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[组图]最好飞行原理说明书之二
最好飞行原理说明书之二
『 作者:航模网 | 文章来源:中国航模网 | 点击数: | 更新时间:2007-7-22 』
        ★★★
 

 

  比用引射产生升力更科幻的是所谓 Coanda 效应。Henri Coanda 是一个罗马尼亚物理学家,他在著名工程师 Gustav Effel(就是设计埃菲尔铁塔和纽约自由女神结构的那个 Effel)的支持下,开始研究流体力学,发现了所谓“边界层吸附效应”(boundary layer attachment,也称射流效应),通常也称 Coanda 效应(所以也有直译为康达效应的)。Coanda 效应指出,如果平顺地流动的流体经过具有一定弯度的凸表面的时候,有向凸表面吸附的趋向。
  开自来水的时候,如果手指碰到水柱,水会沿着手臂的下侧往下淌,而不是按重力方向从龙头直接往下流。 Coanda 效应,注意水柱足够接近调羹表面后,会“抵抗”重力的作用而吸附到调羹表面,沿表面运动   利用 Coanda 效应,可以有意识地诱导空气气流,在机翼上表面产生比飞机和空气相对速度更大的气流速度,提高升力。70 年代时,美国空军已经意识到 C-130 在速度、航程和载重上的局限,希望用喷气式中型战术运输机取代,这就是“先进中型短距起落运输机”(Advanced Medium STOL Transport)计划的由来。
  经过 60 年代的无功而返,美国空军已经不再强调垂直起落,所以 AMST 只要求短距起落。波音和麦道的 AMST 方案分别入选,参加对比试飞。波音的方案 YC-14 利用 Coanda 效应,发动机置于机翼前缘上方,喷流直接吹拂由于襟翼放下而弯度大增的机翼上表面,不光直接产生 Coanda 效应,还诱导周边的气流,一同产生增升效果。YC-14 的试飞是成功的,但这时国防部采购政策正在助理国防部长 David Packard 手里大刀阔斧地改革,AMST 计划最终被取消了。波音 YC-14 的“上表面吹气增升”(Upper Surface Blowing,简称 USB,不是计算机上的那个 USB 啊)最终墙里开花墙外香,被安东诺夫用到安-72 上,后者成为第一架采用 USB 的量产型飞机。
  波音 YC-14 用所谓“上表面吹气增升”,用喷气气流加速上翼面的气流流速(实际上就是 Coanda 效应),实现短距起落 / YC-14 在德国海德堡空军基地演示的时候,发动机强大的吸力,把地上的水吸溜进发动机去了 安-72 是第一架利用 Coanda 效应的量产型飞机 / 安-72 的起落距离很短,但炽热的发动机喷流对机翼上表面的烧蚀严重,平飞中喷流依然流经机翼上表面,损失推进效率,油耗高   不过 Coanda 效应不是只能用于短距起落飞机的。用好了,Coanda 效应可以实现垂直起落,这其中的佼佼者就是加拿大 Avro 的 Avrocar。关于飞碟的传说很多,最后大多被证明只是人们的想象,但 Avrocar 确实很像飞碟,这大概是最接近传奇式的飞碟的飞行器了。
  Avrocar 就像一个上面圆浑的大碟子,中间是进气的圆孔,周边是一圈小喷嘴。发动机产生高压排气,通过周边的喷嘴喷出,拉动上方气流,沿上表面高速从中心向周边流动,在飞行器静止的时候就可以形成升力,达到垂直起飞。垂直起飞后,重新调整周边喷嘴的气流分布,就可以实现喷气推进,一旦达到一定速度,飞碟本身的形状就可以产生气动升力,这时转入正常飞行。Avrocar 是美国陆军 VZ 系列垂直起落研究机中的一个,在试飞中演示了垂直起落能力,但无法飞出地效高度,一进入无地效飞行,飞行控制就显得力不从心,飞行稳定性没法解决,最后下马了,留下一段飞碟的佳话。
  加拿大 Avro 公司(就是曾经研制下马了的 CF-105 Avro Arrow 的那个公司)研制过涵道风扇达成 Coanda 效应产生升力的 Avrocar Avrocar 是历史上最接近传奇式的飞碟的飞行器了,采用中央的涵道风扇进气,喷气从碟的周边喷出,拉动上表面气流,在上表面形成 Coanda 效应,产生升力,达到垂直起飞。在加速实现气动升力后,爬升并转入正常飞行 Avrocar 离地飘行。尽管“飞碟”在理论上可以飞起来,实际上,Avrocar 从来没有真正飞起来过,离开地效后,飞行稳定性问题没法解决 但是 Avrocar 引发了很多关于飞碟和外星人的联想 。实际上,出资 Avrocar 的美国军方对飞碟的应用是很实际的.
飞碟之类的太过离奇,更实际的还是在普通布局的固定翼飞机上做文章。倾转发动机、倾转机翼、倾转机身都太兴师动众,不是只要把推力矢量转一个向就成了吗?这就是推力偏转(deflected slipstream,也称升力襟翼,因为特大的襟翼是垂直起落升力的主要来源)的概念。实现起来,把特大号的襟翼放下来,螺旋桨或喷气发动机对着猛吹,襟翼就把推力矢量向下偏转。由于发动机直接向襟翼吹气,也有把这叫做喷气襟翼,但在英文里和吹气襟翼是一个词,都是 blown flap,不过这和通常所说的吹气襟翼不是一回事。仔细分别的话,前者是翼下吹气襟翼(under-the-wing blown flap),后者是翼上吹气襟翼(over-the-wing blown flap)。要注意的是,推力偏转不是向量推力(vectored thrust),发动机喷口并不转动,推力偏转是通过襟翼完成的。Ryan 92 VZ-3 是这方面的先驱。螺旋桨时代,推力矢量比较“散”,这也是利用 Coanda 效应的上表面吹气增升很难在螺旋桨飞机上实现的道理,所以 Ryan 要用异常巨大的襟翼和翼尖包围的垂板,来实现升力襟翼。Fairchild VZ-5 比 Ryan 更进一步,使机头往上抬起 30 度,利用地效进一步增加升力襟翼的增升作用,这已经接近 Freewing 的概念了。法国布雷盖(后并入达索)的 941 型短距起落客机是第一个在量产飞机上使用升力襟翼技术的,美国的美国航空公司(American Airlines)等研究过将布雷盖 941 用于美国国内城际通勤航线,由于种种原因,最后没有实现。第一个将升力襟翼用于喷气飞机的是麦克唐纳 YC-15,这是和波音 YC-14 竞争 AMST 计划的麦克唐纳方案。由于喷气发动机的喷流均匀一致,从襟翼向下偏转的喷流还对机翼上表面的气流起到一定的 Coanda 效应,进一步增加升力。AMST 下马后,波音没有对“上表面吹气增升”进一步研究,但麦克唐纳把升力襟翼用于 C-17,使升力襟翼终成正果。不过不管是 YC-15 还是 C-17,重点都不再是垂直起落,而是短距起落。

Ryan 92 VZ-3 是采用升力襟翼的先驱

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