“晾衣繩”去哪了？

高卓

在一些大型飛機(jī)上，常能見到像晾衣繩一樣的鋼索天線。很多航空愛好者都明白，這種天線用于飛機(jī)機(jī)載短波電臺(tái)的高頻通訊。

這種設(shè)計(jì)的最大優(yōu)點(diǎn)是能獲得很長的天線長度。無線電愛好者們知道，當(dāng)天線長度等于波長的1/4的時(shí)候，能夠取得最高的效率。雖然在短波波段的低頻率上，此時(shí)波長還往往是天線長度的10倍左右，但隨著頻率升高，天線的阻抗和輻射效率也在升高，在主要工作頻率上基本能實(shí)現(xiàn)天線長度最好等于波長1/4這個(gè)理論提供最優(yōu)解。

不過，盡管鋼索天線在大部分方向上的增益都很高，但在少數(shù)方向上反而會(huì)很低，尤其是在機(jī)頭機(jī)尾方向甚至?xí)霈F(xiàn)輻射零點(diǎn)的情況，這在一定程度上會(huì)影響飛機(jī)在航線上與出發(fā)機(jī)場和目的地的通訊。

另外，鋼索天線雖然因?yàn)橥饴恫贾枚欣谄綍r(shí)維護(hù)，但飛行時(shí)也很容易結(jié)冰。天線上顯然無法布置加熱或氣囊除冰設(shè)備，因此一旦結(jié)冰，其覆蓋層重量會(huì)急劇增加，不僅將導(dǎo)致高頻損耗增加、通訊距離縮短，甚至可能因?yàn)闄C(jī)械諧振而導(dǎo)致天線本身受損。

早期的飛機(jī)設(shè)計(jì)師們，只能在設(shè)計(jì)時(shí)讓天線與機(jī)身的夾角不大于15度，通過減小天線相對氣流的迎面角，盡可能減小結(jié)冰強(qiáng)度。但傾角減小后會(huì)影響天線的通訊效率，所以，鋼索天線被取代也是航空科技發(fā)展的必然規(guī)律。

在飛機(jī)剛剛進(jìn)入噴氣時(shí)代的時(shí)候，還有很多飛機(jī)使用鋼索天線，但隨著飛機(jī)的速度逐漸接近聲速，鋼索產(chǎn)生的氣動(dòng)阻力也就越來越難以忽視，這意味著飛機(jī)的有效航程將受到影響。而且由于天線本身的機(jī)械強(qiáng)度不高，在高速飛行中有斷裂的危險(xiǎn)，可能對飛行安全造成很大威脅。

從上世紀(jì)50年代開始，飛行速度更快的噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)開始使用隱蔽式高頻天線，這類天線容納在飛機(jī)的背鰭或者垂尾前緣里。為了減小體積，這類被稱為缺口式的天線一般使用并饋式原理，雖然由于原理所限，尺寸較小的缺口天線信號的輻射效率稍低，但通過對天線的合理調(diào)諧，利用機(jī)體和機(jī)翼產(chǎn)生的二次輻射，已經(jīng)足夠滿足戰(zhàn)斗機(jī)乃至部分大型飛機(jī)作戰(zhàn)半徑內(nèi)通訊的要求了。

上世紀(jì)50年代后研制的大型軍用飛機(jī)，包括部分大型噴氣式飛機(jī)，仍然使用鋼索天線作為機(jī)載高頻通訊設(shè)備的—部分。除了航程遠(yuǎn)的大飛機(jī)對通訊距離這個(gè)硬指標(biāo)要求更高之外，當(dāng)時(shí)的觀點(diǎn)還認(rèn)為，對大型飛機(jī)來說，一根天線造成的額外阻力微不足道。另外，對于本就尺寸龐大、不易維護(hù)的大型飛機(jī)來說，如果再把天線放在高高的垂尾里面，就會(huì)增加維護(hù)負(fù)擔(dān)。

