“環(huán)球快線”——核動力雙體子母式乘波客機

劉冠冕

回首這一百多年來的飛機發(fā)展歷程，我們會發(fā)現(xiàn)主流大中型民航客機的設(shè)計始終相對保守。從早期的波音707到最新的空客A380和波音787，幾乎都有著相似的外表——流線型的機身、優(yōu)雅修長的機翼。反觀，在技術(shù)層面上身手不凡的圖－144和“協(xié)和”客機，卻都在失事后相繼淡出藍(lán)天的角逐。也許這就是民航領(lǐng)域所追求的“安全、經(jīng)濟、舒適、環(huán)?！钡纫蛩夭┺牡淖罱K結(jié)果。

展望航空新世紀(jì)，隨著科技進(jìn)步和社會需求，必將能召喚出全新的民航機。我設(shè)計的是一種于2050年前后投入運營的核動力的雙體子母式乘波客機，定名為“環(huán)球快線”?！碍h(huán)球”體現(xiàn)了該機全球抵達(dá)的能力，具有無限航程；“快”體現(xiàn)了該機的高速巡航飛行的能力；“線”又與“環(huán)”相呼應(yīng)，體現(xiàn)了該機全新的服務(wù)模式，即以“環(huán)形”航線或“總線式”航線取代現(xiàn)在的“點到點”式的航線運營。

總體設(shè)計概述

1、我認(rèn)為，可以發(fā)展超大型民航機，以解決目前民航機場運轉(zhuǎn)繁忙和空中管制負(fù)擔(dān)繁重的局面。該機計劃載客量在2000～2500人之間，這將非常有利于降低運營的成本。

2、機身采用雙體式結(jié)構(gòu)，以利于整體布局。內(nèi)部旅客艙采用超寬體設(shè)計，以提供旅客一個舒適的乘坐環(huán)境。

3、當(dāng)飛機有了永不衰竭的核動力支持后，就無需頻繁降落補充燃料。該機采用子母式結(jié)構(gòu)，母機(下稱主機)不間斷翱翔于藍(lán)天，子機(下稱子艇)用于上下駁運旅客。一架主機對應(yīng)有多架子艇，就如同大型客機與高速航空母艦的有機結(jié)合。

4、該機設(shè)想采用全新的小型核發(fā)動機，利用可控核聚變技術(shù)，在飛機20年壽命內(nèi)將具有無限航程。由于核聚變的基本原料在大海中的儲量巨大，當(dāng)達(dá)到實用階段時就能很大程度地緩解現(xiàn)代社會的能源緊缺問題。

5、子艇在駁運旅客時采用電力飛行，有折疊式的升力螺旋槳和推進(jìn)螺旋槳，擁有垂直起降能力。

6、以2，5馬赫的速度巡航，縮短了飛行時間。產(chǎn)生的氣動熱也相對容易解決。

7、為避開對現(xiàn)有的機場設(shè)施的不良影響，整機起降時可在海面進(jìn)行，子艇仍可在現(xiàn)在的機場起降。

8、上表面的機翼蒙皮覆蓋了永久性的高效太陽能電池板來作為飛機的輔助能源。如果光電轉(zhuǎn)換效率能達(dá)到20％，則大概能提供1000千瓦的電能。飛機采用模塊化設(shè)計，在各處都安裝有故障自動診斷與恢復(fù)系統(tǒng)。

9，由于采用子母式結(jié)構(gòu)，故可以像現(xiàn)在的公交車一樣提供環(huán)形(如環(huán)太平洋航線)或總線式(如亞歐大陸航線)的飛行服務(wù)線路。

10、為在氣動上充分利用子艇，將機身下表面設(shè)計成圓弧狀，這樣就能很好地捕獲激波，成為非常高效的乘波飛機。

主機概述

主機是整架飛機的主體，采用雙體式的飛翼布局。飛翼氣動布局有利于減小飛行阻力，同時擁有較大的內(nèi)部空間。機翼有一定的上反角，相對厚度3％～5％。

雙體即由兩個完全相同的機身構(gòu)成，各系統(tǒng)相互獨立。機身從前至后依次是駕駛艙、旅客艙和發(fā)動機核反應(yīng)堆核心艙。旅客艙總共有12個艙室(雙層結(jié)構(gòu)，一個單體機身有6個)，每個尺寸為(20米×9米×2.5米)。每兩個艙室間有一段5米長的自主服務(wù)中心。采用三級座艙布置如下：

普通艙：排距0.9米，過道和座椅寬為0.6米。共22排×12人／排=260人。

高級艙：排距1米，過道和座椅寬為0.75米。共16排×8人／排=160人。

特等艙：采用獨立的艙間設(shè)計，主要面向公司高層、國家政務(wù)人員和高收入家庭。有4個7人會議廳和18個4人小間，總共可容100人。

載客量計算：6個普通艙+4個高級艙+2個特等艙=2400人。

在翼根連接段，共有4個單層功能艙，尺寸為(15米×5米)?？梢愿鶕?jù)需要配置為機上工作人員的休息艙或旅客娛樂休閑艙。

該機采用的核發(fā)動機系統(tǒng)，一套系統(tǒng)由一個反應(yīng)堆和三個核心機組成。原理是利用核聚變產(chǎn)生的大量熱能去加熱經(jīng)過高度壓縮的常溫空氣，使其膨脹后高速地從尾噴管排出，從而產(chǎn)生推力。小型核心反應(yīng)堆(尺寸為5米×4米)，位于機身后部。發(fā)動機的核心機(壓氣機+加熱膨脹室+渦輪)在反應(yīng)堆旁邊。該機裝有兩套核發(fā)動機系統(tǒng)(即2個反應(yīng)堆和6個核心機)，正常工作時總推力為180噸。

子艇概述

子艇在不同的工作狀態(tài)有不同功用。艇身是個較細(xì)長的旋成體。頭尾段為錐體，頭部主要是駕駛艙，尾部為動力設(shè)備艙，有x型的大后掠尾翼。中段為柱狀，直徑5米。內(nèi)部為雙層載員艙，30米長，排距0.75米，共40排。上層4座／排，下層6座／排?？偣?00座。采用電力作為主能源，非工作狀態(tài)時可由地面設(shè)備或主機對其充電。起落架為前三點式。

子艇的三種工作狀態(tài)。

自主狀態(tài)：用于到站時上下駁運旅客。此時子艇處于自主工作狀態(tài)，機翼和螺旋槳完全展開。艇身的底部為可旋轉(zhuǎn)式，當(dāng)與機身垂直時，可作為機翼。在翼端有直徑為16米的升力螺旋槳，在后部也有一個直徑為4米的推力螺旋槳，可以收入艇身。

勵波狀態(tài)：子艇作為飛機在超聲速巡航時的激波發(fā)生體。此時子艇的機翼和螺旋槳折疊，整個外形為較細(xì)長的旋成體。

浮筒狀態(tài)：子艇在整機起降滑跑時還是主浮筒，產(chǎn)生浮力。經(jīng)計算，其最大浮力大于800噸，可以滿足飛機起降。