在世界航空制造史上,刚开始飞机设计没有现在这么先进,都是手动绘图,什么格尺呀,圆规呀,量角器呀,三角板呀,等等,都上阵了,先在纸上画出飞机草图,再进一步寻找资料补充、修改、完善设计,然后等比例放大制作出飞机实物,最后实验,检校。
那年代每个设计师都是画家,基本功都是画了多少年才练成的。以前的工业、建筑和美术设计可能是不分家的,飞机的外形也请艺术家设计。也许艺术家因为觉得方形美观,所以造成英国彗星客机的陨落,所以艺术与科学还是要统一的,不能割裂。现在好了,航空技术的发展越来越与计算机技术的日益先进密切相关了。什么飞机结构软件,航电界面软件,气动分析软件,模拟仿真软件等等太多了,令飞机设计如虎添翼。特别是计算机仿真模拟技术,当飞机在电脑中设计出来后不用先制造出来,而是在计算机仿真模拟飞行,看看有什么问题,是否可行,再去生产。
计算机仿真模拟飞行需要强大的硬件支持,而垂直起降飞机仿真飞行更费硬件。这里需要模拟风扇的旋转,升力的产生,环境情况,空气动力和重力等等。当飞机升空时还要计算升力与推力的转换情况,各种力的变化,所以需要多个超级计算中心联合运算模拟。好在我们国家的计算机发展迅速,建立了强大的国家超级计算机系统,由天津、广州、深圳、长沙、济南、无锡和郑州七所超级计算中心组成,为我国大型科研项目超算立下汗马功劳。
天津市滨海新区的超算中心部署有“天河”系列超级计算机,是我国应用范围最广、研发能力最强的超级计算中心,现在,它正和其它几所超算中心进行大型垂直起降客机、大型垂直起降运输机和轰炸机的模拟仿真云计算。经过七所超级计算中心模拟仿真云计算,证明其垂直起降方案切实可行,嵌套升力风扇产生的升力强劲,垂直起降和平飞转换自如,升力兼推力风扇配合小涵道比涡扇发动机或涡喷发动机的组合式推进模式是成功的,外形更适合高速飞行。
“太厉害了,我没想到我们国家还有这么伟大的设计!” 天津超算中心周总工程师啧啧赞叹道。
“周总,我想以后更宏伟的项目肯定还有很多。”超算中心沙副主任微笑着说道,“于总,我说得没错吧?”
中国航空制造总公司的于天力总工程师负责大型飞行器的模拟仿真,他是这方面的专家。
“是的沙主任。”于总说道,“我们这都是亚音速飞行器,将来肯定要研制超音速垂直起降客机、超音速垂直起降运输机和超音速垂直起降轰炸机的。当然,国家还有更大的一些项目…”
周总工程师若有所思:“于总,为什么这个升力风扇会带来这翻天覆地的变化?”
“呵呵,老周,这就是平台效应。”于总说道,“万事都要有一个良好的平台才能做好,而嵌套升力风扇为飞行器提供了最佳的升力平台。程启航对传统机翼的分析是对的,我们以前只重视机翼的升力工具性,而忽视了它的省力工具性,程启航正因为此指出了传统垂直起降的弊端,找到了解决的办法,这就是发明了具有省力性质的嵌套升力风扇。”
“我对飞行方面还不是太精通,听说程启航先生还对以前的飞行理论提出了一些见解。”周总工程师说道。
于总点点头:“是的,他对机翼升力的看法还很独到。他提出了大气的宏观压强和微观压强假说,很新颖。他认为空气流动产生的压强属于宏观压强,适用伯努利原理和牛顿公式等进行计算,而静止的空气中物体表面产生的压强是微观的压强,适用热力学统计物理来理解,如通过大气状态方程变形来计算。他认为在自然界中,这两种大气压强现象是普遍的,有时会同时存在的。机翼的升力主要来自机翼与空气运动时产生的大气微观压强差,而不是宏观压强差,微观压强差一般要大于宏观压强差。”
“呵呵,实际上飞机飞行这么些年了,到底升力的获取是靠什么原理还没有个绝对信服的说法,所以这种探索精神是值得鼓励的。”沙主任说道。
周总师点点头:“既能发明,又能分析出原理,这才是真正的科学精神。”
“美国物理学家罗兰批评得好,我们不能满足科学的应用,还要探索其中的科学原理,这样科学事业才会有进步。”于总很感慨地说道。
大洋彼岸,波音飞机研发部。NASA局长可以不靠谱,但科技人员不糊涂,追求先进技术是科技人员永远的目标。波音飞机高级工程师派特·康纳和他的同事们正在调试一台三层嵌套升力风扇,研发部主管斯考特·沙纳汉走了过来。
“嘿,伙计们,怎么样?”
