“小白龍”飛行器

1、“小白龍”飛行器垂直起落狀態(tài)立體圖。垂直起落狀態(tài)三視圖。巡航飛行狀態(tài)立體圖。巡航飛行狀態(tài)三視圖。水陸空三棲型垂直起落式小型亞音速飛機(jī)1.前言在各種飛行器中，最奇特的是直升機(jī)。它在空中能自如地向前飛，后退飛，側(cè)著飛，甚至翻筋斗，它可以不需要機(jī)場(chǎng)，只要有塊小空地，便能起飛降落， 并可垂直升降，平穩(wěn)地懸停在空中！雖有以上優(yōu)點(diǎn)，但仍有速度低、航程短、可靠性差、噪音大、操縱復(fù)雜、事故率高的缺點(diǎn)。這些缺點(diǎn)，特別是速度低，安全性 差，是直升機(jī)與生俱來的，難以根本改進(jìn)。因此人們夢(mèng)想著能設(shè)計(jì)出新的更好的飛行器以超越直升機(jī)。近三年來，我一直留心于此，苦苦思索，先后設(shè)計(jì)出卻又排除 了五十多種方案。最終，我設(shè)計(jì)出下面

2、一個(gè)方案水陸空三棲型垂直起落式小型亞音速飛機(jī)，因具有水陸空三棲性，并采用白色的涂裝，故命名為“小白龍”號(hào)。 此機(jī)看似簡(jiǎn)單，實(shí)為簡(jiǎn)潔，并擁有許多優(yōu)異的性能。例如三棲型垂直起落式設(shè)計(jì)方案的實(shí)用性，亞音速飛機(jī)的快速性，能在各種場(chǎng)地起降所具有的廣泛適用性，在城 市內(nèi)起降時(shí)噪音較小所具有的環(huán)保性，機(jī)翼及機(jī)身對(duì)螺旋槳良好的保護(hù)作用，發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)飛機(jī)所具有的安全性，大批量生產(chǎn)所具有的經(jīng)濟(jì)性。下文為詳細(xì)的設(shè) 計(jì)說明。2.設(shè)計(jì)理念簡(jiǎn)潔 實(shí)用 適用 環(huán)保 安全 經(jīng)濟(jì)3.具體設(shè)計(jì)3.1 動(dòng)力系統(tǒng)在垂尾的頂部，安裝1臺(tái)渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)前方的減速器，帶動(dòng)減速器前面的可變距三葉共軸螺旋槳。三者設(shè)計(jì)成一個(gè)整體短艙，可以

3、在垂尾所在的平面 內(nèi)繞垂尾頂部的鉸轉(zhuǎn)動(dòng)(有點(diǎn)類似于V-22的發(fā)動(dòng)機(jī)短艙的轉(zhuǎn)動(dòng))，以使螺旋槳拉力可由豎直向上逐漸轉(zhuǎn)動(dòng)至水平向前。由于此螺旋槳直徑比直升機(jī)旋翼的直徑小 得多，因而轉(zhuǎn)速快，離心力大，剛性好；又由于其單位面積的推力大，螺旋槳后氣流速度大，在低速飛行時(shí)迎面氣流速度相對(duì)要小，故而不同于直升機(jī)，而是類似于 美國(guó)研制的XFY及XFV系列共軸螺旋槳式垂直起落試驗(yàn)機(jī)的螺旋槳，它的槳轂處可以不必設(shè)立揮舞鉸，擺振鉸，只需設(shè)立變距鉸便可。在垂直起降以及低速飛行 階段發(fā)動(dòng)機(jī)處于大功率狀態(tài)，螺旋槳處于大槳距狀態(tài)；在巡航飛行階段，發(fā)動(dòng)機(jī)處于部分功率狀態(tài)，螺旋槳處于小槳距狀態(tài)。 歐洲多國(guó)聯(lián)合研制的A400M運(yùn)輸

