论文部分内容阅读
折翼的“海鸥”
美国人伦纳德·伯尼早年曾在莱特飞行学校学习,后来到多家飞机公司任职,第一次世界大战时还做过美军的飞行教员。按说这样一位老资格的飞行员对飞机的发展趋势应该颇有了解,但伯尼却坚信只有尽可能地模仿鸟类才是王道。他经常观察海鸥的飞行特性,认为符合“自然法则”的飞行器要比莱特式的机型更有效率。这样的想法并不新鲜,早在莱特兄弟之前就有不少人仿照鸟类的运动研制扑翼机,但都以失败告终。伯尼当然不会再走这样的老路,而是要将机翼改造成鸟类翅膀的形状来提高飞行性能。
这位“爱鸟者”从1925年起把设想付诸实现,花了两年多时间打造出一架“伯尼之鸥”(Bonney Gull)。这是一只十足的金属鸟,圆润的机身采用铝制波纹蒙皮,机头安装一台功率为134千瓦的活塞发动机,并列双座的驾驶舱呈气泡形。机身下是常规的固定式起落架,尾轮还装有整流罩。而机翼是名副其实的翅膀(只是不能上下拍打),不仅外形相像,主翼的安装角、翼尖的后掠角和翼面弧度都可以通过操纵系统加以改变,用于调整飞行姿态,连副翼都省掉了。整片机翼还可向后翻转,便于存放或运输。机尾部也明显模仿了鸟类,带有向上翘起的方向舵和全动式水平尾翼。
这架“鸟模鸟样”的飞机完工后却是无人喝彩,尽管已经有人提醒伯尼这不科学,但他还是执意要亲自“与鸟同行”。1928年5月4日,“伯尼之鸥”在纽约长岛的寇蒂斯机场首度起飞。从滑跑到离地看起来还挺正常,但这只“笨鸟”(Gull也有“愚笨”之意)才爬到10多米高度时就开始左摇右晃,随后一头撞向地面。飞机摔散了架,座舱内的伯尼也被甩了出来,因伤势过重不治身亡。这一幕被现场的摄影机拍摄下来,人们很快就在电影院里看到了以“悲剧性的先锋飞行”为题的新闻短片。
鸟类的确是天生的飞行好手,但这是与它们独特的生理构造紧密相关的。人类研制的机器再精密,到目前为止也难以模仿到如此灵巧自如的程度。伯尼的梦想之作虽然具有一些超前的设计,如可变的机翼安装角和后掠翼,但实质上却是逆潮流而动,以致付出了生命的代价,如果是参加现在流行的“鸟人”大赛也许还能博得个满堂彩。
难“圆”的升空梦
法国的航空先驱亨利·法尔芒也不满足于常见的长方形机翼,他在1933年曾研制过一种被形象地称为“铲子”的F.1020试验机。其机翼前缘平直,后部弄成半圆形,借以增强飞行稳定性和机动性,试飞时才发现其实很难操纵。而德国人亚瑟·塞克走得更远,此君只是个业余航空迷,但1939年在莱比锡参加动力航模比赛时,一出手就让全场的大小伙伴们都惊呆了。
因为他制作的AS-1使用一整个圆盘作为机翼!这在外形上倒是独树一帜,可惜性能实在不咋地,还真得要用手投掷出去才飞得起来。不过当时在场观摩的德国空军装备总监恩斯特·乌德特将军对此倒很感兴趣,鼓励塞克继续研究下去。
有了空军高层的支持,再多怀疑的眼光也挡不住塞克的凌云壮志了。他先是制作了几种不同尺寸的圆翼模型进行技术验证,其中最大的AS-5翼展为1.25米,在飞行中能基本保持稳定状态。花了几年时间积累经验后,塞克着手设计有人驾驶的AS-6。为方便起见,其基本结构采用组合板材,座舱和起落架来自一架报废的梅塞施密特Bf 109B战斗机,配上从一架Bf 108上拆下的一台As 10C-3发动机,功率为180千瓦,驱动机头的一具双叶螺旋桨。
1944年1月,AS-6在莱比锡的中德意志汽车公司开建,并借用附近布兰迪斯空军基地进行最后组装和调试,一个月后就完工转入试飞阶段了。这架圆盘式的飞机在地面滑跑测试时就暴露出不少问题,尤其是气流无法流经机翼后部的控制面,使之不能正常发挥作用,而且机体强度不足,出现多处结构损伤,还把起落架给折断了。
