若风扇的转速低于每分钟1000转,可以预料,振动不会成为问题。

试验还表明,由于这种机翼对迎角的变化不敏感,所以能很好地克服紊流。对于传统机翼的翼型面,只要迎角成倍改变,升力就会增大一倍,而风扇机翼的升力要增大一倍,则迎角就要增大几十倍。如果风扇机翼的飞机飞入紊流区,就不会像传统的飞机那样,发生颠簸现象

由于风扇的轴与机翼翼展方向平行,因此轴就很容易与机翼的翼梁结合起来。这种整体式机翼也可设计得厚些。刚性好些。重量轻些,况且不间断机翼,对气动力和推力也不会有损失。

皮布尔斯和他的设计组目前的试验是要确保发动机停车后,飞机能够滑翔下降。如果发动机停车了,那么,它就会与风扇脱开,并让水平尾翼上扬,保持大迎角飞行。这将使风扇快速转动,预计飞机会急剧地陡峭下滑。

虽然在经费很有限的情况下,研制工作取得很大进展,但是还有许多问题需要解决。皮布尔斯还想建造更大的机翼,装在悬梁上进行试验,包括在困难条件下应力失效试验。模拟乌撞试验和仪表性试验等。

这种飞机的安全系统也得研究,由于风扇机翼的滑翔性能并不好,必须加强翼型设计,使风扇自转。皮布尔斯还研究用弹射式降落伞和飞机的单发飞行试验。

法国的一家超轻型及悬挂式滑翔机生产厂对这种飞机很感兴趣,表示愿意投资研制,但没有签订实质性的研制合同。

这种飞机可在以下领域一显身手:无人侦察。短途货运。消防灭火。喷撒农药。营救援助。出租飞行等。研究人员甚至想把类似这种机翼的装置装到地效运输工具上。预计第一架超轻型机翼内风扇飞机将于今年试制成功。

高超声速飞机

现在世界上飞得最快的吸气式飞机是美国航空航天局的SR-71型高空侦察机,其飞行马赫数大于3。如果一架飞机的飞行马赫数大于5(相当于每小时5792公里),则被称为高超声速飞机。

目前,美国能源部的国家实验室正在研制一种高超声速飞机,其燃油效率比商业民航飞机的高1倍,而且能够在2小时内飞到世界任何地方。这种飞机的飞行马赫数达到10,飞行速度接近每小时10780公里。与起飞重量相同的亚音速飞机相比,它的有效载重量大1倍。

它之所以能达到这样高的速度,是由于它能飞到地球大气层的边缘进行太空飞行。它先使用吸气式发动机飞到大气层的最高极限处,关闭发动机,靠惯性滑翔飞行返回稠密的大气层,然后在发动机和增加的空气动力升力的联合作用下,再飞入太空。在大气层外层空间,再关闭发动机滑翔飞行,如此反复。这种飞行方式称作"跳跃飞行",即每隔几分钟就跳出大气层飞行。

听起来这种飞行方式好像会使飞机起伏波动,其实其上升和下滑的角度仅有5度。在跳跃飞行的最低点,乘客能感到15倍的地球引力,而在太空飞行时,则处于失重状态。由于飞行时间短,乘客应该可以忍受这点波动。例如,从美国旧金山飞到日本东京不到2小时,一般乘客能适应这种"跳跃飞行"。

近年来,许多机构都在研究高超声速飞机,设计方案也有多种。这些方案都遇一个难题,即飞机机体的加热问题。上面提到的"超级滑翔"飞机的"跳跃飞行"就能解决这个难题。由于"跳跃飞行"有三分之二的时间在严寒的太空飞行,飞机高速飞行所产生的热量可以消散掉。

在高超声速飞机的设计方案中,大多数都采用火箭发动机。而这种飞机独辟蹊径,采用吸气式发动机,在"跳跃飞行"的低空段充分发挥它效率高的优点。

高超声速飞机既可用于运送乘客,也可用于执行突袭轰炸任务。它的出现,将使洲际飞行的概念发生革命性变化。

美国能源部的国家实验室打算在今后几年中再投入1、4亿美元经费，改进相关技术，研制可供试飞的小型样机。估计样机将价值3、5亿美元。

美国航空航天局也在进行类似的研究，如试制吸气式高超声速飞机，只不过它试制的是无人驾驶的实验机X-43。其飞机机身前部是空气进气道，机身尾部是喷管。

超声速战斗机

英国新设计的超声速“台风）战斗机将替代皇家空军的”狂风“F3和”美洲虎战斗机。“台风”战斗机在对地攻击时，速度接近声速，空战时的速度可达到每小时2400公里，飞行高度可达到16000米