4、機(jī)，其發(fā)動(dòng)機(jī)為渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)，由于采用類似馬刀形的后掠槳葉，并采用多槳葉的薄型葉片設(shè)計(jì)，其巡航速度已經(jīng)達(dá)到 780km/h。隨著復(fù)合材料技術(shù)的發(fā)展，相信在不久的將來會(huì)研制出具有超臨界翼型剖面的后掠式薄型葉片。這樣，以渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的飛機(jī)可望達(dá)到 800km/h以上的巡航速度，成為亞音速飛機(jī)。類似圖-95轟炸機(jī)配備的渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)的特殊工作原理(可見航空檔案雜志2007年第四期47頁的介紹)，在飛機(jī)速度低于800km/h時(shí)， 發(fā)動(dòng)機(jī)處于部分功率狀態(tài)，主要依靠渦輪驅(qū)動(dòng)螺旋槳旋轉(zhuǎn)來提供拉力，排氣推力很少；在飛機(jī)速度超過800km/h后，由于螺旋槳效率將逐漸降低，故一方面調(diào) 整槳距，使螺旋槳接近順槳狀態(tài)，以

5、避免螺旋槳槳尖產(chǎn)生激波，減小螺旋槳所受的阻力螺旋槳的拉力也減小，另一方面，由于燃?xì)鈱?duì)渦輪做功減少，噴管排氣速 度將會(huì)因此增加，噴氣推力增大，補(bǔ)償了螺旋槳拉力的下降(當(dāng)然，此時(shí)可能要增加供油量)，使飛機(jī)達(dá)到約900km/h的最大飛行速度。另外，從發(fā)動(dòng)機(jī)的減速器艙輸出一根動(dòng)力軸。此軸通過離合器(在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部，本圖未畫出)，沿發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)部下方，傳遞到發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)的動(dòng)力輸入軸 (圖5、圖6中可由水平改變到豎直位置的那根軸)，經(jīng)圓錐齒輪將動(dòng)力輸入到發(fā)動(dòng)機(jī)與垂尾頂端連接處的中介齒輪(圖5、圖6中最大的那個(gè)，其兩側(cè)各有一個(gè)圓 錐齒輪的扁圓柱形齒輪本圖未畫齒廓，只畫出錐面示意齒輪齒廓)，然后由中介齒輪傳遞到垂尾

6、內(nèi)部的錐齒輪，經(jīng)軸傳遞到圓柱斜齒輪，由另一個(gè)與之交錯(cuò)排列 的圓柱斜齒輪(見圖5、圖6的左半部分)將動(dòng)力傳遞至垂尾下部，經(jīng)過球形連軸器(圖1、圖2中傳動(dòng)軸中右邊的那個(gè)小圓球)傳遞至機(jī)身下方，用四對(duì)錐齒輪連 接(見圖1、圖2)，從前起落架艙門上方繞過，將動(dòng)力傳遞至球形連軸器(圖1圖2傳動(dòng)軸中左邊的那個(gè)小圓球，圖3中的圓球)，將動(dòng)力傳遞至機(jī)頭內(nèi)的可變距 涵道螺旋槳。在鉸中間安裝中介齒輪的方法即“中介齒輪的軸線”與“發(fā)動(dòng)機(jī)與垂尾連接處的鉸的軸線”位于同一個(gè)軸線上，鉸在兩側(cè)，齒輪在中間(本文未畫 出)。齒輪后面加裝三角形的整流罩。整流罩與發(fā)動(dòng)機(jī)艙下部固接在一起，隨發(fā)動(dòng)機(jī)艙一起轉(zhuǎn)動(dòng)(見圖1、圖2中緊靠發(fā)動(dòng)

