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  • 地效飞行器

    地效飞行器(Ground effect in aircraft)是介于飞机、舰船和气垫船之间的一种新型高速飞行器。与普通飞机不同的是,地效飞行器主要在地效区飞行,也就是贴近地面、水面飞行,而飞机主要在地效区以外飞行;与气垫船不同的是,气垫船靠自身动力产生气垫,而地效飞行器靠地面效应产生气垫。在1980年,前苏联实验了喷射推进的Ekranoplan,就是这样的飞机,极限飞行重量可以达1000公吨(吨),还在冷战时期的隐密情况下测试,被美国称为里海怪物。大部份翼地效应机都被设计为在水面上运作,因为水面比地面平滑和少障碍物,不单危险度较少,而且在不运作的时候,还可以利用水面浮力来承受机体重量。

    编辑摘要

    基本信息 编辑信息模块

    中文名: 地效飞行器
    别 名: 翼地效应机 作用原理: 利用翼地效应飞行
    性 质: 飞行器

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    历史/地效飞行器 编辑

    利用地面效应飞行发现于1932年。1936年,前苏联专家开始对地效翼船进行研发 。

    1932年5月,德国一架飞机在飞越北海上空时,几台发动机突然同时熄火停车,失去动力的飞机急剧下坠,眼看掉入大海。但飞机跌至距海面10米左右便不再下跌,竟然保持这个高度缓缓前飞,安全着陆。是“地面效应”托起了飞机,躲过了灭顶之灾。

    “地面效应 ”原理虽然在19世纪末就已经被揭示,但应用性研究长期停留在理论层面上,进展缓慢。在1903年美国莱特兄弟 发明了飞机以后的很长一段时间里,地效飞行器的研究仍然裹足不前。直到1932年,芬兰工程师T·卡里奥才制造出世界上第一艘由船舶牵引在水面上滑行的试验型地效飞行器。

    地效飞行器地效飞行器

    第二次世界大战后,受飞机和舰船制造技术发展的影响,特别是受气垫船发明的影响,以前苏联为代表的几个国家在地面效应的理论研究和实际应用上取得了突破性进展。不但较好地解决了飞行的纵向稳定性问题,还找到了应用动力冲压技术(PAR)提高升力和推力的方法。在气垫船上,用于产生升力的动力不产生推力,早期的地效飞行器也同样受到这种限制。苏联科学家使用PAR技术,将空气通过喷气发动机吹入地效飞行器机翼下的空间,不但明显增大了地效飞行器的升力,还可使80%的喷气能量转换成了推力,比原来增大7倍甚至更多。此项技术的发明,解决了长期困扰科学家的地效升力不稳定和推力不足的问题,使地效飞行器的承载能力和飞行速度大大提高,不但突破了“波障”速度,而且轻而易举地达到了“空泡障碍”速度,最高达到了400节。

    在1980年代,前苏联实验性地开发出喷射推进的Ekranoplan,就是一种翼地效应机,其极限飞行重量可达1,000公吨,由于当时还处于冷战时期,西方国家对于苏联在隐密情况下测试的此种飞行器了解不多,只能暂时以“里海怪物”统一代称。

    大部份翼地效应机都被设计为在水面上运作,因为水面比地面平滑和少障碍物,不单危险度较少,而且在不运作的时候,还可以利用水面浮力来承受机体重量,在起飞时亦较为简单。

    物理学家StanleyHooker曾提出非常巨型、全重2,000公吨的概念翼地效应机,此机可以搭载超过1000个乘客,以低廉的价格高速往返目的地。

    飞行原理/地效飞行器 编辑

    地效飞行器地效飞行器

    当运动的飞

    行器贴近地面或水面飞行时,气流流过机翼后会向后下方流动,这时地面或者水面将产生一股反作用力,当它在距离水面等于或小于1/2翼展的高度上飞行时,整个机体的上下压力差增大,升力会陡然增加,阻力减小,阻挡飞行器机翼下坠。这种可以使飞行器诱导阻力减小,同时能获得比空中飞行更高升阻比的物理现象,被科学家称为地面效应,并由此开辟了地效飞行技术。