新型战机的机身构架采用60%的碳纤维与热塑树脂的层压材料,其碳纤维的百分比高于其他同类材料,因而重量更轻,提高了战机的性能。使用这种材料要特别注意构件的整体性,避免任何内部缺陷,以免影响飞机结构的机械强度。

每架战机有90多件各种形状的构件需要检查,到2002年每个月要检查5架战机,如此大的工作量需要专用的超声波无损探伤设备。设备的夹持定位装置可以控制构件的姿态,以便能准确地进行完全扫描,确保复测的重复性。

无人战斗机

如果2025年美国发生战争,美国空军的飞行员将不必驾驶战斗机冒着生命危险到前线与敌人战斗。他们将待在安全的指挥部中,遥控一定数量的战斗机参战。这不是科学幻想,而是美国空军和波音公司的预告。

波音公司在美国圣路易市的总部透露,他们正在研制X-45A型无人驾驶战斗机。这种飞机机体长82米,翼展103米,没有尾翼,自重3600公斤,可承载1300公斤载荷;平时可拆开装入较小的箱子,可储存10年;使用时,只需1小时即可装配完毕,投入战斗。

有人驾驶的战斗机在设计时有许多限制。由于有了飞行员,战斗机必须拥有驾驶舱。透明的舱罩。仪表盘和舱内环境控制系统。战斗机的机动飞行性能也受到飞行员生理因素的限制,例如飞机的飞行加速度就受到飞行员的过载耐受力的限制。如果没有飞行员,战斗机就可省去许多与飞行员有关的重量和成本,最大程度地发挥其设备的功能。据估计,在战斗机的有效寿命中,80%被用于训练飞行员。无人战斗机可以把这部分费用节省下来。

波音公司"鬼怪"式飞机制造厂正在试制X-45A型无人战斗机。整个项目的研制期为3年半,研制经费131亿美元,由美国空军和先进防务计划研究局分担。2001年春季在加利福尼亚州爱德华兹空军基地试飞。预计每架飞机成本约1000万美元,为联合攻击战斗机的1/3。

无人太阳能飞机

美国加利福尼亚州的航空环境公司在美国航空航天局的资助下研制出一种名为"太阳神"(Helios)的无人驾驶太阳能飞机。这种飞机能在18公里高的平流层连续飞行6个月。平流层在民航交通线路和天气现象之上。太阳能飞机在白天利用太阳能飞行,在夜间由燃料电池储能系统提供动力。

该公司希望这种无人驾驶太阳能飞机能提供一种低成本的选择,以替代传统的卫星通信和地面通信系统。2000年2月,该公司与台湾的无线通讯战略联盟签署了理解备忘录,在台湾联合开发利用太阳能飞机在平流层的通信业务。

在美国航空航天局的技术研究规划中,环境研究飞行器和传感器项目有若干家小型飞行器生产厂正在研制无人驾驶的遥控飞机,无人驾驶太阳能高空飞机只是其中的一种。

微型人造卫星

美国麻省理工学院的研究人员预言,正像巨人般的电子计算机已经发展为现在的联网个人计算机一样,笨重的人造地球卫星也将被一组微型同步卫星所取代。他们正在研究的项目是让一组微型同步卫星排成一定的星座,以代替昂贵的大卫星。

他们研制的微型卫星只有3个足球那么大。两颗微型卫星和一台计算机组成一个互相联系的通信系统,并且已经在美国航空航天局的KC-135加油机上进行了试验。在飞机上,卫星和研究人员都经历了短时间的失重状态。这次实验非常成功,卫星工作正常,所得到的实验数据有助于改进今后卫星飞行实验的方法。

目前微型卫星还处在实验阶段,最终卫星将投入太空运行。通常卫星置于航天飞机或国际空间站内,由宇航员测试组成星座飞行的各种参数。研究人员将测试卫星不同的控制系统。测量系统。导航系统和自主性能(即在没有人的干预情况下,系统自己作出决定)。

在地面和在KC-135加油机上,微型卫星都能控制飞行方向,辨认自己和其他卫星的位置。但这些实验还不能完全反映卫星在太空中的实际情况。在太空轨道上,卫星会有更多的自由度,只有在那里才能真正验证卫星的性能。

在能够精确控制微型卫星之后,可以用微型卫星组成高分辨率的望远镜。让许多微型卫星装上反射镜,在太空组成星座。这种望远镜的分辨率要远远高于著名的"哈勃"太空望远镜。

微型卫星还可用于预告天气。利用三颗微型卫星可以摄取空中动态景象的立体图像,测定其方位和范围,使科学家能研究小规模的短期大气现象,如积云柱。

由于积云柱的高度很高,雷达不能准确测出积云柱的数据。构成三角形的三颗微型卫星,可以精确地测定从对流层的中部延伸到平流层下部的积云柱的形状。

校对:欣然

责任编辑:宁辛■