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主题：【原创】像鸟儿一样腾飞（一） -- 晨枫
家园 【原创】像鸟儿一样腾飞（一） 自从莱特兄弟发明飞机以来，人们一直为能够飞翔蓝天而激动不已，同时又受起飞、着落所需的滑跑所困扰。在莱特兄弟时代，飞机只要一片草地或缓坡就可以起飞、着陆。不列颠之战和巴巴罗萨作战中，当时最高性能的“喷火”战斗机和Me109战斗机也只需要一片平整的草地就可以起飞，除了重轰炸机，很少有必须用“正规”的混凝土跑道起飞、着陆的。今天的飞机的性能早已不能为这些飞机所比，但飞机的滑跑速度、重量和对跑道的冲击，使对起飞、着陆的跑道的要求有增无减，连简易跑道也是高速公路等级的。现代战斗机和其他高性能军用飞机对平整、坚固的长跑道的依赖，日益成为现代空军的致命的软肋。为了摆脱这一困境，从航空先驱的时代开始，人们就在孜孜不倦地研制能够象鸟儿一样腾飞的具有垂直/短距起落能力的飞机。
自从人们跳出模仿飞鸟拍翅飞行的谜思之后，依据贝努力原理的空气动力升力就成为除气球和火箭外所有动力飞行器的基本原理。机翼前行时，上下翼面之间的气流速度差造成上下翼面之间的压力差，这就是升力。所谓“机翼前行”，实际上就是机翼和空气形成相对速度。既然如此，和机身一起前行时，机翼可以造成升力，机身不动而机翼像风车叶一样打转转，和空气形成相对速度，也可以形成升力，这样旋转的“机翼”就成为旋翼，旋翼产生升力就是直升机可以垂直起落的基本原理。
旋翼产生升力的概念并不新鲜，中国儿童玩竹蜻蜓已经有2000多年了，西方也承认流传到西方的中国竹蜻蜓是直升机最初的启示。多才多艺的达·芬奇在15世纪设计了一个垂直的螺杆一样的直升机，不过没有超越纸上谈兵的地步。1796年，英国人George Cayley设计了第一架用发条作动力、能够飞起来的直升机，50年后的1842年，英国人W.H. Philips用蒸气机作动力，设计了一架只有9公斤重的模型直升机。1878年，意大利人Enrico Forlanini用蒸气机制作了一架只有3.5公斤重的模型直升机。1880年，美国发明家托马斯·爱迪生着手研制用电动机驱动的直升机，但最后放弃了。法国人Paul Cornu在1907年制成第一架载人的直升机，旋翼转速每分钟90转，发动机是一台24马力的汽油机。Cornu用旋翼下的“舵面”控制飞行方向和产生前进的推力，但Cornu的直升机的速度和飞行控制能力很可怜。
外链图片需谨慎，可能会被源头改中国小孩竹蜻蜓玩了有2000年了，流传到西方后，成为现代直升机的灵感
外链图片需谨慎，可能会被源头改达·芬奇设计的直升机，到底能不能飞起来，很是可疑
外链图片需谨慎，可能会被源头改1796年，英国人George Cayley设计了这么一个直升机，最高升到90英尺（约30米）
外链图片需谨慎，可能会被源头改法国人Paul Cornu在1907年设计的第一架载人直升机
但是意大利人Juan de la Cierva在1923年设计旋翼机时，无意中解决了直升机的一个重大问题，他发明的挥舞铰解决了困扰直升机旋翼设计的一个重大问题。1930年10月，意大利人Corradino D'Ascanio的直升机是公认的第一架现代意义上的直升机，在18米高度上前飞了800多米的距离，D'Ascanio的直升机用共轴反转双桨。30年代，德国人Heinrich Focke设计了FA-61直升机，不断在各种纳粹集会中作公关表演，但德国人Anton Flettner设计的FL282可算是第一种量产直升机，在二战中为德国海军生产了近1000架，不过没有在战斗中起到什么作用。Igor Sikorsky设计的VS300（VS代表Vought-Sikorsky，当时Sikorsky是Vought飞机公司的一部分）第一次采用尾桨，真正奠定了现代直升机的雏形。
外链图片需谨慎，可能会被源头改D'Ascanio的直升机是第一个现代意义上的直升机，能完成前飞，具有基本的飞行控制能力