7、機(jī)下部的白色小三角形)當(dāng)然，垂尾 頂端整流罩后部應(yīng)該是內(nèi)部中空的，以便當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)艙轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，三角形的整流罩能夠切入垂尾頂端的整流罩內(nèi)，使發(fā)動(dòng)機(jī)艙能夠順利轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣，輸入軸與輸出軸因位 于中介齒輪的兩側(cè)，在發(fā)動(dòng)機(jī)艙轉(zhuǎn)動(dòng)范圍達(dá)到約八十度時(shí)，能夠互不干涉，能始終保持傳動(dòng)軸處于傳遞動(dòng)力的狀態(tài)。由此可見，相比于其它的垂直起降飛機(jī)，此機(jī)的動(dòng)力/升力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是很簡(jiǎn)潔的。3.2機(jī)身布局從前向后，依次為雷達(dá)艙，降落傘艙，涵道螺旋槳艙，兩排座艙，行李艙(上部)，主起落架艙(下部)。在傘艙下面安裝有可變后掠角的鴨翼的中央翼 盒。涵道螺旋槳艙上部為向兩側(cè)打開的兩個(gè)艙蓋；下部的前半部為向前下方開啟的半圓形艙蓋，后半部為向

8、兩側(cè)開啟的兩個(gè)艙蓋。在前排座艙中間的下部有前起落架 艙，只有一個(gè)艙門，向左下方打開。在行李艙位置處的機(jī)身上部安裝有后掠的機(jī)翼。主起落架艙在機(jī)身腹部，艙門為兩個(gè)，向兩側(cè)打開。主起落架艙的后上方，即機(jī) 身尾部，為面積較大的垂直尾翼。 3.3 座艙布局類似于轎車的座位的布局。前后共兩排，前排為兩個(gè)獨(dú)立的座椅，兩座椅間的下方為前起落架艙。后排為連成一體的兩個(gè)座椅，共四名乘客。(正如現(xiàn)在 有車族都會(huì)駕車一樣，相信隨著航空技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)駕駛設(shè)備的改進(jìn)，電腦的進(jìn)步，將來的小型飛機(jī)將會(huì)像汽車一樣容易操縱，普通成年人即可駕駛)儀表板安放 在前排兩個(gè)座椅前的中間，以使前排二人均可看到，二人均可單獨(dú)操縱飛機(jī)?？梢?/p>

9、，此飛機(jī)的實(shí)用性很好。3.4 機(jī)翼設(shè)計(jì)采用普通的亞音速飛機(jī)常用的梯形機(jī)翼，使用亞音速飛機(jī)所采用的層流翼型或超臨界翼型。上單翼布局，后掠角約30度，有前緣襟翼，后緣襟副翼，機(jī) 翼可向上折疊。由于機(jī)翼折疊后翼尖將靠在垂尾側(cè)面，設(shè)置翼梢小翼，將不便于機(jī)翼折疊后?？吭诖刮矀?cè)面，而且翼梢小翼的綜合效益實(shí)際上遠(yuǎn)沒有宣傳的那么好， 故不設(shè)置翼梢小翼。在機(jī)翼的端部附近，吊掛有細(xì)長(zhǎng)形的，類似F-80戰(zhàn)斗機(jī)使用的翼尖油箱。當(dāng)飛機(jī)在水面上漂浮時(shí)，油箱還可作為浮筒使用，以保持飛機(jī)在橫 向的穩(wěn)定性。3.5 鴨翼設(shè)計(jì)采用具有前后緣襟翼的變后掠式鴨翼，鴨翼可迅速改變后掠角。3.6 垂尾設(shè)計(jì)主起落架艙的后上方，即機(jī)身尾部，為