    性能/地效飞行器 编辑

    地效飞行器地效飞行器

    航速快、承

    载量大、隐形效果好、适航性优异,能贴近地面或海面、沙漠或沼泽表面飞行,可以利用雷达的盲区,悄无声息地快速接近目标,用于突击登陆,能够轻易越过岸边反登陆障碍物和地雷。

    军事应用/地效飞行器 编辑

    机动性能好

    VVA-14地效飞行器VVA-14地效飞行器

    地效飞机良好的机动性能体现在它的通用性和两栖性。地效飞机速度比一般舰船高10-15倍,比大多数高速

    舰艇也快3-5倍。因其在巡航飞行阶段不与水面直接接触,从而大大减少了航行时的阻力,提高了机动性能。它能根据需要灵活调节飞行高度、速度,顺利越过专为登陆艇、气垫船设置的垂直障碍,而且还不受海区、海岸和复杂地形的限制,较好地解决一般排水型登陆艇对登陆场地条件要求高,无法直接输送登陆兵上陆的问题;解决登陆兵需要在近岸换乘展开,徒步涉水穿越海滩,形成攻击战斗队形时易造成较大伤亡的问题。登陆兵搭载地效飞机,可以在任何地点、时间和相对复杂的地形条件下,从对方火力范围以外,超越常规登陆作战的换乘展开地区,置水中、地面各种障碍于不顾,高速度冲向敌阵,直接突击上陆,对敌岸发起攻击。如俄军"奥兰"地效飞机巡航时速为450-550公里,能在3.2-1.5米浪高的海况下起飞和降落,运送400-850名士兵和数辆坦克。但是,如果定位于抢滩登陆,地效飞行器虽有高速优势,正因如此,必须将满是舰船的滩头腾出大片水面用以降落。因此,直接突击上陆仍有一定限制。

    隐蔽性能好

    地效飞行器地效飞行器

    地效飞机综合了舰船和飞机两者的优点,集高速性、隐蔽性和攻击性于一身,既能高速掠海飞行,又能有效

    利用雷达盲区,神出鬼没,使对方难觅足迹;既可在水中机动,从水中、水上发起攻击,也可贴海飞行,实施精确打击。这种得天独厚的优势和强大的突防能力远非一般作战舰船和飞机所能相比。由于其体积小、操作灵活、机动性能好、不易被敌发现,在登陆作战发起之前,地效飞机可运载侦察、袭击、特种分队,利用不良天气隐蔽地实施秘密机动,完成各种战术任务。

    载重量大

    与普通飞机相比,地效飞机的载重量大得惊人,从而填补了海上和空中运输器之间的空白。地效飞机一次可迅速输送100至1000名士兵及数辆坦克,使一艘登陆艇望尘莫及。以美国正在研制的地效航空母机为例,它的大小相当于一艘驱逐舰,可载货405吨,一次可运载400名士兵,16架直升机,几十辆汽车和火炮。满载巡航半径约6350公里,最大巡航时速为470公里。由于地效飞机的特殊性能,使之具备了在没有港口、码头的情况下都能自由进出,快速装载物资的特点,而且由于其甲板宽阔,载重量大,运输效率高,所以除能完成两栖任务外,还可充分发挥其优长,用于各种作战物资、人员的前输后送,进行快速保障。搭载特种侦察分队,利用夜暗和不良天气秘密渗透到敌障碍区附近,对敌岸防御部署进行侦察、破坏,为空袭作战引导目标。