外链图片需谨慎，可能会被源头改30年代德国的FW61直升机，被纳粹用作宣传纳粹“优越性”的工具
外链图片需谨慎，可能会被源头改德国FL282应该是第一架量产型直升机，在二战期间产量达到近1000架，用于德国海军，不过没有对战斗造成什么影响
外链图片需谨慎，可能会被源头改这是FL282的近容
外链图片需谨慎，可能会被源头改39-40年Sikorsky的VS300直升机是现代直升机的“老母鸡”，奠定了现代直升机最常用的尾桨布局
外链图片需谨慎，可能会被源头改尽管贝尔飞机公司在37年才开张，45年的贝尔47是第一种量产的实用型直升机，在朝鲜战场就广泛用于伤员救护、侦察、炮兵指引等，从长津湖突围的美国海军陆战队1师如果不是贝尔47帮助在峡谷上架轻便桥，就没有今天吹牛的本钱了
外链图片需谨慎，可能会被源头改UH-1使越南战争成为第一场直升机战争，直升机成为美军士兵进入和撤离战斗最常见的运输工具
外链图片需谨慎，可能会被源头改UH-60是现在美军的主力战术运输直升机，中国在89年前进口过一小批，在西藏高原使用的效果十分好
本帖一共被 9 帖 引用 (帖内工具实现)家园 终于出全，可以慢慢看悠闲花了。 家园 【原创】像鸟儿一样腾飞（三十）（完） 洛克希德JSF基本就是F-22的缩小版。洛克希德JSF在早期曾经设想过用鸭式布局，但不久就放弃了，回到驾轻就熟的常规布局，采用与F-22相似的菱形翼和外倾的双垂尾，此外并无惊人之笔。不过在性能上比较平衡，不会出大的意外，符合JSF最低风险和成本的原则。在气动设计上，洛克希德JSF的最大特点是“无边界层分离板超音速进气道”（Diverterless Supersonic Intake，简称DSI），既改善了隐身，又提高了进气效率。洛克希德为了少走弯路，早早和雅可夫列夫合作，吸取前者在垂直起落战斗机研制上的经验，最后方案和雅克-41有相似之处也就不奇怪了。洛克希德JSF采用升力风扇加升力-巡航发动机的方案，不过在升力风扇的驱动方式上有过一段犹豫，最后采用了技术上比较成熟的轴驱动，配以号称世界上最强大的离合器，在不用垂直升力的时候，离合器将驱动轴和升力风扇脱开。洛克希德最初是想用喷气驱动的升力风扇的，也就是说，将低压压气机后的压缩空气引出一股，折向前面，驱动升力风扇。驱动方式可以向轴心的涡轮吹气以驱动风扇，或者向升力风扇的翼尖吹气，像驱动水轮一样，也就是所谓的tip jet方式。喷气驱动的好处是省却沉重、复杂、维修麻烦的驱动轴和离合器，可靠性好，但喷气驱动需要在机体内布置可以通过很大流量的高压空气管路，占用空间太大，最后还是放弃了。洛克希德JSF也进入了对比试飞，代号X-35，并最终赢得JSF的合同，代号改称F-35。洛克希德由此成为21世纪美国唯一研制新战斗机的公司，波音通过麦道的关系还在制造F-18E/F，但在F-22上只有转包商的份，F-35则一点份也没有。F-35将分三个基本型：空军的A型取消升力风扇，空下的体积用于更多的机内燃油的设备；海军陆战队的B型，具有垂直起落能力；海军的C型，为航母起落增大了机翼和尾翼。英国已经肯定加入F-35计划，很多国家有意用F-35作为F-16或F-18的后继，但美国对F-35的生产采用“赢者通吃”，而不是入股分工，并对敏感技术的转让限制重重，可能给F-35的外销带来一定的问题。不管怎么说，如果不出意外的话，F-35将是未来二、三十年唯一的实战型垂直起落战斗机，其重要性不言而喻。
外链图片需谨慎，可能会被源头改洛克希德JSF基本就是缩小的F-22
外链图片需谨慎，可能会被源头改这个角度看，几乎就是YF-22的翻版
外链图片需谨慎，可能会被源头改脊背那么高，会不会影响飞行员的后向视线？
外链图片需谨慎，可能会被源头改洛克希德JSF在气动设计上最大的特点就是DSI进气道，用一个精心设计的鼓包而不是常见的边界层分离板来泄放机体和进气道结合部的呆滞气流，即改善了隐身，也提高了进气道的效率
