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第31章 空中交通篇(5)

隐形飞机能“隐形”,主要是靠采用了一系列隐形高新技术,其中包括机体骨架和蒙皮的隐形材料、表面隐形涂敷材料、外形隐形结构、降红外辐射技术、降噪技术和电子干扰技术等。制造隐形飞机骨架和蒙皮的隐形材料有好几种,用得最多的是碳纤维增强树脂复合材料、碳纤维和碳素基体结合在一起的碳—碳复合材料、碳化硅丝增强铝复合材料等,这些复合材料质坚量轻,能够吸收雷达波。美国的B-2隐形轰炸机机体蒙皮内,还采用一种蜂窝状夹芯材料作为衬里,以进一步提高机体吸收雷达波的能力。为了获得尽可能完善的隐形效果,整个机身外表面涂上了一层镍钴铁氧体,或者金属和金属氧化物超细粉末组成的隐形涂料。这种涂料能使照射上来的雷达波的磁损耗加大,起到吸收、透波作用;还有一种叫斯旺基杰夫的碱盐涂料,它能将照射上来的雷达波迅速转换成热能,不再产生反射波。

隐形飞机除了采用隐形材料制造机体外,它那奇特的外形结构也是飞机能隐形的一大关键。常规飞机的圆筒形机身,以及机身、机翼、立尾三者互为直角的连接结构,都能使不同方向入射的雷达波产生返回雷达接收天线的反射波。隐形飞机设计师发现,如果将圆筒形机身改成剖面呈菱形、锥形、头盔形的异型机身,或把机身和后掠机翼之间的连接做成圆滑过渡,形成身翼融合的特殊机型,取消尾翼,改用倾斜的V形双立尾,机身和机翼下不设置装导弹的挂架等,都能起到破坏雷达波产生回波的作用,使回波减至最弱甚至几乎没有,隐形飞机F-117A和B-2就是综合这些特点设计的。B-2隐形轰炸机的翼展52.43米,机身长21米,如此大型的飞机,它的雷达散射截面只有0.05平方米,隐形效率是非常高的。

由于探测飞机的设备除雷达外,还有红外探测器,因此隐形飞机除了对雷达隐形,还要对红外探测器隐形。办法是将飞机发动机的进排气口设置在飞机顶部,并在排气口安装排气机和吸热装置,使高温喷流在排出前吸入冷空气,迅速降温,减少发动机喷口的热源,不让地面的红外探测器探测到飞机的红外辐射。对于飞机飞行中产生的噪声,可通过装备吸声装置或设计噪声特别小的发动机来解决。

无人驾驶飞机

无人驾驶飞机,就是驾驶员不在机内的飞机,简称为无人机。无人机既有专门设计的,也有用飞机或导弹改装而成的。

与有人驾驶的飞机相比,无人机的质量轻、尺寸小,而且成本低、机动性高、隐蔽性好。既然无人驾驶,飞机为什么能在空中飞行呢?

微电子技术、控制和导航技术的发展,为无人机提供了技术条件。无人机并非没有控制系统。它是由人在地面上通过控制系统对无人机进行飞行操作,这个控制系统就是机外遥控站。它的控制方式有2种,一是无线电遥控,二是自动程序控制。因此,无人机可分为遥控和非遥控2类。前者又称遥控飞行器,后者称程序控制飞行器。在飞行中,程序控制装置会自动输出信号,控制无人机按预定程序进行飞行。飞行的高度、方向靠自动驾驶仪保持。机上装有摄像机,地面遥控站的“驾驶员”可随时掌握飞机的飞行情况。

无人机可以回收,回收方式有:自动着落、降落伞回收、空中回收和拦网回收。

无人机的应用领域越来越广泛。在军事上,可以用来侦察、监视、通信、反潜、骚扰、诱惑和对地攻击。在国民经济方面,可用于大地测量、气象预测、城市环境监测、地球资源勘探、森林防火和人工降雨等。在科学研究上,可用于大气取样、新技术研究验证等。

喷气式飞机的发明

1941年5月15日黄昏,英国空军中尉塞耶在一架轰鸣声中,驾驶着英国的第一架喷气式飞机,冲上了天空。人类“欲与天公试比高”的历史又掀开了新的一页。

“函道风扇”轰动一时亨利·科安达是世界上第一架喷气推进飞机的制造者,他于1887年生于罗马尼亚布加勒斯特。

科安达很早就表现出对航空的爱好。1905年,他在布加勒斯特曾经制造过一个火箭推进器的模型,他一直想利用喷气的反作用力作为飞机的动力装置。在1910年10月的巴黎展览会上,展出了他制造的世界上第一架喷气式飞机,引起了很大的轰动。但它并不意味着它就是20世纪30年代和40年代在德国和英国研制的那种涡轮喷气式飞机。但是,它具有今天被称为“函道风扇”的设计思想。