    水中工兵

    由于地效飞机的速度快、载重量大等特性完全适应现代登陆作战的要求和未来运输工具的发展趋势。著名的波音747飞机载重量仅为其自重的20%,而地效飞机的载运量可达自重的50%。地效飞机可携带大量的反水雷系统和工兵分队,既可排除水中障碍物,也可越过水雷障碍区,直接进至水际滩头障碍区开辟通路。在水中航行时,对水的压强小,不会受较少音响雷、水压雷、磁雷、锚雷等爆炸性障碍物的伤害,具有超吃水、静水快速好、水下物理场小、对水下爆炸不敏感等特点,即使水雷爆炸,由于地效飞机因其自身具有减压和防暴作用,受损程度也会比其他排水型舰艇小得多,以便其进入复杂雷区排除水中各种障碍物。

    巡航速度高

    里海怪物里海怪物

    普通舰艇的航速一般在30节左右,气垫船为40-140节,地效飞机则高达100-320节。飞行时,它完全脱离水

    面,航速可与直升机媲美。如俄军装备的“里海怪物”地效飞机,装备10台发动机,巡航高度10米,速度达400千米/小时,可搭载500名士兵进行低空飞行、水上滑行,越过沙丘、沼泽地等执行搜索潜艇、运送装备等任务,可奔袭数千千米。

    适航性能好

    未来地效飞机将综合运用各种隐形技术,降低雷达、红外、声、光、电磁等物理信号特征,并应用更为先进的综合电力超导推进系统,消除噪声、降低红外辐射,从而大大提高地效飞机的隐形能力、快速机动能力、突防能力;将装备对空、对海、对地武器装备,实施动中打击;具有停靠、倒退、垂直起降等多种功能,配备导弹后,可实施全方位快速攻击。由于地效飞机具有上述特点,因此在未来战争中,它将被广泛用于登陆、机降、运输补给、反舰作战、反潜作战、扫雷布雷、侦察巡逻。既可在水面和陆地上起飞、降落,也可在浪高1.5米以下水面稳定疾飞,飞越一般地面交通物障,越过沙漠、沼泽、江河、雪地。既能掠海和掠江河湖面飞行,也可在水面上滑行,也能在地面、冰面或雪面上进行低空飞行。

    救援用途/地效飞行器 编辑

    地效飞行器可用干海上救援,能够快速反应,及时到达出事地点,而且能够在水上降落、展开救生。俄罗斯在建的“救生者”海上救护地效飞行器卜,装有全套医疗设备如手术室、康复室及烧伤中心,可设150张病床、载500名轻伤员,或承载700-800人等待援助。此外,地效飞行器还可用于海上搜索和反潜作战,其搜索效率远远超过其他任何海上飞行器。

    发展进程/地效飞行器 编辑

    苏联始祖

    地效飞行器地效飞行器

    俄罗斯研制了秘密地效飞行器“里海怪物”。美国间谍飞机早在20世纪80年代初就已经在苏联的上空注意到地面上有一个奇怪的飞行体,它以令人不能置信的速度,在任何雷达都探测不到的低空飞行于里海之上。美国军事专家给这个飞行体起了一个名字“里海怪物”。

    俄罗斯把这种飞行体称为“地效飞行器”或“地屏飞行器”。“里海怪物”航程7500千米,能够以800千米的时速将850名士兵运送到世界各地,而且不会被任何雷达发现。

    德国联邦情报局早在1975年已经知道,有一种型号的“里海怪物”起飞重量500吨。翼展50米,能够加载约200吨。为了证明目前建造民间救援用的“地效飞行器”是可信的,人们展示了至今无人看过的、严格保密的演飞影片。

    俄罗斯研制的这种民用“地效飞行器”本来也是为军事目的而建造的,但上方的火箭管和内部装的军用仪器已被取消了。

    这种飞行器足有100米长,尾翼有足球场那么宽,它的总重量要达到400吨。推进器是八部喷气发动机,这是俄罗斯飞机制造工业所能够提供的最大喷气发动机。俄罗斯已经造出了多种型号,不仅能够在10米高度上运动。而且在需要时可以达到3000米以上高空。

