08.13 從紙飛機到“裡海怪物”,中國卻用地效無人機作為航母殺手

說起地效飛行器,大家會感到很陌生,但如果提到紙飛機,恐怕每個人小時候都會玩過,有的可能還是個高手呢。今天的地效飛行器,就從紙飛機說起。

要使紙飛機飛得快,就要做成又尖又長的外形;要使紙飛機飛得久,就要做成機翼寬大的形狀。這種機翼寬大的紙飛機在下落過程中接近地面的時候,會突然由俯衝變成貼地滑翔,而且往往能滑翔很長的距離。

從紙飛機到“裡海怪物”,中國卻用地效無人機作為航母殺手

空氣不是虛無的,而是有質量、有體積的,也能產生和傳遞力的作用。紙飛機快速向下俯衝,在接近地面的瞬間,機翼壓縮下方的空氣,對空氣施加向下的壓力,這個壓力繼續向下傳遞到地面;根據力的相互作用原理,地面同時對這部分空氣施加向上的力,空氣再把這個力向上傳遞給紙飛機,這個力起到了支撐飛機的作用,飛機不再繼續下墜,能繼續向前滑行。

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在飛機滑翔的過程中,前端的空氣被分流成上下兩股,其中下方的空氣被迫流入機身和地面之間的狹窄空間,機翼和機腹不斷對這部分空氣施加向下的壓力,地面通過空氣也不斷地對飛機施加向上的支持力。飛機就這樣獲得了比普通固定翼飛機更大的升力,加上發動機提供的水平推力,飛機能長時間貼著地面或水面高速飛行,這就是所謂的“地面效應”。

我們可以把地面附近的空氣當成彈簧:飛機壓縮地面上的彈簧,彈簧會向上支撐住飛機。當然,前提是飛機得貼近地面時才能壓縮到地面的彈簧,如果遠離地面,彈簧對飛機將不起作用。這就是地效飛行器為什麼要接近地面或水面才能“起效”的原因了。

有人說,那和水翼船、水上飛機、氣墊船有什麼區別?水翼船它還是船,不能離開水面飛行。它利用伯努利原理,使水上航行的船體儘量升高,水下部分儘量減少,以減小航行水阻。

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水翼船

水上飛機,只是起飛和降落在水上完成,飛行階段並不是貼著水面,而是和其他飛機一樣在高空飛行,體積減小、運載能力有限。

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水上飛機

氣墊船是持續向船體下方噴氣,使船身和水面間形成氣墊,從而減小水阻,但向下噴出的氣體不能形成動力,航行速度不高。

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氣墊船

而地效飛行器始終向後下方或正後方噴氣,噴出的空氣不僅能提供上升的動力,升起後還會提供飛行的動力,故速度很快,可達100~320節航速,是氣墊船的3倍以上,是普通艦艇的10倍以上。俄羅斯軍方的“奧蘭”地效飛機巡航時速為450-550公里,這個速度要比我國高鐵的速度還要快上一截。

為了與地面或水面產生更大的升力,地效飛行器需要做得又寬又大,這使它的樣子非常古怪。地效飛行器的研究水平最高的是前蘇聯,在二戰前,他們的科學家已經開始研究地效飛行器。60年代開始獲得實質性進展,蘇聯科學家研製出的世界上最大的地效飛行器,由於太過龐大,不得不將建造場和試驗場移到裡海,人稱“裡海怪物”。

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裡海怪物

這個“怪物”最顯眼的就是那8臺發動機,這是提供飛行器上升和前進的核心部件。當飛行器在水面準備起飛的時候,發動機斜向後下方,對著機翼下方噴氣:

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地效飛行器起飛時

發動機噴出氣體在水面和機翼之間的狹小空間形成高壓區域,高壓空氣藉助水面向上托起飛機,在尾部發動機提供的推力作用下,飛行器得以在水面起飛。

起飛後,機翼和機身能借助“地面效應”獲得了向上的升力,此時發動機改成水平向後噴氣,讓氣流從機翼上表面經過,使機翼上下表面空氣流速差異增大,機翼上下的壓強差增大,使飛行器的升力進一步加強。

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地效飛行器起飛後

也就是說,起飛後的飛機不僅能利用地面效應獲得升力,同時利用伯努利效應獲得更大的升力。所以這種飛機比普通固定翼飛機具有更大的升阻比(升力和阻力的比值)和推重比(推力和重力的比值)。

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巨型地效飛行器設計圖

航速高、有效載荷大,由於貼近海面或地面的區域是雷達的盲區,因此地效飛行器具有良好的雷達隱身性能,這是它顯著的優點。當然它的缺陷也很明顯:由於貼近水面飛行,在海況複雜的情況下,加上龐大的身軀造成的機動性能差,機翼和機身容易與海浪、礁石、海面艦艇發生碰撞。由於沒有起落架,起降過程中機腹與水面的撞擊力非常大,現有材料難以長期抵抗這樣的負荷,使這種飛機的使用壽命大打折扣,也註定了這種巨無霸的真正應用需要長期投入鉅額成本,這也是二戰時期蘇聯放棄地效飛行器研發的真正原因。

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彩虹地效無人機

我國在地效飛行器方面的研究,避開了這種大體積、大載荷造成的大成本消耗,專攻小型地效無人機。比如“彩虹”無人機系列中的一款,最大載荷僅有1噸,巡航時間1.5小時,巡航高度為1-6米,它的正式名稱為“地效導彈”。由於體積小,成本低,可以組成一個地效無人機群,自主打擊不同目標,用來突破海面艦艇的防控系統。與其他武器系統配合,還可以打擊敵方航母戰鬥群。

好像很多高科技和新技術,最終都會應用於軍事和武器。但研究武器,並不等於會發動戰爭。相反,大國之間的軍事力量和戰略實力的平衡,反而能抑制戰爭發生的幾率。反思中國近代遭受的戰爭苦難,無不都是貧窮、落後造成的。科技水平和軍事實力不行,人家就敢欺負你。

你看美國的歷史,不管是否介入戰爭、不管經濟形勢如何,始終不會放鬆在科技和軍事領的發展,每年都會向國會索取鉅額費用,哪怕國會沒錢,它也要按照自己的預算提出報告。再比如俄羅斯,雖然經濟低迷,但就憑二戰後前蘇聯留下來的老底子,也能讓美國畏懼三分。

但願我們國家的科技與軍事力量日益強大,但願世間再無戰爭!


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