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本帖最后由 晨枫 于 2025-5-3 18:44 编辑
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地效飞机是一种很特别的飞行器构型。从外观上看,这很像飞机,但又经常贴地(实际上更多的是贴着海面)飞行,典型飞行高度只有几米,不超过十几米。
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: Z4 v$ s$ A( p% ] U% M+ N典型地效飞机
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地效全称地面效应。机翼或者升力体很接近地面的时候,向下的压力在地面反弹,反作用于机翼或者升力体,形成额外升力。民航客机在着陆时,最后几米高度常常会感觉被地面“顶”了一下,这是地效起作用了。$ J' h. u i& c( u- Y
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0 S. C& A8 m/ T1 r4 L& j, ~0 c从较高高度到地效高度,翼尖涡流从完全发育到被压扁到受到阻挡
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升力由机翼下表面的高压产生,在翼尖处,下表面的高压会侧向绕流到上表面,形成翼尖涡流,这带来升力损失和额外阻力。在离地特别近的高度上,翼尖涡流部分被地面阻挡,降低升力损失,等效为产生额外的升力。有意利用地效的话,可以较小的动力代价获得较大的升力。这就是地效飞机的基本思路。; x# N7 L8 _; N4 ~
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地效飞机不是不可以爬高飞行,只是气动效率特别差,不到万不得已,一般不这么做。
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地效在地面和水面都有,但水面天然平坦,地效飞机因此多用于海上。但海面上还是会有礁石、船舶和其他障碍物,低空气流扰动也增加了地效飞机保持水平飞行的挑战,所以需要特别强大的俯仰控制能力。急转弯避让在很多时候不可行。急转弯是通过大侧角横滚中拉升做到的,在极低空,这可能导致一侧翼尖触水,造成危险。一般需要直接拉起避让。
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0 N% R) E& p- ]0 o, H横滚转弯需要非常小心,翼尖触水可能造成失事
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! r4 l2 t' S( \4 H. t4 r I地效飞机也有机体、机翼、尾翼,但与典型飞机相比,翼展短得多,机翼肥厚得多,平尾翼展则要大得多。由于空气阻力大大低于水阻力,地效飞机的速度比任何船都要快得多,但一般不及飞机。由于升力得到地效的极大助力,用于产生升力的动力消耗比飞机低得多,航程远远超过同级飞机。地效飞机的这个独特的跨界特点赢得很大重视,但也由于独特挑战,直到最近才获得较大发展。+ U/ k! |5 z W* z* X+ Q1 s
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最有名的地效飞机肯定是“里海怪物”$ y& M9 J) r# b
% T4 J2 ]" ]" I( C9 _, e“里海怪物”是苏联在70年代研制的大型地效飞机,还在冷战结束前夜短暂使用过一段。由于主要在海上使用,地效飞机(包括“里海怪物”)是分类到船舶的,而不是飞机,所以严格来说,应该说“地效船”。4 A" l5 R2 j- c# A( O s! Z
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现在,REGENT (Regional Electric Ground Effect Naval Transport)的Viceroy Seaglider代表了新一代地效飞机。9 R. |; c4 p# p/ I, r( j0 y
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在很多方面,这与“里海怪物”是截然不同的。这是电动的,所以可以用12台电动螺旋桨实现分布式推进,不仅提高可靠性,还将得到螺旋桨增压的气流沿翼展均匀分布,大大提高机翼产生升力的效率。电动机也不怕海水,螺旋桨位置较低也不怕,但气动上比传统水机的高置螺旋桨有效得多。! m1 E, B; s H' ]3 w