10、面積較大的垂直尾翼(因?yàn)槠渚嚯x氣動(dòng)中心較近，所以面積較大)。在水平與垂直位置之間轉(zhuǎn)換時(shí)的過渡狀態(tài)，因 速度較低，螺旋槳滑流不會(huì)對(duì)垂尾頂端整流罩產(chǎn)生嚴(yán)重的氣動(dòng)干擾。為降低螺旋槳滑流對(duì)方向舵的氣動(dòng)干擾，只在垂尾的中下部設(shè)置方向舵。垂尾的上部加長(zhǎng)加厚， 形成與發(fā)動(dòng)機(jī)下部表面圓滑過渡的形狀，以容納垂尾頂端內(nèi)部的軸與齒輪，同時(shí)增加發(fā)動(dòng)機(jī)與垂尾連接處的強(qiáng)度與剛度，使發(fā)動(dòng)機(jī)與垂尾既能夠可靠地連接又能夠靈 活地轉(zhuǎn)動(dòng)。3.7 起落架設(shè)計(jì)采用前三點(diǎn)式起落架，為機(jī)腹收放，類似F-16或殲-10的起落架。前起落架支柱高些，主起落架較短，以使機(jī)尾高度降低，并可在飛機(jī)著陸時(shí)使乘 客處于近似躺著的狀態(tài)，減少乘客所受的沖擊。

11、由于打開時(shí)的起落架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，本設(shè)計(jì)在此處又沒有什么創(chuàng)新設(shè)計(jì)，故本設(shè)計(jì)圖只畫出了起落架艙，艙門及機(jī)輪的大 小和位置，而支柱及收放機(jī)構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)則從略(可參考F-16或殲-10飛機(jī)的起落架結(jié)構(gòu))。4.各種飛行狀態(tài)及其相應(yīng)的設(shè)計(jì)4.1 地面停放飛機(jī)正常著陸后，發(fā)動(dòng)機(jī)艙轉(zhuǎn)動(dòng)到水平位置，并斷開離合器，使傳動(dòng)軸及涵道螺旋槳停轉(zhuǎn)。依靠共軸螺旋槳的驅(qū)動(dòng)，飛機(jī)可在地面自行移動(dòng)。到停放位置 后，關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，將共軸螺旋槳的槳葉調(diào)整到每排的三個(gè)槳葉中有一個(gè)處于豎直向下的位置(在設(shè)計(jì)制造時(shí)就要保證此位置可以實(shí)現(xiàn))并鎖定，使螺旋槳不能轉(zhuǎn)動(dòng)， 以降低飛機(jī)尾部高度，同時(shí)防止槳葉被撞壞，或槳葉打到折疊的機(jī)翼。類似F-18等艦載

12、戰(zhàn)斗機(jī)，地面停放后，飛機(jī)可折疊機(jī)翼，以減小占地面積。4.2 地面起降在垂直起飛與降落的階段，機(jī)身迎角約十度，發(fā)動(dòng)機(jī)艙與機(jī)身夾角約八十度，即發(fā)動(dòng)機(jī)艙處于豎直向上位置。發(fā)動(dòng)機(jī)油門開到最大，帶動(dòng)處于大槳距狀態(tài) 的共軸螺旋槳及涵道螺旋槳高速轉(zhuǎn)動(dòng)。由于此時(shí)共軸螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)平面距離地面約四米，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一個(gè)人的舉起手后的高度，因而槳葉不會(huì)對(duì)周圍的人構(gòu)成危險(xiǎn)。涵道 螺旋槳處于涵道之中，周圍又有艙門及機(jī)身，也不會(huì)對(duì)周圍的人構(gòu)成危險(xiǎn)。與V-22機(jī)翼處于螺旋槳的滑流中不同，由于共軸螺旋槳在垂尾頂端，遠(yuǎn)離機(jī)翼，且又 無平尾，在起降階段，一方面，共軸螺旋槳的滑流不會(huì)與機(jī)翼或平尾相互作用而產(chǎn)生復(fù)雜的氣動(dòng)干擾；另一方面，由于