这架飞机在巴黎展出之后,进行了世界上第一次用喷气动力推进的短暂离地飞行,由科安达亲自驾驶,时间是1910年12月10日。当时,他本来并没有打算飞行,他的计划是检查那台喷气发动机在地面工作的情况。这时,飞机停在巴黎城外的一片空地上,科安达爬进飞机的驾驶座,启动了喷气动力装置,他集中精力调整喷流,没有意识到飞机却在迅速地增速。他抬头一看,发现飞机在急速接近巴黎城墙,此时已来不及停机或转弯了,于是他决定飞起来试试。遗憾的是,他虽然会设计飞机、制造飞机,但对驾驶飞机却是十分地外行,他从来没有驾驶过飞机,没有任何飞行经验。这架飞机好像一头不听话的猛兽,突然急速上升,接着便猛地一下冲向地面。先是左翼触地,接着燃起了熊熊大火。科安达倒并没有困在里面,而是被抛出了这架燃烧着的飞机,这真是不幸之中的万幸。

科安达的发明使地球轰动一时,他制作的这架飞机是世界上第一架喷气式飞机,虽然具有历史意义,寿命却很短促,摔坏之后就再也没有修复。

技术改进投入空战在喷气式发动机(又叫引擎)诞生之后,才使真正的喷气式飞机得以出现,这项发明得归功于英国的弗兰克·威特尔和德国的汉斯·冯·奥海因。

1945年3月18日,一群英国B-17“空中堡垒”轰炸机和B-24“解放者”战斗机从容地飞临德国上空。突然,有37架德国战斗机出现了,它们以难以置信的速度冲刺过来,令人惊讶的是,这些外形光滑呈流水线的歼击机竟然没有螺旋桨。这场遭遇战,英军18架轰炸机遭遇惨败。

这种没有螺旋桨的飞机是怎么一回事呢?

16年前的1929年,年仅22岁的英国皇家空军军官威特尔提出了一种新的飞机推进方法:

取消螺旋桨和活塞上擎!他认为这可以使飞机飞得更高更快。当时,人们认为飞机怎么可以没有螺旋桨?这简直不可思议!

而威特尔的设想是,在雪茄形机器上用一台像风车那样的风扇将空气吸入,压缩了的空气用燃料加热,大量的废气以高速排出,成为推动飞机前进的动力。

威特尔将他的设想交给英国空军部引擎顾问审查,希望得到他们的支持,然而却毫无结果。不过有一个人却对威特尔的设想很感兴趣,他便是威特尔所驻皇家空军基地的教官,名叫约翰逊。1930年1月16日,约翰逊叫威特尔把这一设想拿到英国专利局登记,以后几年,他又和威特尔一起四处游说,但没有人感兴趣,于是,喷气发动机制造设想被束之高阁。

1935年1月,此时的威特尔经济上十分困难,连25英镑的专利费也付不出,他只得放弃了。正在这时,有两个商人却专门成立了一家公司来发展引擎,他们当然想把威特尔拉过去,但空军部不愿意,只同意威特尔每个星期为他们工作26个小时,而且有言在先,必须向政府支付产品的商业利益的25%。

此时,威特尔在英国已经克服了技术上的困难,制成了压气机、涡轮、燃烧系统和其他部件,他将这些部件装配起来,像个巨大的低音喇叭。1937年4月12日,威特尔开动了这个引擎,第一次听到了喷气发动机特有的呜呜声,他信心十足,将转速提高到了每分钟2500转,一下子,呜呜声变成了刺耳的尖叫,他急忙关掉阀门,但引擎仍然继续转了几秒钟。到了1938年初,由于长时间工作,使威特尔头痛欲裂,精神几乎崩溃,但他仍然坚持着。经过一年的孤军奋斗,他终于在这一年的4月制成了第二台引擎,但灾难也发生了:开始两小时,涡轮运转很正常,到每分钟13 000转时,引擎破碎了!威特尔感到十分沮丧,因为他已没有钱再造另一台了。

欧洲战争从1939年开始了。如果英国政府一开始就支持威特尔,这时很可能就占尽了空中优势,但英国当局没有理会他。幸运的是,正在威特尔走投无路时,空军部给了他一份合同,要求他制造出供飞机使用的轻型引擎。

1940年,7月份的时候,威特尔的引擎已能正常运行,它的推力足以推动一架小飞机了。1941年5月15日的黄昏,当试飞员爬进这架狭窄的飞机座舱后几秒钟,这架银光闪闪的小飞机就在云端发出尖锐的鸣声了。随后,另一架飞机飞往哈特菲尔机场请丘吉尔首相检阅。

