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巨鯤化鵬——龐大的地效飛行器(上)比船飛得快,比飛機裝得多

2020-02-21  q1338   |  轉藏
   

據美國《國家利益》網站報道,俄羅斯正研制“奧蘭”級地效飛行器,將在2027年之前研制這款地效飛行器并裝備導彈。

地效飛行器,又稱為翼地效應機或地效翼艇。簡單說,它有點像一種特殊的飛機,在貼近地面或水面飛行時,利用地面效應(或稱翼地效應)獲得較大的升力。

普通的飛機或者鳥類在空中飛行時,利用傾斜的機翼或鳥翼,對空氣施加朝向斜下方的壓力,從而獲得空氣朝上方的反作用力,即升力。一般來說速度越快,升力越大。但是,當飛機或鳥類貼近地面或者水面飛行時,由于機翼下方的空氣同時受到機翼和下方地面的雙向壓迫,其反向作用力會大大高于在高空平飛時。飛機或鳥類因此獲得了更大的升力,同時阻力則減小。這種物理現象被科學家稱為地面效應(或翼地效應)。

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自然界的很多鳥類,尤其是體型較大的天鵝、大雁等都會使用這種效應,貼近地面或水面飛行,以節省力氣。而科學家們也據此開辟了“地效飛行技術”。這種技術應用的典型例子就是地效飛行器。

地效飛行器的飛行基本模式和普通飛機很相似,但是其主要貼近地面、水面飛行,故而很容易產生地面效應,獲得額外的升力。憑借這股比普通飛機大得多的升力,地效飛行器能夠運載更多的負載。

由于地面效應只能在很低的高度產生,所以地效飛行器不能離地太高。通常認為只有當距地面高度不高于飛行器翼展一半時,才會產生明顯的地面效應,因此一架翼展30米的飛行器應在15米高度以下飛行,即使翼展達百米的大型飛行器,也要求在離地高50米以下飛行。換言之,地效飛行器的高度比普通飛機要低得多。又由于陸地上地形難免起伏或碰上障礙,要實現低空飛行很容易碰撞,故而地效飛行器通常選擇水面尤其是海面飛行。

但地效飛行器與普通的船只差別也很大,船只是漂浮在水面上航行,而地效飛行器則是在水面以上航行。相對來說,地效飛行器和氣墊船倒頗有幾分相似,兩者都是與地面或水面隔著一層高壓氣體。不同之處在于,氣墊船是靠自身的發動機噴出高速氣體從而產生高壓氣墊,而地效飛行器則是自身的高速運動,根據地面效應產生高壓氣墊。因此也有人將地效飛行器稱為“介于飛機、艦船與氣墊船之間”的運輸工具。

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作為一款運載兵力、物資或者裝在作戰武器的平臺,地效飛行器具有諸多優勢。最直觀的就是,它比艦船飛得快,比飛機運得多。

普通艦船航行在水面上,遭受水的阻力和波浪阻力,發動機大部分功率都用于和水的阻力做斗爭,所以大中型運輸船只一般時速只能到五六十公里,水翼船、氣墊船等特種高速船只也不過達到百公里左右。而地效飛行器一般在排水行駛時即可以達到與氣墊船、水翼船相當的時速,當在距離水面幾米高度進行正常地效巡航時,速度可達到每小時四五百公里以上,是普通船只的十倍,是氣墊船、水翼船的五倍左右。此外,普通船只和水翼船只能在水上行駛,氣墊船雖然可以搶灘登陸,但也只能在相對平坦的地面行駛和越過不算太高的障礙。而地效飛行器可以長期在離地面5-10米進行地效飛行,必要時甚至能上升到幾百米乃至幾千米高空,其越過障礙的能力是船只完全無法相比的。困擾普通船只的淺灘、暗礁、魚雷、水雷和攔阻網和海洋波浪等,也很難對地效飛行器造成影響。它的停泊也無須專門碼頭。這就造成了其機動力和適用性遠遠超過船只。

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而和飛機相比,地效飛行器的主要優勢在于運載效率高。普通飛機完全依靠空氣產生升力,需要消耗大量的功率來提速。而地效飛行器利用地面效應獲得額外升力,因此比普通飛機省油,運載量大,而且它的起飛著陸要求很低,無須專門的起降場地。此外,由于可以長時間在10米以內高度飛行,基本都位于雷達盲區,地效飛行器的隱身性能相當好。無論是運載兵力突襲,還是以導彈進攻,都能達到出其不意的效果。地效飛行器的體積也比一般飛機大得多,在未來作為標準化平臺,加載各種功能模塊比普通飛機更加方便。

巨鯤化鵬——龐大的地效飛行器(上)比船飛得快,比飛機裝得多

既然地效飛行器有這么多優勢,為何如今尚未能得到全面推廣呢?這又和其先天存在的短板有關。

首先,介于飛機和艦船之間的地效飛行器,既然兼具了二者之所長,必然也會部分吸收二者之所短。它比飛機運載多,比艦船速度快,那么反過來其運載量不如艦船,而機動力又不如飛機。對于飛機和艦船的使用,目前世界上已有一整套成熟的機制,地效飛行器只能設法融入其中。

其次,地效飛行器最大的限制是高度。雖然理論上可以飛到幾千米高空,而且在翼展一半以內都能有地面效應,但只有在其翼展的十分之一左右尺度才能有較為明顯的最佳效應。這意味著地效飛行器最好將高度始終控制在3-10米以下。超過這個高度,就變成了飛機,耗油量驚人。陸地上大多數地區是不能滿足要求的。

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而在海洋上,地效飛行器全天候作戰能力也比較差。雖然波浪影響不大,但如果遇上惡劣天氣的狂風大浪,地效飛行器便可能失控。蘇聯時代的“里海怪物”在實驗中就曾被巨浪拍毀。再說現代海面民用船只太多了,地效飛行器以數百公里的時速在大洋上空幾米高度飛掠而過,一旦發生航線沖突簡直就是災難性的后果。

這里面還有尺寸和效率的矛盾。從數學上,地效飛行器的尺寸越大,則其獲得地面效應的高度范圍越大,穩定性也越好。但是太大的尺寸又會導致目標明顯,容易成為攻擊的對象。同時,地效飛行器重量比飛機大,降落時產生的沖擊也會比飛機大得多,這會影響其材料的壽命。

因此,盡管地效飛行器從理論上說使用前景廣闊,但如果不能解決上面這些瓶頸,其發展尚面臨坎坷的前途。

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