由于二战时物资供应紧张,没有更好的发动机和零部件能额外拨给塞克这样的单干户,他只好因陋就简地改进AS-6,包括调整发动机安装角和加大机尾翼面等。但4月份的测试再次证明这种飞机无法进行有效的气动控制,只能在跑道上“三级跳”,翼展过短也让它很难保持平衡。当地有一支装备Me 163火箭动力战斗机的部队,他们对操作小翼展的机型很有经验,就赶来帮忙试飞这架被戏称为“啤酒托盘”的飞机,结果也以短促的蹦跳和撞坏起落架收场。后来梅塞施密特公司想与塞克合作,设计全新的AS-7圆盘形战斗机。然而时间不等人,到1945年4月美军逼近莱比锡时,始终没能真正升空的AS-6就被匆忙拆毁了。
这样的圆盘Style虽说可以用不大的尺寸获得较大的机翼面积,但展弦比偏小会明显增加诱导阻力,而且使得机翼上的控制面操纵效率低下,严重影响机动性,也不便安装武器。美国的V-173“飞行薄饼”采用相似的圆盘翼型,尽管能够飞起来,但在喷气时代来临时也因缺乏实用性而被淘汰。
单与双的纠结
在直升机技术成熟之前,旋翼机已经进入实用阶段。这种机型具有固定翼飞机的基本结构,但加上了一具无动力旋翼。当螺旋桨带动机身前进时,旋翼在气流作用下自主旋转产生升力,这样能有效减少起降距离,万一在空中熄火也可以更为安全地迫降,而缺点就是飞行性能不如固定翼飞机。美国发明家杰拉德·赫里克就觉得何不在飞行中把旋翼给固定起来,使旋翼机变成双翼机呢?
赫里克在朋友的帮助下通过风洞试验设计合适的旋翼兼机翼,1931年研制出一架可变式旋翼机HV-1。机身上架着一具对称的双叶旋翼,可由飞行员改变其状态,固定不动时与主机翼平行,需要时解除固定则恢复自由旋转。当年11月HV-1开始试飞,起初只单纯作为双翼机或旋翼机来用都还算正常,但在进行空中转换旋翼状态时却发生了失控,试飞员因降落伞打不开而坠地丧生。
经过分析,赫里克自认设计上并没有明显缺陷,于是又着手建造第二架改进过的HV-2A旋翼机。这同样是一架单翼机再加上一对可固定的机顶旋翼,从1936年10月起小心翼翼地进行试飞,而在飞行中转换旋翼状态的操作直到次年7月30日才首次完成。然而此时无论是双翼机还是旋翼机都已经沦为鸡肋了,无人问津之下这种“新发明”只能落得一场空。
冒出类似想法的还有弗拉基米尔·斯奇耶奇延科,他是苏联空军的一名试飞员,认为可以将双翼机起降距离短和单翼机速度快的优点结合起来。具体做法就是把双翼机的下翼改成活动式,飞行当中可向上收起与上翼贴合,变身为单翼机。斯奇耶奇延科找上飞机设计师瓦西里·尼基廷一起合作,在1939年制作了一架模型,居然获得高层人物的青睐,顺利地拿到资金展开实机的研制工作,型号定为IS(俄文“折叠式战斗机”的缩写)。
只花了一年时间,IS-1就完成了。看着是一架普通的单座双翼机,不过两翼之间没有连接支柱,较短的下翼可以通过特殊机械装置向上折起,内侧部分和起落架一起收入机身,外侧部分保持水平嵌入上翼的下表面,从而变成单翼机。试飞证明“双变单”的操作是可行的,只是IS-1的表现不敢恭维,性能既落后于当时的单翼机,也不比纯正的双翼机更好。到1941年斯奇耶奇延科又换用更强劲的发动机,改进了机翼结构,但换汤不换药的IS-2仍是乏善可陈。与赫里克的发明一样,这样的变翼设计增加了结构的复杂度,还影响到气动布局,结果弄巧成拙。当纳粹德国入侵时,苏联急需的是性能可靠便于生产的机型,两头不靠的IS只好进了冷宫。
