任嘉

以往，航空界認(rèn)為在提高飛機(jī)飛行性能的同時(shí)，還要降低能耗的想法是不現(xiàn)實(shí)的，即“魚和熊掌，二者不可兼得”。事實(shí)上，現(xiàn)在美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）經(jīng)過(guò)其研究成果證明：“二者可以兼得”。

解決這個(gè)問(wèn)題之道是如何設(shè)計(jì)出一種新型機(jī)翼。這種機(jī)翼要求能夠在起飛和著陸時(shí)提供高升力，并且仍然保持良好的高空飛行性能，實(shí)現(xiàn)被稱為“層流”的概念，也就是使機(jī)翼周圍的氣流絕對(duì)平穩(wěn)。

節(jié)能減排目標(biāo)

實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)將能夠使飛機(jī)在整個(gè)飛行過(guò)程都能夠表現(xiàn)出良好的性能，反過(guò)來(lái)，也能夠大大降低燃料消耗量，降低運(yùn)營(yíng)成本，減少發(fā)動(dòng)機(jī)的有害排放物。在弗吉尼亞州的蘭利研究中心，NASA固定翼項(xiàng)目科學(xué)家里奇·沃爾斯說(shuō)：“這項(xiàng)重要工程是NASA全體同仁努力探索和開發(fā)的技術(shù)的一部分，如果開發(fā)成功，則能夠革命性地改善未來(lái)大型飛機(jī)的性能，降低燃料消耗量、降低噪聲、減少排放物”。

在飛機(jī)起飛和著陸過(guò)程中，由于襟翼和縫翼從機(jī)翼的前后伸展開而產(chǎn)生高升力，這使得層流極其不穩(wěn)，而襟翼和縫翼在飛機(jī)飛行期間收縮進(jìn)主翼之后，在機(jī)翼的表面只留下很小的臺(tái)階和縫隙。

機(jī)翼平滑表面中存在這一些流體因素，使空氣在流過(guò)機(jī)翼周圍時(shí)產(chǎn)生一定量的紊流。這種紊流增加了飛機(jī)阻力，以致削弱了飛行效率。

在加利福尼亞州艾姆斯研究中心，NASA固定翼項(xiàng)目的氣動(dòng)效率分項(xiàng)目技術(shù)主管邁克·羅杰斯說(shuō)：“固定翼飛機(jī)在起飛和降落階段需要有高升力，而當(dāng)前任務(wù)是解決怎樣才能使飛機(jī)在飛行期間仍然能夠保持穩(wěn)定的層流?！?/p>

試驗(yàn)中的兩種方案

為了幫助解決這個(gè)難題，NASA與諾斯羅普·格魯門公司的一個(gè)小組合作，共同致力于研制一款用于層流機(jī)翼的先進(jìn)高升力前緣系統(tǒng)，開發(fā)并測(cè)試兩種方案，這兩種方案可能會(huì)有助于解決這個(gè)難題，并且可能在2030年納入未來(lái)客機(jī)設(shè)計(jì)飛行中。

第一種方案是設(shè)計(jì)一款已經(jīng)證明在飛行期間具有一種規(guī)則、表面可傳導(dǎo)層流的機(jī)翼段，但是，通常情況下，從前緣延伸的縫翼在起飛和降落期間不會(huì)提供高升力。反之，空氣將會(huì)在機(jī)翼前緣周圍高速流動(dòng)，人為地產(chǎn)生高升力。噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)將會(huì)釋放壓縮空氣，通過(guò)靠近機(jī)翼前端的小槽口把機(jī)翼內(nèi)的壓縮空氣通過(guò)管道排放出去。

飛機(jī)的前沖力造成機(jī)翼周圍有空氣流過(guò)，當(dāng)這些氣流與流過(guò)機(jī)翼的釋放空氣發(fā)生相互作用時(shí)，縫翼將會(huì)產(chǎn)生額外的升力，該過(guò)程被稱為“主動(dòng)流動(dòng)控制”。機(jī)翼后邊緣也利用“主動(dòng)流動(dòng)控制”，從而有可能不必再使用飛機(jī)上常見(jiàn)的機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜的開縫襟翼，而改為使用一種更簡(jiǎn)潔的鉸接襟翼。