而一个23岁的德国人奥海因的思想与威特尔相仿。早在1934年,奥海因在德国哥廷根大学读物理研究生时,便自己设计引擎草图,1939年初将引擎制造好。这年7月,他兴高采烈地向希特勒介绍这种喷气式引擎,但希特勒并不欣赏。看来只有先斩后奏以事实说话了。于是他开始秘密制造喷气机。

1942年7月18日这架飞机首次飞行,到1943年底已经投入大规模生产。终于,这种飞机引起了希特勒的兴趣,但他要求改为轰炸机,希特勒这个愚蠢的命令浪费了宝贵的10个月时间,这10个月却使盟军得以控制了诺曼底的上空,为1944年6月开辟第二战场的登陆打下了基础。后来,德国空军终于采用了Me-262飞机,它的速度比盟军战斗机快,而且能爬升得更高,然而,为时已晚,德国已到了濒于崩溃的地步,战争过了不到两个月便宣告结束了。

由于英国和德国的官僚们都反对这种“没有螺旋桨的飞机”的设想,因此,喷气式飞机没有能正式参加第二次世界大战,一直到朝鲜战争,喷气式飞机才开始投入实战。

1948年,英国政府公开承认了威特尔的贡献,并对他封爵行赏。此后,世界上许多国家、城市、大学和专业团体都纷纷把奖章、奖金和荣誉学位颁赠给他,以表彰他的杰出贡献。

第二次世界大战以后,奥海因也移居美国,他先在俄亥俄州的赖特—帕特森空军基地担任喷气式飞机设计工作,后来又转到大学任教授。

1965年,两位喷气式飞机的发明者——威特尔和奥海因终于在美国纽约见面了,这是他们第一次见面,从此他们便成了一对好朋友。

1991年10月,美国政府为他俩颁发了美国工程师最高奖——德雷伯奖。

技术突破长足发展20世纪60年代初,航空动力装置取得了新的突破,飞机的结构、外形、材料也相应得到了发展,操纵性能和可靠性大大提高,喷气式飞机进入到了第二代。加力燃烧室的出现是喷气动力装置的第一次突破,利用这种喷气发动机,飞机的速度首次突破音障,时速达到了1300千米。但是,这种发动机仍有耗油多、经济性差、噪音大等弱点。1960年,美国普利特·惠特尼公司研制成功了JT3D和JT8D涡轮风扇发动机,为第二代喷气飞机的产生提供了先进的动力装置。同时,机身越来越光滑,机翼面积减小,翼型变薄,使飞机的阻力减小,并且采用钛合金和不锈钢做飞机的蒙皮,以抵抗高速飞行所产生的高温。

20世纪60年代末,喷气式飞机开始进入了第三代,即现代飞机阶段。第三代喷气式飞机的动力装置主要是向增加推力、降低耗油量、减少噪音、减少排放废气污染、增加寿命的方向发展,出现了能满足上述要求的高函道比涡轮风扇发动机。作为超音速的现代飞机,既要在超高速巡航飞行时有尽可能大的升阻比、尽可能小的阻力,又要在低速飞行时具有良好的MD-90双发喷气客机操纵性。为了做到这一点,后来出现了三角翼鸭式、可变后掠翼有尾型、三角翼无尾型等新型飞机,同时还先后出现了翼梢小翼、环量控制机翼、适应式机翼、梯形翼、斜机翼等新翼型,使飞机的气动布局得到很大的改进。当然飞行难度也增加了,因此现代飞机都离不开电子计算机,只有借助计算机,驾驶人员才能掌握现代飞机飞行。飞机的钣金结构也逐渐被整体结构和蜂窝夹心结构所代替,这些新结构不仅使飞机重量大大减轻,强度也大大提高了。

超音速飞机的发明

20世纪40年代中期,飞机的动力装置从活塞式发动机向喷气式发动机发展,飞机结构设计得到重大改进。这些,使航空领域产生了一次重大的突破——飞机飞行速度超过音速。

喷气动力飞速发展

飞机在第二次世界大战的战场上,起着举足轻重的作用,而速度的大小,又直接影响了飞机的战斗能力。当时的战斗机,最大时速在700千米左右。这个速度已经接近活塞式飞机飞行速度的极限。例如美国的P-51D“野马”式战斗机,最大速度每小时765千米,大概是用螺旋桨推进的活塞式战斗机中飞得最快的了。必须增加发动机推力才能进一步提高飞行速度,但是活塞式发动机已经无能为力。

二战末期,德国研制成功Me-262和Me-163新型战斗机,投入了苏德战场作战。这两种都是当时一般人从未见过的喷气式战斗机,前者装有2台涡轮喷气发动机,最大速度870千米/时,是世界上第一种实战喷气式战斗机。后者装有1台液体燃料火箭发动机,最大速度933千米/时。

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