“噢,沙纳汉先生,我们基本上还原了中国小飞机上的风扇。” 工程师康纳说道,“这确实很有效果,能让中国的舰载机起飞,对付我们舰载直升机绰绰有余。不过,我们实在找不到如何开发多层的风扇,我们的嵌套星形齿轮减速器只能做到三层。”
主管沙纳汉拿着一摞资料放在他们面前:“先生们,也许中国人放弃了机械驱动。”
大家仔细地翻看着每一幅图片,生怕漏掉了什么。
“你们看,这两种风扇有什么不同?”沙纳汉指着一幅飞行汽车图片和美军拍摄的小飞机图片说道,“是不是飞行汽车看不出明显的叶片驱动系统了?”
“怪不得他们研制完螺旋桨推进的垂直起降飞机后就停止研发飞机了,原来改进了风扇的研究,那么采用什么方式驱动叶片旋转呢?” 工程师康纳喃喃地说道。
主管沙纳汉:“对呀,这就要看你们的大脑啦!”
“高压气驱动?难道是电力?不可能!那得多少电能呀?”
工程师康纳暂时可能弄不明白,这是因为谁都可以照猫画虎,但具体原理并非能很快参透,特别是风扇的省力原理,这绝对是设计的关键。
中国航空制造的脚步在加快,设计,模拟,生产,试飞。喷气式垂直起降舰载机终于率先研制出来,等待试飞的这一天。
沈阳北陵机场,一架黄颜色战机翼尖折叠,早早就地停在机库里了。虽然是黄色涂装,但丝毫不影响它的霸气。它长二十米多些,机翼折叠后宽仅八米多,翼尖展开宽也不过十二米左右,由于是垂直起降,所以采用可伸缩式起落架,当飞机停放时起落架下沉,这样便于维护,驾驶员很容易下机。由于采用垂直起降,低速飞行时推力风扇参与方向调整,因此舰载机的倾斜尾翼尺寸不是太大,它只在中高速时作用才大。整架飞机从外观上看,与传统飞机区别不大,除了机翼形状不同,再看不出什么奥秘。
今天天气格外好,蓝天白云,艳阳万里,也许老天爷都来捧场,给大家一个好心情。这是个重要日子,航总陈副总经理,东方航空设计局孙局长和赵总师,启航集团程启航和杨工等等都早早来到机场,见证这一伟大时刻。
指挥部传来信息,外国侦察卫星已飞过,可以试飞了。
只见功勋空军试飞员雷天鸣和叶飞扬一前一后雄赳赳、气昂昂地走向战机。雷天鸣作为主试飞员,在地面指令下,他启动发动机,飞机慢慢滑出机库,驶入跑道。在雷天鸣试飞员的操纵下,只见折叠翼展开,完整的机翼表面渐渐打开露出十个升力风扇,然后这些升力风扇快速启动,发出嘶嘶的声音,慢慢起落架伸长,机身上浮,直到起落架轮胎离开地面,大家的悬着的心才放下。在大家的注视下,这架黄色的试飞机型缓缓升起,跃上蓝天,与白云共舞。飞机试飞时的黄色涂装是一种特殊的金属底漆涂料,可以防止生锈,也防战机在试飞过程中表面受到的磨损。一般来说,只有战机要交付才会涂上昂贵的正式涂装,所以在试飞时基本看到的都是这黄色底漆涂装。
“大家看,我们的喷气垂直起降舰载机采用了十个嵌套升力风扇。”东方航空设计局垂直起降舰载机总设计师都业成说道,“主翼每个风扇直径近一米八,鸭翼中升力风扇的直径大约半米左右,那么风扇总面积是十八平左右,按升推比为六的风扇计算,那么每平方米升力风扇可产生三吨左右的挺举升力,我们这架飞机的最大起飞重量大约为三十九吨左右,升力是富富有余的。”
大家向上仰望,看着渐渐升高的垂直起降舰载机,那机翼中巨大的升力风扇格外令人震撼,都总师继续介绍着:“升力富余量大,有利于高原飞行性能好,高空悬停性能稳定。由于采用电动驱动,噪音较低。还有,升力风扇是个省力的工具,所以垂直起飞时消耗的燃料是很少的。”
这时飞机在空中开始向前滑行,大家能看到机翼尾部的升力风扇慢慢竖直变成推力风扇,飞机快速向前飞去。
“由于升力风扇很省力,垂直起降产生的升力并没有把发动机的全部动力耗完,所以发动机的能量还可进行分配,这就是变推力推动飞机前进。” 都总师接着给大家介绍,“实际上平飞时机翼中还有百叶窗式升力风扇打开以提高平飞时的升力。”
这时天上飞机越飞越快,借助望远镜大家看到机翼尾部的风扇已恢复到机翼中,渐渐机翼上的风扇罩闭合,发动机全速加力飞行,飞机在天际很快变成一个小点。
都总师看着越飞越高的战机说道:“当飞行速度非常快的时候,机翼的升力足够大了,这时候各种升力风扇都可以关闭,机翼表面恢复原状,就可以和传统飞机一样高速飞行了。”
大家正说着,飞机绕了一圈又飞了回来,慢慢减速,风扇打开,像落叶一样缓缓飘落在原来出发的位置,顿时雷鸣般的喝彩声和掌声响起,真是太棒了,这才是最需要的战机。
“刚才是垂直起降飞行,下面进行垂滑起降飞行,也就是边垂直起飞,边向前滑行,一般前方地势开阔就可以这样飞行。” 都总师介绍着。
这时只见舰载机机头稍向上扬起,机翼尾部风扇稍微转向,渐渐飞机离开地面,同时也向前滑步,向前飞的同时,逐渐升高。
两位飞行员别提多高兴啦,雷天鸣兴奋地对叶飞扬说道:“小叶,我飞过众多的战机,这一款是我驾驭最得心应手的一架,真是太赞了!”