美国人伦纳德·伯尼早年曾在莱特飞行学校学习,后来到多家飞机公司任职,第一次世界大战时还做过美军的飞行教员。按说这样一位老资格的飞行员对飞机的发展趋势应该颇有了解,但伯尼却坚信只有尽可能地模仿鸟类才是王道。他经常观察海鸥的飞行特性,认为符合“自然法则”的飞行器要比莱特式的机型更有效率。这样的想法并不新鲜,早在莱特兄弟之前就有不少人仿照鸟类的运动研制扑翼机,但都以失败告终。伯尼当然不会再走这样的老路,而是要将机翼改造成鸟类翅膀的形状来提高飞行性能。
这位“爱鸟者”从1925年起把设想付诸实现,花了两年多时间打造出一架“伯尼之鸥”(Bonney Gull)。这是一只十足的金属鸟,圆润的机身采用铝制波纹蒙皮,机头安装一台功率为134千瓦的活塞发动机,并列双座的驾驶舱呈气泡形。机身下是常规的固定式起落架,尾轮还装有整流罩。而机翼是名副其实的翅膀(只是不能上下拍打),不仅外形相像,主翼的安装角、翼尖的后掠角和翼面弧度都可以通过操纵系统加以改变,用于调整飞行姿态,连副翼都省掉了。整片机翼还可向后翻转,便于存放或运输。机尾部也明显模仿了鸟类,带有向上翘起的方向舵和全动式水平尾翼。
这架“鸟模鸟样”的飞机完工后却是无人喝彩,尽管已经有人提醒伯尼这不科学,但他还是执意要亲自“与鸟同行”。1928年5月4日,“伯尼之鸥”在纽约长岛的寇蒂斯机场首度起飞。从滑跑到离地看起来还挺正常,但这只“笨鸟”(Gull也有“愚笨”之意)才爬到10多米高度时就开始左摇右晃,随后一头撞向地面。飞机摔散了架,座舱内的伯尼也被甩了出来,因伤势过重不治身亡。这一幕被现场的摄影机拍摄下来,人们很快就在电影院里看到了以“悲剧性的先锋飞行”为题的新闻短片。
鸟类的确是天生的飞行好手,但这是与它们独特的生理构造紧密相关的。人类研制的机器再精密,到目前为止也难以模仿到如此灵巧自如的程度。伯尼的梦想之作虽然具有一些超前的设计,如可变的机翼安装角和后掠翼,但实质上却是逆潮流而动,以致付出了生命的代价,如果是参加现在流行的“鸟人”大赛也许还能博得个满堂彩。
![](http://img1.qikan.com/qkimages/hksj/hksj201310/hksj20131019-1-l.jpg)
难“圆”的升空梦
法国的航空先驱亨利·法尔芒也不满足于常见的长方形机翼,他在1933年曾研制过一种被形象地称为“铲子”的F.1020试验机。其机翼前缘平直,后部弄成半圆形,借以增强飞行稳定性和机动性,试飞时才发现其实很难操纵。而德国人亚瑟·塞克走得更远,此君只是个业余航空迷,但1939年在莱比锡参加动力航模比赛时,一出手就让全场的大小伙伴们都惊呆了。
因为他制作的AS-1使用一整个圆盘作为机翼!这在外形上倒是独树一帜,可惜性能实在不咋地,还真得要用手投掷出去才飞得起来。不过当时在场观摩的德国空军装备总监恩斯特·乌德特将军对此倒很感兴趣,鼓励塞克继续研究下去。
有了空军高层的支持,再多怀疑的眼光也挡不住塞克的凌云壮志了。他先是制作了几种不同尺寸的圆翼模型进行技术验证,其中最大的AS-5翼展为1.25米,在飞行中能基本保持稳定状态。花了几年时间积累经验后,塞克着手设计有人驾驶的AS-6。为方便起见,其基本结构采用组合板材,座舱和起落架来自一架报废的梅塞施密特Bf 109B战斗机,配上从一架Bf 108上拆下的一台As 10C-3发动机,功率为180千瓦,驱动机头的一具双叶螺旋桨。
1944年1月,AS-6在莱比锡的中德意志汽车公司开建,并借用附近布兰迪斯空军基地进行最后组装和调试,一个月后就完工转入试飞阶段了。这架圆盘式的飞机在地面滑跑测试时就暴露出不少问题,尤其是气流无法流经机翼后部的控制面,使之不能正常发挥作用,而且机体强度不足,出现多处结构损伤,还把起落架给折断了。