蘭利研究中心負(fù)責(zé)“先進(jìn)高升力前緣研究”的NASA技術(shù)總監(jiān)說(shuō)：“讓我們感到振奮的是：為了獲得飛機(jī)起降所需的高升力，我們已經(jīng)利用“主動(dòng)流動(dòng)控制”技術(shù)取代活動(dòng)縫翼和機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜的襟翼，并且，如果利用這項(xiàng)方法，有可能使飛機(jī)在飛行中保持穩(wěn)定的層流?！?/p>

第二種方案是：利用在飛行中目前相對(duì)具有良好層流的相同機(jī)翼段對(duì)機(jī)翼進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)使機(jī)翼的前緣下降（事實(shí)是通過(guò)前緣發(fā)生變形），檢查機(jī)翼是否能夠完美地改變形狀。

機(jī)翼的變形前緣將能夠產(chǎn)生與縫翼相同的高升力作用。如同第一種方案所述，為進(jìn)一步增強(qiáng)高升力的能力，第二種方案也考慮使用縫翼吹氣。在機(jī)翼前側(cè)的縫翼不使用面板，從而消除了縫翼收縮產(chǎn)生的間隙、臺(tái)階和接縫，另一方面，也確保獲得層流所需的平滑翼面。

第二種方案的機(jī)翼可以根據(jù)要求改變形狀。這與飛機(jī)處于哪個(gè)飛行階段相關(guān)，并且絕對(duì)不會(huì)損失起飛或者降落時(shí)具有的高升力優(yōu)勢(shì)，無(wú)紊流，飛行期間掠過(guò)機(jī)翼的氣流能夠使飛機(jī)節(jié)省燃料消耗。

另外，NASA與諾斯羅普·格魯門合作的這些測(cè)試項(xiàng)目不在于實(shí)際開發(fā)或者測(cè)試實(shí)際變形技術(shù)，而這項(xiàng)技術(shù)正在由航空協(xié)會(huì)的其他成員進(jìn)行具體研究。

在利用諾斯羅普·格魯門的風(fēng)洞進(jìn)行了一系列的測(cè)試之后，這兩種方案經(jīng)過(guò)了持續(xù)13個(gè)月的評(píng)估、開發(fā)和審核，于2012年落下帷幕。

最終證明，這兩種方案都非常理想，并且超出了所有預(yù)期表現(xiàn)，滿足進(jìn)行相關(guān)研究的所有目標(biāo)，這意味著這項(xiàng)技術(shù)有非常樂(lè)觀的前景，不僅在節(jié)能、減排、節(jié)支方面的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)不需贅言，而且在今后有著更廣闊的利用空間。

前景廣闊

羅杰斯說(shuō)：“在這項(xiàng)技術(shù)能夠最佳程度地應(yīng)用于客機(jī)或者應(yīng)用小型商務(wù)噴氣式飛機(jī)之前，仍然還有大量的工作需要完成?！崩纾骸跋冗M(jìn)高升力前緣研究”僅利用了一個(gè)機(jī)翼翼型的較小矩形段。為了充分評(píng)估這兩種方案，將需要建造一個(gè)全尺寸的后掠翼，并且在一個(gè)風(fēng)洞中進(jìn)行測(cè)試。

另外，如果采取“主動(dòng)流動(dòng)控制”技術(shù)，并且該技術(shù)使空氣吹掃過(guò)機(jī)翼，所有從噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)引出的所有管道和輸送系統(tǒng)或者其他輸送源需要進(jìn)行開發(fā)、測(cè)試，并且驗(yàn)證是否能夠安全使用。因此，為了確保具備充分的可靠性，仍有大量的管道問(wèn)題需要解決，如果任何一條管道由于任何原因被堵塞，也應(yīng)能夠使飛機(jī)不會(huì)由于無(wú)法產(chǎn)生足夠的升力而偏離航線，尤其是靠近地面的時(shí)候。

新技術(shù)可能會(huì)在未來(lái)某一天生產(chǎn)巨大的經(jīng)濟(jì)利益，NASA的“固定翼項(xiàng)目”將繼續(xù)致力于這一極其重要技術(shù)領(lǐng)域的研究工作。

可以想象得到的是：研究工作將會(huì)持續(xù)下去，在此期間將會(huì)利用一個(gè)現(xiàn)代運(yùn)輸機(jī)翼的大比例風(fēng)洞模型，同時(shí)融入各相關(guān)部門積極努力研究獲得的技術(shù)，以及其他“主動(dòng)流動(dòng)控制”概念，努力開發(fā)一種機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、完美的高升力系統(tǒng)。