“那当然啦,像孙悟空那样自由自在地飞行是我们矢志不渝的目标,真是太美好了,祖国万岁!”小叶非常激动地看着外面的绿色大地逐渐远去,山川江河渐渐模糊,一团团白云在飞机身边闪过,悬挂在天地间点缀苍穹,让小叶想起了小时候的棉花糖。随着飞机越飞越高,远处的地平线开始弯曲,悄悄隐匿在雾霭天际,周围一片蔚蓝,万米高空真是美呀!
小叶打趣道:“难道我们这要飞出大气层了吗?”
“哈哈哈,我倒是想。” 雷天鸣回头一笑,“不过,牛顿的发现的那只抓住万物的手不让我们飞出去。”
北陵机场,大家遥望天空,根据雷达通讯实时信息垂直起降舰载机飞行一切正常,现在开始返航。一会儿,垂直起降舰载机出现在大家的视野中,最后在离地面一百多米的高空悬停下来,摆摆翅膀。
“大家看,刚才飞机悬停时的动作要靠升力风扇调整升力大小来完成。”都总师介绍道,“我们一般可用电路调节,也可调节风扇叶片迎角度,迎角变小,升力降低,当迎角为负值时,就产生负升力。”
两位飞行员又飞行了好几个动作,展示了垂直起降舰载机优秀的超低速飞行性能,然后缓缓降落在跑道上,两辆大型消防车已准备好,就等垂直起降舰载机首飞成功过水门庆祝仪式的开始。
陈副总经理大手一挥,这两辆大型消防车为试飞成功的垂直起降舰载机接风洗尘,喷出高达的几十米的“水门”。在大家的一片欢呼声中,雷天鸣和小叶驾驶着战机缓缓通过这阳光闪耀的“彩虹门”,驶回机库。大家欢呼着奔了过来,与走下飞机的两位英雄飞行员热烈拥抱,把他们抬起来抛向空中,真是太高兴了。
文欣用镜头把这一幕幕拍摄下来,由于保密,暂时还不能公开,她只能把这份美好保存,从心里为丈夫的事业而自豪。小叶从人群中挤了出来,向自己的爱人跑了过来,文欣把一幅幅照片装进相机中,直到张开的臂膀和宽厚的胸膛挡住了镜头。
小叶把文欣抱起来一圈圈地转着,文欣“咯咯”地笑着:“把我放下来,别把相机摔着…,讨厌,快点放我下来…”
程启航和杨工走了过来,与小叶握手庆贺:“祝贺你小叶,飞行很好。”
“程总、杨总,我认为咱们的升力风扇式垂直起降飞机起飞性能远超国外以前的喷气式垂直起降。”小叶高兴地说道,“你看他们降落时对地面冲击量很大,且不稳定。再看我们的垂直起降飞机,降落时升力调整很精确,各个升力风扇在电脑的自动调整下飞机落地非常平稳与轻柔,对地面冲击很小。”
杨工点点头:“你们从起飞到降落的每一幕都历历在目,证明我们的垂直起降之路是正确的,程总,你的创意为中国航空开辟了新的道路。”
“哪里哪里,这不是我一个人的功劳,是大家集体智慧的结晶。”三双大手紧紧地握在一起。
“同志们,静一静。”这时,航总陈副总经理摆摆手,能看出他很激动,“同志们,首先我们要以热烈的掌声祝贺所有的航空人研制成功垂直起降飞机和两位英雄试飞员飞行成功!”
大家一阵暴风雨般的掌声过后,陈副总经理声音有时哽咽有时洪亮:“同志们,我们古代有引以为豪的四大发明,但近代我们落后了,虽然我们也发展奋斗,但外国人还是瞧不起的,我们自己也有人不自信。但今天的垂直起降航空技术证明了我们中国也行,也能有突破性的技术,可以有革命性的创新。只要我们所有航空人继续努力,今天,垂直起降舰载战机胜利过水门,明天,还会看到更多的飞行器穿越水门,我们一定会在世界航空史上写下浓墨重彩的一笔…”