由于二战时物资供应紧张,没有更好的发动机和零部件能额外拨给塞克这样的单干户,他只好因陋就简地改进AS-6,包括调整发动机安装角和加大机尾翼面等。但4月份的测试再次证明这种飞机无法进行有效的气动控制,只能在跑道上“三级跳”,翼展过短也让它很难保持平衡。当地有一支装备Me 163火箭动力战斗机的部队,他们对操作小翼展的机型很有经验,就赶来帮忙试飞这架被戏称为“啤酒托盘”的飞机,结果也以短促的蹦跳和撞坏起落架收场。后来梅塞施密特公司想与塞克合作,设计全新的AS-7圆盘形战斗机。然而时间不等人,到1945年4月美军逼近莱比锡时,始终没能真正升空的AS-6就被匆忙拆毁了。
这样的圆盘Style虽说可以用不大的尺寸获得较大的机翼面积,但展弦比偏小会明显增加诱导阻力,而且使得机翼上的控制面操纵效率低下,严重影响机动性,也不便安装武器。美国的V-173“飞行薄饼”采用相似的圆盘翼型,尽管能够飞起来,但在喷气时代来临时也因缺乏实用性而被淘汰。
![](http://img1.qikan.com/qkimages/hksj/hksj201310/hksj20131019-2-l.jpg)
单与双的纠结
在直升机技术成熟之前,旋翼机已经进入实用阶段。这种机型具有固定翼飞机的基本结构,但加上了一具无动力旋翼。当螺旋桨带动机身前进时,旋翼在气流作用下自主旋转产生升力,这样能有效减少起降距离,万一在空中熄火也可以更为安全地迫降,而缺点就是飞行性能不如固定翼飞机。美国发明家杰拉德·赫里克就觉得何不在飞行中把旋翼给固定起来,使旋翼机变成双翼机呢?
赫里克在朋友的帮助下通过风洞试验设计合适的旋翼兼机翼,1931年研制出一架可变式旋翼机HV-1。机身上架着一具对称的双叶旋翼,可由飞行员改变其状态,固定不动时与主机翼平行,需要时解除固定则恢复自由旋转。当年11月HV-1开始试飞,起初只单纯作为双翼机或旋翼机来用都还算正常,但在进行空中转换旋翼状态时却发生了失控,试飞员因降落伞打不开而坠地丧生。
经过分析,赫里克自认设计上并没有明显缺陷,于是又着手建造第二架改进过的HV-2A旋翼机。这同样是一架单翼机再加上一对可固定的机顶旋翼,从1936年10月起小心翼翼地进行试飞,而在飞行中转换旋翼状态的操作直到次年7月30日才首次完成。然而此时无论是双翼机还是旋翼机都已经沦为鸡肋了,无人问津之下这种“新发明”只能落得一场空。
冒出类似想法的还有弗拉基米尔·斯奇耶奇延科,他是苏联空军的一名试飞员,认为可以将双翼机起降距离短和单翼机速度快的优点结合起来。具体做法就是把双翼机的下翼改成活动式,飞行当中可向上收起与上翼贴合,变身为单翼机。斯奇耶奇延科找上飞机设计师瓦西里·尼基廷一起合作,在1939年制作了一架模型,居然获得高层人物的青睐,顺利地拿到资金展开实机的研制工作,型号定为IS(俄文“折叠式战斗机”的缩写)。
只花了一年时间,IS-1就完成了。看着是一架普通的单座双翼机,不过两翼之间没有连接支柱,较短的下翼可以通过特殊机械装置向上折起,内侧部分和起落架一起收入机身,外侧部分保持水平嵌入上翼的下表面,从而变成单翼机。试飞证明“双变单”的操作是可行的,只是IS-1的表现不敢恭维,性能既落后于当时的单翼机,也不比纯正的双翼机更好。到1941年斯奇耶奇延科又换用更强劲的发动机,改进了机翼结构,但换汤不换药的IS-2仍是乏善可陈。与赫里克的发明一样,这样的变翼设计增加了结构的复杂度,还影响到气动布局,结果弄巧成拙。当纳粹德国入侵时,苏联急需的是性能可靠便于生产的机型,两头不靠的IS只好进了冷宫。
![](http://img1.qikan.com/qkimages/hksj/hksj201310/hksj20131019-3-l.jpg)