一種折疊翼地效飛行器

彭鑫乾 史云霄 于正陽 丁亦捷

摘? 要：本文簡要介紹了一種利用“翼地效應(yīng)”作為理論基礎(chǔ)的“地效飛行器”及發(fā)展，憑借其具備更大的載荷與極高的航行速度，結(jié)合了水面艦艇的運載能力與飛機飛行速度的優(yōu)勢，使其能夠?qū)⒏辔镔Y快速運至目標區(qū)域，其超低空飛行的特點也帶來了極佳的隱身性能。同時提出了一種折疊翼地效飛行器在船塢登陸艦艇的幫助下，對目標島域進行人員、物資的兩棲快速投送，解決了現(xiàn)役傳統(tǒng)兩棲登陸裝備速度慢、載荷小、突防能力差等缺點，有效保障了人員與裝備物資的安全，大幅減小作戰(zhàn)損失。

關(guān)鍵詞：翼地效應(yīng)? 地效飛行器? 兩棲登陸? 人員與物資安全

中圖分類號：V249 ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2020）07（c）-0006-03

Abstract： This paper briefly introduces a kind of wing effect aircraft based on the theory of wing effect and its development. With its greater payload and extremely high speed， combining the carrying capacity of surface ships with the advantages of aircraft speed， it is able to deliver more supplies to the target area quickly. Its ultra-low-altitude flight characteristics also bring excellent stealth performance. At the same time， a folding wing effect aircraft， with the help of the amphibious transport dock， is proposed for fast amphibious delivery of personnel and materials to the target island area. The invention solves the shortcomings of the traditional amphibious landing equipment in active service， such as slow speed， small load， poor penetration ability， etc.

Key Words： Wing-to-ground effect;Ground Effect vehicle;Amphibious landing; Personnel and material safety

1? 什么是地效飛行器

通常，當飛機在飛離地面0.1～0.3倍翼展時，機翼與地面的空氣會被壓縮，導(dǎo)致兩者形成的空間內(nèi)壓強增大，為飛機帶來除了機翼所產(chǎn)生的升力額外的升力，從而將飛機托起，阻擋飛機受到重力的影響而下墜，這就是“翼地效應(yīng)”。此外，當飛機在產(chǎn)生翼地效應(yīng)的同時，由于飛機機翼距離地面很近，機翼翼尖渦流產(chǎn)生的下洗氣流將會被擋住，從而減小由此引發(fā)的升力損失和誘導(dǎo)阻力，可獲得較高空中飛行時更高升阻比的現(xiàn)象，如圖1所示。

飛機在貼近地面飛行時，其升阻比L/D可表示為 ，式中L為升力，D為阻力，h為飛行高度，C表示機翼的弦長，AR表示機翼的展弦比。

當h/C越小，AR越大，升阻比L/D就越大，即使得有效展弦比加大，將獲得更大的升力和更小的阻力。因此，利用該原理即可設(shè)計出一種具備更大載荷以及更快飛行速度的地效飛行器。

但是在實際研究應(yīng)用過程中，由于地效飛行器所距離地面的高度有著嚴格的限制，距離地面高度過高將失去這一地面效應(yīng)，不再產(chǎn)生額外的升力，因此將意味著該地效飛行器只能貼近地面或者海面飛行。由于飛行過程中速度過快，在環(huán)境相對復(fù)雜、障礙物較多、事故率較高的地面和內(nèi)陸運河將不適合運行該類高速飛行器。因此，較為寬闊的海面無疑成為了地效飛行器大展身手的舞臺，使得其同時具備艦船強大的運載能力與飛機的速度。

地效飛行器在起飛前，運行于海面處于排水航態(tài)，隨著航速的增加逐漸過渡到滑行狀態(tài)繼而進入飛行狀態(tài)。在由海面向空中的過渡的過程中，由于受到海水給飛行器機體帶來的水動阻力，這一阻力將遠大于空氣阻力成為地效飛行器從水面起飛的主要障礙，隨著航速、滑行距離的增加，水動阻力也隨之增大，在起飛速度的25%～50%期間，將達到最大值，這一值稱為“阻力峰”，一旦通過這個區(qū)域，氣動力將主導(dǎo)飛行器飛行，水動阻力逐漸減小，直到飛行器離開水面開始飛行。

2? 幾種地效飛行器的應(yīng)用與發(fā)展

人類歷史上第一代地效飛行器為蘇聯(lián)研制的前置導(dǎo)管推力動力增升型地效飛行器（對外代號KM），其真正利用了地面效應(yīng)和動力增升原理實現(xiàn)高速掠海飛行，與常規(guī)的艦艇相比，無需考慮水中障礙和雷區(qū)，可在沙灘、沼澤、冰地等地隨意起降，兼并了艦船強大的運載能力與飛機的飛行速度。起飛質(zhì)量超過600t，速度超過500km/h，由安裝在頭部的8臺渦噴發(fā)動機向機翼下方噴射氣流實現(xiàn)動力增升，從而使其快速離開水面進入飛行狀態(tài)，當飛行器起飛后便關(guān)閉頭部8臺發(fā)動機，僅依靠尾部的兩臺渦噴發(fā)動機維持飛行，巨大的尾翼為其提供操縱性和穩(wěn)定性。但是由于昂貴的渦噴發(fā)動機在飛行時不斷吸入含有鹽分的海水后，導(dǎo)致其壽命大大減小。