13、機(jī)翼不阻擋共軸螺旋槳的滑流，共軸螺旋槳的 拉力不會(huì)降低；再者，共軸螺旋槳及涵道螺旋槳的滑流會(huì)被地面反彈，對(duì)機(jī)翼與機(jī)身產(chǎn)生向上的力，使飛機(jī)向上的合力增大。涵道螺旋槳單位面積載荷約為 600kg，共軸螺旋槳單位面積載荷約為400kg，由于涵道螺旋槳的排氣流不易收縮，而共軸螺旋槳因無涵道，排氣流將會(huì)收縮，因而雖然它們的螺旋槳載荷 不同，但它們的排氣尾流對(duì)地面的沖刷卻差不多。這么大的載荷，不會(huì)對(duì)草地構(gòu)成嚴(yán)重的沖刷，使飛機(jī)可以在草地起降(可參見垂直起落飛機(jī)設(shè)計(jì)書中的介 紹)。共軸螺旋槳拉力占五分之四，涵道螺旋槳拉力占五分之一(二者拉力不同，也許會(huì)使俯仰控制系統(tǒng)軟、硬件的設(shè)計(jì)比較復(fù)雜)，具體拉力分配可通過

14、調(diào)節(jié)二者 各自的不同槳距來實(shí)現(xiàn)。由于本機(jī)重心在機(jī)翼根部后緣附近，在機(jī)身后部，比一般飛機(jī)的重心位置偏后，距共軸螺旋槳近，距涵道螺旋槳?jiǎng)t遠(yuǎn)得多，因而，當(dāng)飛機(jī)以 機(jī)身上仰十度垂直起降時(shí)，兩個(gè)螺旋槳的拉力對(duì)重心的力矩能夠抵消，拉力的合力與重力能夠平衡。4.3 水面停放當(dāng)飛機(jī)在水面上漂浮時(shí)，油箱可作為浮筒使用，以保持飛機(jī)橫向的穩(wěn)定；由于機(jī)身后部較重，后部將會(huì)吃水較深，而飛機(jī)的頭部將抬起。因此，涵道螺旋 槳及其進(jìn)氣口將不會(huì)被淹沒，而是處于水面之上。4.4 水面起降由上文所述可知，在水面上停放時(shí)，涵道螺旋槳及其進(jìn)氣口將處于水面之上，能夠正常工作。由于涵道螺旋槳的兩個(gè)上艙蓋向兩側(cè)上方打開，前部有伸出 的機(jī)頭，

15、后部為機(jī)身；三個(gè)下艙蓋向兩側(cè)及前方打開，不易吸入其自身的排氣，故而不易吸入排氣流中攜帶的水珠。這樣，涵道螺旋槳在旋轉(zhuǎn)時(shí)，便不會(huì)被其排氣流 裹攜的水珠嚴(yán)重干擾而不能正常工作。尾部的共軸螺旋槳在垂尾之上，一方面，排氣流循環(huán)空間大，發(fā)動(dòng)機(jī)重新吸入的自身排出的廢氣將很少，另一方面，發(fā)動(dòng)機(jī)也 不會(huì)大量吸入其排氣流裹攜的水珠，以致于不能正常工作。發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣口遠(yuǎn)離水面，吸入的水珠不會(huì)比飛機(jī)在下雨時(shí)起降吸入的水珠多。當(dāng)然，吸入少量的水珠， 還是有好處的，特別是在天氣炎熱的時(shí)候。因?yàn)?，吸入少量的水珠，水?huì)在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)蒸發(fā)成氣態(tài)，會(huì)降低壓氣機(jī)內(nèi)氣體的溫度，減少壓縮后氣體的溫度，減少壓縮 功；會(huì)降低渦輪進(jìn)口的溫度，

