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未来的航空

2023-04-05颜士州

新教育 2023年6期
关键词:机翼阻力飞机

文/颜士州

自从国产大飞机C919投入使用以来,我国的航空业发展已经进入一个全新的时代。尽管我国飞机的诞生有些晚,技术发展却非常快,现在,客机的速度已达到将近1000千米/小时,飞行高度已经穿过气流平稳的“平流层”内,航天飞机更是飞出大气层,到了太空。

飞行技术的进步,也为航空事业的发展提供了更好的基础。那么,明天的飞机将是怎样的呢?

无人机和隐形飞机

现代化战争中,危险的军事任务将越来越多地用无人机来执行,用先进技术来减少人员的伤亡。例如,在无人机上装摄像机,让地面的操纵手通过电视屏幕看到飞机上的各种仪表,也可以看到飞机周围的景象。操纵手通过无线电遥控操纵飞机,用这样的办法来执行某些攻击或侦察任务,甚至应对敌机的空战。当然,从空中向地面传送电视画面和从地面向空中传递的无线电信息有可能受到敌方的干扰。因此,电子技术的较量,在未来的无人机作战中显得尤为重要。

载人的军用飞机为了避免被敌方雷达发现,将采用一种“隐形技术”。当代军用机的飞行速度很快,并且使用远距离攻击武器。肉眼能否看得见已经关系不大。隐形,主要是要避免被雷达测到。“隐形飞机”对雷达波来说几乎是透明的,因此可以使自己不被敌方察觉而实施攻击。

为了提高在空战中的机动性,战斗机还会使用很多新办法来使飞机更加灵活,在空中飞出许多过去做不到的空中花样来。目的并不是为了在空中表演“花样滑冰”,而是在空战中更容易进入攻击位置,在遭遇敌机攻击时也可以更快地避开。

特大型飞机

民用飞机方面将来的发展将有两个方面。一是设计出更大、性能更高的飞机;另一个是设计出使用更方便的多样化小飞机,来满足社会生活对航空多方面的需要。

航空运输有许多优点,因此它的“业务”十分广泛。目前世界上一些特别繁忙的航空港,几乎每三四分钟就有一架飞机起飞或降落。因此,飞机设计师也在考虑是否可以设计出比当前最大的飞机还要大得多的“特大型”飞机,一次可以装载更多的旅客,这样可以减少飞机的架次,而运送的人和货物更多。目前,某些大宗的货物,如原料、矿石、原油等,大多通过车载船运。空运节约时间又省油,将来生产力更加发展了,交流更加频繁了,大宗货物也需要空运,这样也就必须设计出“特大型”货机来。

但是,目前飞机的式样,几乎做到最大尺寸了。如果,要设计出更大型的飞机,可能需要采用新的式样。飞机设计师的图板上已出现了多种新颖的设想。例如具有双身的飞机,以及没有机身的“飞翼”等等。没有机身的“飞翼”,货物就装在巨大的机翼内。当然还有许多别的式样,都是设计师预先准备的思考素材。到社会出现这种需求时,由人们去选用。

“手拉手”飞机

对于未来的飞机,将会努力减轻飞机的结构重量,这样就可以把节省下的重量用于载客或载货。减轻重量方面,主要通过采用新的材料。目前已经开发出一种铝锂合金,它比过去飞机使用的铝合金密度要小。此外,用碳素纤维加上树脂基体形成的复合材料,也可以使飞机部件达到同样的强度,而重量将减轻20%~30%。

有不少研究是针对减少气流流过机体表面产生的阻力的。这就相当于在橡皮上钻许多小孔,通过这些小孔吸气能减少阻力。还有在橡皮上贴上有许多微小沟槽的塑料片也可以减少阻力。还有人研究出将机翼表面的弧形设计成特殊的曲面,可以使气流保持大段的平滑而不发生紊乱,也使阻力明显下降。目前,等这些研究进一步成熟之后,则可能在未来的飞机上使用。

也许有读者注意到滑翔机都有非常狭长的机翼,这样它被牵引到空中去之后,由于阻力很小,虽然没有动力,但也可以在空中滑翔很长时间。而一般带动力的飞机,由于重量和速度都比滑翔机大得多,再做这样狭长的机翼在结构上很难保持足够的强度和刚度,也就是很难使太狭长的机翼不发软和不颤颤悠悠,所以机翼都设计得比较短而宽。为了达到减小阻力来省油的目的,设计师正在考虑如何克服结构上的困难,在未来的飞机上装上滑翔机似的狭长机翼。

未来的飞机还可以由很多架在空中排成一字形,一架飞机的左翼尖连着另一架飞机的右翼尖,紧紧挂接在一起,像一排手拉手的小孩一样。这样拼接成的机翼就十分狭长,飞行阻力就可以很小。由一群飞机组成的这样一字队形,在空中不断飞行,到达某一个航空港上空时,规定在这个航空港着陆的飞机就与其他飞机“脱钩”,从一字队形中分解出来单独着陆;而从这个航空港起飞的飞机,又挂接在这个“手拉手”的行列继续飞行,直到下一站。到了下一站又有要着陆的飞机分离出来,同时又有新来的飞机挂上去。整个机群不停地绕地球飞行,实际上组成这个行列的飞机不断更换,有进有出,各自到达自己的着陆站。

新型综合性航空器

现在,人类已克服地心吸力让飞机飞上了天空,也已经掌握了好几种不同的飞行方式。

比如,气球和飞艇是利用空气的浮力;普通飞机是利用机翼上产生空气动力;直升机则是使用旋翼产生升力;火箭则是利用动量守恒的原理。至于卫星及宇宙飞船、航天飞机在地球轨道上绕圈而不掉下来,则是利用高速圆周运动中产生的离心力。

将来人类可能还会创造出新的飞行方式。专家们利用现有的这几种方式的组合,也可能会形成一些新型的综合航空器。例如,综合空气浮力,如气球、汽艇的飞行方式和空气动力如定翼飞机及直升机的飞行方式,可能形成一种有巨大载重能力的特大型飞行器,同时具有飞机和直升机的特点。

又比如,目前的航天飞机是用火箭垂直发射的,着陆时用机翼的升力,综合了飞机、火箭和卫星的飞行方式。将来可能设计出水平起飞的航天飞机,使它可以利用许多已有的机场起飞。并且,综合普通飞机的速度快、省油的优点与直升机方便起落的优点,新型综合性航空器也可能实现。

未来的飞机还会提高自动化的程度,减轻驾驶员的工作负担,减少由于人的操纵失误而造成的事故;同时使飞机能克服更严重的气象条件,提高使用的效率。随着人类的科技的进步,航空业在以后的发展可能会让你有些难以想象。

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