外链图片需谨慎，可能会被源头改洛克希德JSF的升力风扇既避免了升力-巡航发动机对发动机位置的局限，又避免了升力发动机对高温喷气回吸的问题，图中可以看到已经打开的升力风扇和垂直起落是专用的主发动机的辅助进气门
外链图片需谨慎，可能会被源头改对比F-35的垂直起落，和雅克-41非常相像，不同的是，F-35采用轴传动的升力风扇，而不是专用的升力发动机
外链图片需谨慎，可能会被源头改洛克希德方案的F119发动机，可以看到轴驱动的升力风扇
外链图片需谨慎，可能会被源头改三轴转动的尾喷管，这是雅可夫列夫影响最显著的地方
外链图片需谨慎，可能会被源头改罗尔斯•罗伊斯负责的升力风扇，其喷口可以延伸和向后，如果这是单独的升力发动机，不难想象它可以在主发动机故障的情况下，单独推动飞机返航
外链图片需谨慎，可能会被源头改升力风扇正在准备试验，可以和旁边的人比较一下尺寸
外链图片需谨慎，可能会被源头改洛克希德F-35的垂直起落机制示意图，可以清楚地看到可以偏转的尾喷管、前升力风扇和传动轴
外链图片需谨慎，可能会被源头改洛克希德曾经想用更先进的喷气驱动升力风扇（下），但技术上风险太大，最后还是用比较保险的轴驱动风扇（上）
外链图片需谨慎，可能会被源头改F-35和F-16、F-22的对比
外链图片需谨慎，可能会被源头改空军的F-35A，只有常规跑道起落能力，不具备垂直起落能力，原用于升力风扇的体积改用于机内油箱，大大增加了航程和载弹能力
外链图片需谨慎，可能会被源头改海军陆战队的F-35B，具有垂直起落能力，加宽机背以安装升力风扇
外链图片需谨慎，可能会被源头改海军的F-35C，具有航母起落能力，但不具备垂直起落能力，加大机翼和尾翼，以适应航母上低速、大迎角起落的要求
外链图片需谨慎，可能会被源头改F-35个型号的共同性
外链图片需谨慎，可能会被源头改F-35结构解剖图
外链图片需谨慎，可能会被源头改F-35B和伴飞的AV-8B，两者的机内容积的差别显而易见，这反映到机内载油上，对航程的影响就大了
外链图片需谨慎，可能会被源头改F-35B在作垂直起落，可以看到已经打开的升力风扇和辅助进气口
在战后60年里，航空技术的发展不可以道里计，超音速飞行、越洋飞行早已不成问题，但基本的原理级的技术没有大变，依然是使用动力产生速度，有空气和固定机翼的相对速度产生升力。回顾垂直起落飞机60年的历史，人们尝试的各种升力原理不计其数，其中不乏创造性思维的火花，但除了各种直升机外，达到实用阶段的垂直起落飞机寥寥可数。文中当然不可能罗列所有的设计，下图就是一些漏网的例子。尽管人们在垂直起落飞机领域屡败屡战，每一个失败的例子就指明了一条走不通的路，这是非常宝贵的经验积累。都说21世纪将是中国的世纪，这应该包括中国的航空技术，幸运青睐于有准备的人们，中国的航空人是否准备好了呢？
外链图片需谨慎，可能会被源头改可以折起桨叶的旋翼不是新想法，法国Sud Aviation在50年代就有过这样的想法
外链图片需谨慎，可能会被源头改更疯狂的是这个Ryan的F-104VTOL方案
外链图片需谨慎，可能会被源头改三角翼的翼尖像全动平尾一样，可以改变迎角，旋转时可以像直升机一样产生升力，固定了就是三角翼
本帖一共被 1 帖 引用 (帖内工具实现)家园 花贺晨老师讲完课 下面讲什么，再来个三十集如何
家园 太太太太太太牛了，课余时间把航空知识的社长职务兼任了吧！ 家园 总算结束了 花之 哪天 晨大 是不是可以写写NASA的 X系列验证机?那些东东比较好玩,也比较有嚼头.偶多嘴了
家园 呼呼，《晨枫航空知识》什么时候出单行本啊？ 感谢晨枫，帮我剩下了一年的《航空知识》钱。
请问《晨枫舰船知识》何时创刊？
家园 不比不知道 放一块一比，f-16就是皮包骨啊！
一个发动机前面顶个座舱就完了。
无论f-32还是35，都是胖乎乎的。
家园 压轴之作来双宝 恭喜：意外获得【西西河通宝】一枚
谢谢：作者意外获得【西西河通宝】一枚
鲜花已经成功送出
家园 宝帖完成，可喜可贺，献花一朵，略表敬意