16、增加渦輪葉片的工作壽命；會(huì)稍微增加發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣推力( “鷂”式垂直起降戰(zhàn)斗機(jī)便帶有發(fā)動(dòng)機(jī)噴水系統(tǒng)，以增加發(fā)動(dòng)機(jī)的推力)；會(huì)降低發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣溫度。因而此飛機(jī)也可在湖泊與江河的水面上安全垂直起降(與水上 飛機(jī)不同，此飛機(jī)是在水面垂直起降，而非水上飛機(jī)的滑行起降。水上滑行時(shí)機(jī)身與水之間會(huì)產(chǎn)生吸力，故而需要臺(tái)階型的機(jī)身以減少吸力。此機(jī)在水面垂直起降， 不會(huì)產(chǎn)生吸力，故不需要臺(tái)階型的機(jī)身。)，大大增加了飛機(jī)的使用范圍，使該機(jī)成為真正的水陸空三棲型垂直起落式飛機(jī)。4.5 空中飛行在低速過渡階段，類似V-22發(fā)動(dòng)機(jī)短艙的轉(zhuǎn)動(dòng)，垂尾頂端的發(fā)動(dòng)機(jī)短艙由豎直向上的位置逐漸向水平向前的位置轉(zhuǎn)動(dòng)。在此階段，一方面，螺

17、旋槳對(duì) 處于其前方的后掠機(jī)翼上方的氣流產(chǎn)生吸力，使機(jī)翼上方的氣流在機(jī)翼處于大迎角時(shí)不易因氣流分離而失速，有利于降低飛機(jī)的最小平飛速度，從而使過渡階段更安 全；另一方面，由于螺旋槳排氣的滑流不會(huì)與機(jī)翼和平尾相互作用，故不會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的氣動(dòng)干擾而引起整機(jī)俯仰力矩的波動(dòng)。在過渡狀態(tài)，與發(fā)動(dòng)機(jī)短艙一體的共軸 螺旋槳，其拉力向前的分量提供飛機(jī)前進(jìn)的水平拉力。此水平拉力使飛機(jī)速度逐漸增加，同時(shí)，飛機(jī)的機(jī)翼與鴨翼將產(chǎn)生越來越多的升力；共軸螺旋槳產(chǎn)生的拉力在 豎直方向的分量提供向上的拉力，但隨著速度的增加，發(fā)動(dòng)機(jī)短艙逐漸轉(zhuǎn)動(dòng)至水平位置，拉力在豎直方向的分量也逐漸減少，其逐漸減少的向上的拉力由逐漸增加的 機(jī)翼升力

18、補(bǔ)償，以使飛機(jī)向上的合力不會(huì)減少。涵道螺旋槳仍繼續(xù)工作，提供向上的拉力。但隨著速度的增加，但其槳距逐漸減少，其逐漸減少的拉力由逐漸增加的 鴨翼的升力來補(bǔ)償。共軸螺旋槳拉力的豎直分量，涵道螺旋槳的拉力，鴨翼的升力，機(jī)翼的升力此四個(gè)力共同作用，提供向上的合力以平衡飛機(jī)的重力。由于發(fā) 動(dòng)機(jī)短艙的傾角可改變，共軸螺旋槳的槳距可調(diào)節(jié)，故共軸螺旋槳的拉力在豎直方向的分量可調(diào)節(jié)；涵道螺旋槳的槳距可變，故涵道螺旋槳的拉力可調(diào)節(jié)；鴨翼的后 掠角可變，鴨翼的迎角隨機(jī)身迎角而變，鴨翼的襟翼可收放，故鴨翼升力的大小及位置可變；機(jī)翼的襟翼可收放，其迎角又隨機(jī)身迎角而變，故機(jī)翼的升力及位置可 變。四個(gè)產(chǎn)生豎直方向的力的部