為解決發(fā)動機問題以及考慮經(jīng)濟性，蘇聯(lián)研制了第二代的地效飛行器A-90，第二代地效飛行器A-90體積遠小于第一代的飛行器KM，且僅采用一臺安裝在尾部的渦槳發(fā)動機為其提供動力，起飛質(zhì)量達到120t，據(jù)記載，A-90在1982年參加的軍事演習(xí)中完成了直線距離2650km的折返僅需要3.5h，展示了兩棲作戰(zhàn)前所未有的速度與效果。

與上文提及的利用機翼與地面壓縮氣流獲得額外升力的地效飛行器不同，氣墊船則是一種利用大型鼓風(fēng)機產(chǎn)生的高壓氣流，通過管道送入船底空腔的氣室內(nèi)形成氣墊托起船體，由動力發(fā)動機推動船體貼近水面航行，并未完全離開水面，但也因此減小了船體受到的水動阻力，從而獲得相對于艦船來說更快的航行速度。地效飛行器與氣墊船有著本質(zhì)上相同的原理，前者是利用自然氣流進行壓縮，后者是通過鼓風(fēng)機主動吸入氣流壓縮。但氣墊船的航行速度通常在60～80km/h，無論是航行速度還是運載能力均不及地效飛行器。因此，在兩棲登陸作戰(zhàn)、物資快速投送方面，地效飛行器所發(fā)揮的優(yōu)勢均是無可撼動的。

3? 一種艦載折疊翼地效飛行器

現(xiàn)代傳統(tǒng)兩棲登陸作戰(zhàn)中，由于需要將大量的人員、裝甲等物資從海面上安全、快速地投送到目標陸地，目前主要采用的方案為利用以“承載”為主要功能的大型船塢登陸艦艇將預(yù)先停放在船塢內(nèi)裝載著士兵和物資的氣墊船、兩棲登陸船、兩棲坦克等逐一在距離海岸線較近的位置進行投放，但由于船塢登陸艦體形較大，登陸設(shè)備航行速度慢，在登陸過程中，容易成為敵方的打擊目標，造成人員和裝備不必要的損失。因此，通過船塢登陸艦投放一種具備強大運載能力與極高航速的艦載折疊翼地效飛行器進行物資的快速投送，不妨是一種能夠大幅減小在兩棲登陸中人員與物資損失的解決辦法。

在實際海況中，由于地效飛行器的飛行高度極低，無法擺脫海浪對其產(chǎn)生的影響，為了降低該影響，充分保障飛行器在航行過程中的安全，因此將犧牲翼展作為代價，減小機翼與海浪的接觸率，同時也為了在有限的船塢登陸艦搭載空間下，能夠更好地將機翼折疊起來達到節(jié)省空間，從而搭載更多地效飛行器的效果。同時，由于地效飛行器以超低空的姿態(tài)高速飛行，將有效地避免敵方的雷達探測與火力打擊，真正實現(xiàn)“隱身”的功能，充分保障所運載的士兵與物資的安全。從未來信息化戰(zhàn)爭的角度審視地效飛行器的作戰(zhàn)效能，它將會成為一種“非對稱”的作戰(zhàn)平臺，能具備強大的隱身能力、突防能力、攻擊能力以及戰(zhàn)略威懾力。

4? 結(jié)語

地效飛行器是人類繼車輛、船舶、飛機之后又一偉大的交通運輸新發(fā)明。由于翼地效應(yīng)使其擁有水面艦艇的強大運載能力與空中飛機的飛行速度，在巡航狀態(tài)下地效飛行器的航行速度可達到高速氣墊船的3～5倍，是普通艦艇的10～15倍。其折疊機翼的設(shè)計將其大量搭載于兩棲船塢登陸艦艇中進行遠距離登陸投放，憑借其只能在距離海面0.1～0.3倍翼展高度下飛行的超低空優(yōu)勢，使其應(yīng)用在兩棲登陸時不容易被敵方雷達探測到，隱蔽性好，是一種理想的突擊登陸、遂行偵察、支援保障等工具，在未來信息化戰(zhàn)爭中將作為一種“非對稱”的武器威懾存在。同時，隨著飛行器控制系統(tǒng)、無人駕駛技術(shù)、新材料等領(lǐng)域的快速發(fā)展，將很好地對地效飛行器的研發(fā)制造障礙逐一克服，使其能夠更廣泛應(yīng)用于軍事作戰(zhàn)和民事領(lǐng)域。

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