- E0 I0 \0 e. p3 U0 @下垂的翼尖自然成为附子的支撑,不仅便于在水面起飞、着落时提供横向稳定性,也强化飞行中的地效。有意思的是,尾翼采用独特的盒形翼,上下翼面相当于双翼,可以等效为增加的平尾翼展;左中右三个垂直翼面则相当于三垂尾,不仅结构上有增强作用,也提供更加强大的方向稳定性。稍大的阻力对于低速飞行来说问题不大,重量代价也可以接受。5 K( n6 `7 {2 @# e7 \
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最有意思的是船体部分。水上飞机大多采用深V形船体,改善风浪中的横摇稳定性,还带有阶梯式船底,形成滑行艇的高速减阻效果。Seaglider依然用深V船体,但船底有前后一对水翼,水面速度达到一定后,水翼产生足够升力,船体脱离水面。
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) h6 G _7 Q! e% c水翼船作为高速船型已经使用已久,优点和缺点都已经熟知。用于地效飞机的“起落架”,还有额外的好处。起飞、着陆需要迎风,但在中低风力的时候,风和浪不一定来自同一方向,侧浪造成的摇摆对起飞、着陆作业是不必要的困扰。大风时,风和浪的方向大体一致,但一波一波的大浪打来,造成严重的起伏,也是一个问题。采用水翼后,船体脱离水面,水翼深埋水下,浪的因素大减,只需要考虑风的因素就可以了,大大简化操作。水翼状态在12节就可以实现,45节以上就可以起飞了。
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, |: z/ L8 ~- j1 u典型水翼有V形和平直两种。V形在侧倾的时候有自稳作用,但受水面波浪影响较大;平直的“潜航”深度较大,基本不受水面波浪影响,水翼的面积、重量和阻力也较小,但缺乏自稳能力,需要自动调节保持稳定。
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, Z, r, I' h# tSeaglider采用可收放的平直水翼还解决了着陆冲击问题。水翼触水时,冲击力大大低于船体直接触水,有利于降低船体强度要求和减轻重量。
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Seaglider机组2人,可载客12人,或者1600公斤货物,航程290公里(下一代电池可延长到650公里,改用混动可增程到1600公里以上),速度160节(300公里/小时),噪声比螺旋桨飞机或者直升机降低至少30分布,也就是说,差不多是重型卡车的水平,目标单价在500-700万美元。这当然不便宜,但比照载客13人加机组2人的贝尔412直升机,速度260公里/小时,航程980公里,载重3000公斤。贝尔412在航程和载重方面还是有优势,但单价高达1600-2000万美元,这还是基于越战时代UH-1的基本技术,成熟度和规模经济效应已经发挥到极致了,但还是有显著的成本差别,运作费用差别就更大了。$ g/ g, c4 E0 e8 o4 Z- u
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Seaglider已经引起轮渡公司和美国海军陆战队的注意。英吉利海峡轮渡有意用这个进行跨海峡航运,美国海军陆战队则有意以此为跳岛作战的运输平台,装上某种武器也是很可以想象的。由于飞行时不接触水面,尾流很微弱,不易发现,生态和浪涌冲刷影响也小。7 q" I6 f {+ a4 e) F$ F/ a- r
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Seaglider是小型地效飞机,DARPA还在研究大型的,如Aurora Flight Science的Liberty Lifter。
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这比Seaglider大得多,也采用更加常规的船体起飞和降落,但载重量相当于C-130J,可运载装甲车甚至轻型坦克。. K5 C+ ^! s; y. s# ^( h" U' v+ ]
; Y9 `3 D( t& @* n% `" Y中国的地效飞机研究也不落后,这对中国的海岛运输有用,内陆河湖运输也可以很有用。军民两用更是中国的强项,军用开路,民用开花,在互动中极大降低成本和迭代技术。 E# }: Z& v& x, p% e( `5 F+ {$ ~
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要是中国Seaglider能把价格干到500-700万人民币,可能很快就有很大的市场。这并非不可能的价格。要是美国能干到500-700万美元,中美实际劳动生产力为基础的兑换率大概也就4:1,还有与电动汽车的共享加成。也就几辆比亚迪仰望U8的价格。军用更有巨大潜力,一发300远火弹就100万了。 |
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