19、件，其位置各不相同，故可在向上的，平衡重力的合力總數(shù)值基本不變的前提下，通過自動(dòng)控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)這四個(gè)力的大小及位置， 使它們對(duì)重心的俯仰力矩為零。在巡航階段，共軸螺旋槳處于小槳距狀態(tài)，且轉(zhuǎn)向水平向前的位置，并鎖定。離合器斷開，傳動(dòng)軸停止轉(zhuǎn)動(dòng)，涵道螺旋槳停止運(yùn)轉(zhuǎn)，其艙門也已關(guān)閉。由 于此時(shí)共軸螺旋槳在翼根后部的機(jī)身上方轉(zhuǎn)動(dòng)，一方面，螺旋槳對(duì)處于其前方的后掠機(jī)翼上方的氣流產(chǎn)生吸力，使翼上氣流密度減小，有利于增大機(jī)翼升力，另一方 面，后掠機(jī)翼與機(jī)身可對(duì)螺旋槳的噪音起到部分屏蔽的作用，使其傳向下方的噪音大大降低，減少了對(duì)地面的噪音污染。由于共軸螺旋槳在垂尾上方，因而其拉力對(duì) 重心處形成低頭力矩(雖此機(jī)

20、的發(fā)動(dòng)機(jī)因功率大而重量大，使尾部較重)，為解決此問題，將機(jī)翼布置得比一般的鴨翼布局后置發(fā)動(dòng)機(jī)的飛機(jī)(可參考世界飛機(jī)手 冊(cè)(2000年版)479頁的jetcruizer500公務(wù)機(jī)的三面圖)的機(jī)翼位置稍前些，其升力將對(duì)重心形成抬頭力矩，以抵消低頭力矩。變后掠鴨翼 可迅速改變后掠角，以消除巡航時(shí)螺旋槳拉力變動(dòng)產(chǎn)生的力矩。如需加速飛行，則加大油門，如上文所述，同時(shí)增大螺旋槳的槳距，降低轉(zhuǎn)速；增加噴管排氣速度， 增大噴氣推力，使飛機(jī)的總推進(jìn)力增加。5.性能設(shè)計(jì)5.1 適用性設(shè)計(jì)共軸式螺旋槳不會(huì)對(duì)機(jī)身產(chǎn)生扭矩，飛機(jī)運(yùn)動(dòng)方向改變時(shí)不會(huì)產(chǎn)生進(jìn)動(dòng)，操縱方便；同時(shí)，其排氣氣流對(duì)稱，因此便于駕駛飛機(jī)及設(shè)計(jì)自動(dòng)控制

21、軟件。由 于使用螺旋槳提供升力，與依靠噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)提供升力的F-35垂直起落戰(zhàn)斗機(jī)不同，不需要在機(jī)翼下專門設(shè)計(jì)兩個(gè)控制滾轉(zhuǎn)的噴嘴，減少了設(shè)計(jì)與控制的復(fù)雜性。 發(fā)動(dòng)機(jī)排氣比螺旋槳排氣的空氣流量小得多，不會(huì)產(chǎn)生發(fā)動(dòng)機(jī)將自己的排氣重新大量吸入的危險(xiǎn)情況。發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度低，排氣速度也小，因此此飛機(jī)可在草地或水 面起降。在起降時(shí)，此飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口位置高，當(dāng)在地面起降時(shí)，不易吸入地面上被氣流吹起的固體顆粒，發(fā)動(dòng)機(jī)不會(huì)因此而發(fā)生磨損甚至空中停車；當(dāng)在水面 起降時(shí)，不會(huì)大量吸入被氣流吹起的水珠，減少了發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生危險(xiǎn)的可能性。5.2 環(huán)保性設(shè)計(jì)在起降階段，相對(duì)于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，螺旋槳的槳盤荷載小得多，排氣速度小，