隨著時(shí)代發(fā)展，大型飛機(jī)的飛行速度指標(biāo)也在提升，特別是民航飛機(jī)還逐漸產(chǎn)生了經(jīng)濟(jì)性的要求。在波音367-80（C-135系列軍用平臺(tái)和波音707客機(jī)的原型機(jī)）這一代大型飛機(jī)上，鋼索天線消失了，取而代之的是在垂尾頂部安裝的探針天線。這種設(shè)計(jì)的好處是不用更改飛機(jī)設(shè)計(jì)師們熟悉的傳統(tǒng)垂尾結(jié)構(gòu)，安裝靈活，可靠性也不錯(cuò)；缺點(diǎn)則是容易因氣動(dòng)振動(dòng)而影響工作，另外遭受雷擊的概率也較高。

為了從根本上改變這些缺陷，上世紀(jì)60年代后期出現(xiàn)的大型飛機(jī)逐漸采用了不同的天線布置方式。而通過天線本身設(shè)計(jì)的改進(jìn)，它們在通訊距離上已經(jīng)完全不亞于鋼索天線。比如波音737使用的就是回線天線，它結(jié)合了缺口天線和環(huán)形天線分別適合低頻區(qū)和高頻區(qū)的優(yōu)點(diǎn)，能在整個(gè)短波段實(shí)現(xiàn)較好的通訊性能。另外兩種廣泛應(yīng)用的隱蔽式天線布置方式則是尾帽天線和帶狀天線，前者一般是在垂尾頂端布置整流罩容納天線（如伊爾-76），后者則是把天線放在垂尾前緣的整流罩里（如空客A320）。

中國航空工業(yè)對隱蔽式高頻天線設(shè)計(jì)并不陌生，早在國內(nèi)首款自行研發(fā)的大型飛機(jī)——運(yùn)10上，就嘗試使用了尾帽天線，基本滿足了該機(jī)對氣動(dòng)外形和通訊性能的要求。而在上世紀(jì)90年代從俄羅斯引進(jìn)伊爾-76運(yùn)輸機(jī)之后，在軍用運(yùn)輸機(jī)平臺(tái)上應(yīng)用隱蔽式天線的優(yōu)點(diǎn)也一目了然。

而國內(nèi)第一種將鋼索天線改為隱蔽式天線并投入量產(chǎn)的大中型飛機(jī)，卻是從運(yùn)7發(fā)展而來的新舟60客機(jī)。除了降低結(jié)冰概率提升安全性等因素之外，當(dāng)時(shí)決定把新舟60的KHF950高頻電臺(tái)改用隱蔽式天線的另一大目的，是為了提升該機(jī)的整體形象。畢竟作為一架21世紀(jì)生產(chǎn)的新型客機(jī)，如果還使用鋼索天線實(shí)在是影響賣相，對該機(jī)的外銷工作十分不利。

在此后出現(xiàn)的，完全自用的運(yùn)8/9（包括其特種機(jī)改型）和轟6后續(xù)型號——包括近年來多次公開亮相的運(yùn)9、空警500和轟6K，由于更多考慮成本、可維護(hù)性及用戶使用習(xí)慣等因素，使得它們的高頻電臺(tái)仍然沿用傳統(tǒng)的鋼索天線。其實(shí)從新舟60的隱蔽式天線改裝工作來看，為這些垂尾前緣內(nèi)部空間更大的飛機(jī)改裝隱蔽式天線并無太大難度，未來是否會(huì)進(jìn)行升級，還要看用戶的綜合要求。

在國產(chǎn)噴氣式支線客機(jī)ARJ21出現(xiàn)，以及新一代國產(chǎn)大飛機(jī)——運(yùn)20、C919和AG600陸續(xù)亮相之后，這些全新型號的飛機(jī)上終于找不到“晾衣繩”了。它們在研制過程中就充分融入了現(xiàn)代民機(jī)的設(shè)計(jì)理念，特別是前三者還強(qiáng)調(diào)更高的巡航速度和安全性能。另外ARJ21和C919作為客機(jī)還要滿足國內(nèi)和國際的民航適航標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，在研制階段就確定不再使用鋼索天線了。

從目前公開的圖片來看，C919和AG600可能采用和波音737/A320類似的回形天線/帶狀天線，而ARJ21和運(yùn)20則采用有利于提高全向通訊范圍的尾帽天線。無論采用哪種布置形式，這些在航空業(yè)界已經(jīng)很成熟的設(shè)計(jì)，都能夠在滿足使用安全性的同時(shí)，保證飛機(jī)在飛行中具備良好的通訊能力。

責(zé)任編輯：陳肖