跨越升限的障碍

刘大伟

（河南 许昌 461141）

第五代战机以“能力隐形、超音速巡航、超机动性、短距起飞”的姿态出现在世人面前，在世界上少有为数不多的国家能够研发这种4S战机时，有些军事强国国家开始坐不住了，为了争夺将来的制空权开始准备研发4S能力之后的下一代战机。如今将战机开发到 “能力隐形、超音速巡航、超机动性、短距起飞”的4S，已经是相当完美的设计和技术结晶。但是现在的飞机包括战机和民航客机都有一个共同的缺点，就是不能够超越自身在大气层某一高度升限的限制，一旦越过自身升限高度，飞机就失去控制开始颠簸。下一代战机的设计和技术结晶的特色应该是解决以前飞机在设计上遗留下的问题：不仅具有融合第五代战机设计的4S功能，可以不受升限限制的在大气层飞行，如果像火箭那样既带燃料又带有氧气，则可以自由出入太空，能够跨越升限障碍遇到的颠簸问题。

在美国佬开发出航天飞机后，就沾沾自喜的认为是个跨时代的进步，航天飞机解决了宇宙飞船不能重复利用的问题，但在实际应用中发现，两者相比没有太大的区别，都是用火箭送到太空的，每做一次飞行之旅都要相同的准备，并不是自己升空的。在航天飞机返回大气层时必须控制好进入的角度，角度的大小对进入大气层时与空气的接触对航天飞机有太大的影响，恰好的角度可以最低限度的减少对空气的摩擦力产生的两种结果，一是不至于使机身过于热，二也不至于使航天飞机在高空中颠簸得过于厉害。还有新开发的X-37B可以多次使用的太空飞行器，与航天飞机相比也没有新奇之处，也是靠火箭的力量进入太空的飞行器，并不是自己直接进入太空的，至于在返回大气层期间是否遇见颠簸的老问题，现在还不可知，因为还没做载人飞行试验。像这些依靠火箭做动力进入太空的飞行器，也可称为载入式太空飞行器。

现在的4S战机，虽然达到了人们的期望，可以“能力隐形、超音速巡航、超机动性、短距起飞”，却没有解决飞机与生俱来的老问题，在大气层中的升限问题，就是当飞机在空气中升到一定的高度时，机身开始颠簸，保持不了平衡，跨越不了升限的障碍。

4S之后的飞机在设计上，不仅有以“能力隐形、超音速巡航、超机动性、短距起飞”的功效，而且能够跨越升限的障碍。有趣的是，现在的飞机在跨越升限时，机身开始颠簸，像在空中做压跷跷板保持不了平衡，但却不会出现左右的摆动，表明在目前在飞机的机身设计上做的还不够完美。

克服飞机在跨越升限时的颠簸却不会出现左右的摆动这个问题，需要从飞机设计的几何外形分析，飞机的几何图形在图形上仅有一个纵切面，一个纵切面把飞机分为两个外形完全像同的两部分，无论高度如何的改变，两部分的受力是完全相同的。因此要设计出能够跨越升限障碍飞机，在几何的外形设计上，不仅有一个纵切面，还要有一个横切面和一个水平切面，一个横切面是把飞机有头和尾的几何对称，一个水平切面是把整个飞机有一个上半体和下半体的几何对称，具有三个几何对称面的飞机，在任何的高度都不会出现受力的不平衡。

现在的战机在几何设计上，头部具有一个纵切面和一个水平切面，头之后的不分在几何上就像是有一个纵切面、却没有一个水平切面，在设计上属于几何的失衡。

现在的战机在设计上，并非是在几何对称上的平衡。在越过大气层某一高度时，出现的不平衡表现的是重量失衡。如在地平面质量上完全相等的实心钢球何铜球，由于两者的密度不相同，两个球的体积也不相同，在离开地平面达到某一高度时，两个球的质量开始出现差别。同样道理鸟体形的战机，在达到大气层的某一高度上限后，出现质量的失衡，而原有的体积并没有改变。在飞行的过程中受气流差异的作用，产生上下的颠簸，在飞机飞过某一高度时，受到大气压的作用减少，飞机的质量在几何上因体积没有变，而受到大气压减少，随之体积部分相对大的增加的重量相对大些，体积相对小的部分增加重量相对小些，而飞机原有接触空气的面积并没有改变。在这相对重力改变的条件下，飞机在空气中受到的力度，也会发生相应的改变，以飞机的机翼为机身的重量分界，在越过升限后机身会因此发生头和尾因质量的改变失去原有的平衡产生倾斜，机身产生倾斜后尾翼与空气产生的上浮摩擦力减少重新改变了尾部的重力，由于缺乏一个横切面和一个水平切面的几何对称，而机头受到的空气托力与尾部刚好相反，在机身前后上下维持受力平衡的摆动后，原来相对于机身平稳的气流，此时像起伏的波浪。而机身没有受到左右的摇晃，是因为飞机有纵切面几何对称，不会因受到高度的改变而发生重量的改变不相同，左右的几何对称没有因高度的改变而产生的因重量改变不相同，产生受力的不平衡。两翼成了飞机在空中压跷跷板的支点。

在飞机的几何外形设计上解决了超出升限遇到的机身颠簸问题，飞机就能够跨越升限的障碍。