    强国竞相发展

    1957年前苏联研制出世界上第一艘实用型地效飞行器,此后一发不可收,先后研制了20多艘试验船和1000多个地效飞行器试验模型,制造出了“雏鹰”、“鹞”、“雨燕”和“伏尔加”等四大系列地效飞行器投入使用。德国地效飞行器的研究也起步较早,生产了“X”和“约克”、“TAFV”等系列产品。美国也先后研制出了“哥伦比亚”号、“加林顿”号和“美洲航线”等一批样机。此外,据报道近些年英国、日本等在地效飞行器研究方面,也不断取得阶段性成果。

    随着工业制造技术、新材料技术和信息技术的进步,地效飞行器正在向信息化和大型化方向发展。从起飞重量上看,几百公斤至数百吨不等;从用途上看,既有军用的,也有民用的,既有作为武器平台使用的,也有用于运输、救援和训练娱乐的。而新一代的地效飞行器将更多地采用自动控制技术,其起飞重量也将上升到数千吨。

    中国制造

    地效飞行器地效飞行器

    地效翼船在国际上和国内均没有正式的设计建造入级规范文件。上海船检局于1998年初出版了《地效翼船检验指南》 ,编为中国船级社GD010-98号指导性文件。这个文件体现出中国地效翼船技术及相关工作的进步,填补了空白,提高了中国在国际海事组织中的技术地位。

    中国地效飞行器之父是毕业于清华大学的李绪鄂。1998年上半年,“信天翁”3型(XTW-3)12座掠海地效翼艇在广西北海港外海域继续进行海上试验试航。下半年DXF100型15座地效飞行器(艇)在湖北荆门漳河水库,由中国科技开发院召开新闻发布会时进行了水上掠航演示。12月,“天鹅”号(751型)15座动力气垫地效翼船(艇)在上海淀山湖上海船舶工业公司举办的新闻发布会时也进行了水上掠航演示,同时宣布已通过系列试验及中国船舶工业总公司的验收。

    中国船舶工业总公司组织中国船舶科学研究中心研制的“信天翁”4型20座铝合金掠海地效翼艇,1999年建成并开始海上试验。

    以上几型艇都是12~20座客艇,艇重4~8吨,大体上属于同一档次的小型地效翼客艇。但却采取了不同的气动布局结构,不同的主艇体线型、主翼截面、形状,不同的结构材料、工艺措施,不同的机桨匹配装置,不同的下水登陆方案。

    2013年4月,中国第一艘12座海洋地效翼船在南海海域进行各项飞行测试后,宣布试飞取得成功。该项技术填补了我国在地效翼船领域的空白 。除CYG-11型外,海南英格地效翼船制造有限公司还完成了CYG-40型地效翼船的设计工作。该船核载人数40人,载重量4000千克。此外,CYG-100型、CGY-150型、CYG-200型这三种型号的地效翼船也正在研发中 。

    目前,地效飞行器技术已日益受到世界各国的重视,世界上在中小型地效飞行器的设计和制造上已积累了丰富的经验,以俄罗斯为代表的一些国家(包括美国、德国、中国、澳大利亚、日本、加拿大等)已经具备了一些较成熟的技术。 近几年地效飞行器市场需求量呈现逐年上升的趋势。相关应用技术的发展都对地效飞行器应用领域的进一步拓宽起到了积极作用,极大地带动了地效飞行器市场需求量的增加。大型化、无人化、多功能化无疑已成为当今地效飞行器的发展方向。

    民用地效飞行器的发展

    1、DXF100

    “天使号”6座地效翼船“天使号”6座地效翼船

    DXF100是由中国科技开发院地效开发中心联合中国航空工业总公司第605研究所总体设计、中国航天工业总公司第701研究所局部设计、宏图飞机制造厂生产制造的中国第一代实用型地效飞机。DXF100于1995年开始研制,1998年11月10日在湖北荆门市漳河水库试飞成功。

    DXF100主要用于商业运营,可载乘客15人,装有两台300马力航空发动机,机长16.15米,机高4.91米,宽10.98米,最大平飞速度200公里/小时,最大航程400公里,最大起飞重量4900公斤,有效载重1600公斤,巡航飞行高度0.6一1米,飞行抗浪高度0.9-1.4米。作为新型交通工具的地效飞行器,有飞行的高速度,而无高空事故的危险,无需建机场,飞行平稳舒适,可应用于江河湖海、草原等地使用,在客运、货运、旅游救护、海上缉私、海洋监测等方面具有广阔的应用前景。

    2、江苏首架地效翼船

    2012年10月,江苏成业地效翼船有限公司研发出一艘“天使号”6座地效翼船,该飞行器长10米左右,高3米多,只要有300米左右的航道它就可以飞起来,飞行速度最高可达每小时160公里,最理想的状态是距离海面0.5米到3米的低空飞行,最高不超过150米。可用于海事、渔政、旅游、船舶监管等多个领域。

    相关内容/地效飞行器 编辑

    4月16日,海南自主研发的地效翼船在海口桂林洋海域首次实现双船试飞。

    据了解,地效翼船俗称会飞的船,停在水面像船,起飞后更像飞机。

    此次试飞的CYG-11型的翼船可载12人或载货1200kg,时速200公里每小时,续航1500公里,百公里耗油28升,售价每艘在250万到300万美元之间。约合人民币1547万。

    海南自主研发的CYG-11型地效飞行器试飞。

    可用于海防、海关辑私、海事监管、“海上高速公路”建设和观光旅游。

    海南自主研发的CYG-11型地效飞行器试飞。

    对保卫我国海防和海洋权益具有重大战略意义。

    4月16日,海南自主研发的地效翼船在海口桂林洋海域首次实现双船试飞。据了解,地效翼船俗称会飞的船,停在水面像船,起飞后则像飞机。此次试飞的CYG-11型翼船可载12人或载货1200kg,时速200公里,续航1500公里,百公里耗油28升,售价每艘在250万到300万美元之间,可用于海防、海关缉私、海事监管和观光旅游,对保卫我国海防和海洋权益具有重大战略意义。

    面临问题/地效飞行器 编辑

    技术障碍

    1、地效飞行器设计理论还不成熟。

    与常规飞机设计不同,这种飞行器由于在飞行中,不仅受地面效应影响,还会受到海情、浪高的许多随机因素的影响,在整个航行过程中大都处于非定常飞行状态,空气动力原理十分复杂,特别对飞行器操稳特性的控制和操纵面的设计带来很大的难度,因此这种飞行器的设计大量依靠风洞试验和水面实际试航,不仅费时费钱,还很难得到一般规律。

    此外,这种飞行器要经常从水面进入大气,又要从大气进入水面,这两种介质的交替使用会给机体造成特别大的冲击载荷(就像我们在跳水时不小心可能受“水拍”一样),并使飞行器的气动力受到强烈扰动,造成翻转、强烈颠簸,严重的会破坏机体结构折断机翼、机身等。

    2、地效飞行器的发动机设计也必须给予特别的考虑,因为它使用的介质既不是纯空气,也不是纯水流,而是含有大量水气的空气,在贴海飞行时会吸入浪花,在贴地飞行时会吸入地面碎石和杂物。

    3、飞行器的选材也是一大难题,既要能经受海面的冲击和振动,又要能耐海水的腐蚀既要足够的结实,又不能太重,还应有更好的耐应力疲劳性能。

    正是存在以上许多未知或不安定的对安全性和舒适性有很大威胁的因素,给地效飞行器的设计带来了很大的挑战。

    相关文献

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    扩展阅读
    1中国青年报
    2俄地效飞行器技术优势被削弱 拨款不足成致命伤

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