22、故有可能降低噪音。巡航飛行時(shí)，后掠機(jī)翼與機(jī)身可對(duì)螺旋槳的噪音起到部分 屏蔽的作用，使其傳向下方的噪音大大降低，減少了對(duì)地面的噪音污染。由于此螺旋槳葉片較多，每個(gè)葉片的負(fù)載小，使得螺旋槳的噪音小，再加上此螺旋槳驅(qū)動(dòng)功 率不是很大，也有利于降低噪音。這樣，噪音小所具有的環(huán)保性，加上下文所述的安全性，此飛機(jī)便可以在城市內(nèi)的空曠地帶起降。5.3 安全性設(shè)計(jì)由于在地面上垂直起降時(shí)，共軸螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)平面距離地面約四米，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一個(gè)人的舉起手后的高度，因而槳葉不會(huì)對(duì)周圍的人構(gòu)成危險(xiǎn)。涵道螺旋槳處 于涵道之中，周圍又有艙門及機(jī)身，也不會(huì)對(duì)周圍的人構(gòu)成危險(xiǎn)。普通的直升機(jī)及傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)的螺旋槳很大，易被周圍的建筑物或

23、架空輸電線等物體碰壞而失去升 力，發(fā)生機(jī)墜人亡的災(zāi)難性事故。此機(jī)前面為涵道螺旋槳，不會(huì)打到周圍物體。后面雖為裸露的共軸螺旋槳，但螺旋槳的前面為機(jī)身及寬大的機(jī)翼，側(cè)面為后掠的機(jī) 翼及油箱。在前面及兩側(cè)，當(dāng)發(fā)生碰撞時(shí)，將碰到機(jī)身及后掠機(jī)翼，僅僅使機(jī)翼或機(jī)身變形；而不會(huì)碰到共軸螺旋槳，故而不會(huì)發(fā)生機(jī)墜人亡的災(zāi)難性事故。此設(shè)計(jì) 使機(jī)身及機(jī)翼具有“舍車保帥”的功能。當(dāng)需要向后飛行時(shí)，可以通過在空中低速盤旋(從而盤旋半徑很小)半周，然后朝 “前方”飛行來實(shí)現(xiàn)。由于不是直接后退飛行，共軸螺旋槳后方雖不像前方及兩側(cè)那樣有機(jī)身及機(jī)翼的保護(hù)，槳葉也不會(huì)被周圍的建筑物或架空輸電線等物體碰壞， 使飛機(jī)失去升力，發(fā)生機(jī)

24、墜人亡的災(zāi)難性事故。另外，由于采用縱列式螺旋槳的布局，全機(jī)允許的重心變化范圍比橫列式螺旋槳的大，方便對(duì)機(jī)身的配平與飛機(jī)的操 縱。在飛行過程中，若發(fā)動(dòng)機(jī)失去動(dòng)力，兩臺(tái)螺旋槳將失去拉力，由于重心在機(jī)翼之后，飛機(jī)將以尾部朝下的大攻角姿態(tài)下落。此時(shí)降落傘艙在機(jī)身上方，由 于遠(yuǎn)離以風(fēng)車狀態(tài)旋轉(zhuǎn)的共軸螺旋槳及處于反向氣流吹動(dòng)狀態(tài)的涵道螺旋槳，降落傘將很容易安全地彈出并打開，使飛機(jī)緩慢地下降。在下降時(shí)，螺旋槳均自動(dòng)調(diào)節(jié) 成順槳狀態(tài)并剎車，使槳葉停轉(zhuǎn)，防止著地時(shí)螺旋槳撞壞后亂飛傷人。在落地時(shí)，垂尾頂端將先觸地。相對(duì)于垂尾頂端，由于重心在機(jī)身側(cè)而非在發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)，故隨后 在垂尾所在的平面內(nèi)，全機(jī)將會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，使機(jī)尾

25、觸地，然后主起落架著地，最后前起落架著地。由于著地時(shí)是依靠機(jī)身尾部逐級(jí)觸地而減速的，且著地時(shí)起落架也 起到一定的緩沖作用，故減速時(shí)的加速度小；又由于最終著地時(shí)，乘客以通常的頭在上方的乘坐姿態(tài)著地，因而著地時(shí)不會(huì)對(duì)乘客造成嚴(yán)重傷害，飛機(jī)耐墜性好。可見，與直升機(jī)相比，此機(jī)的安全性很好。6.使用范圍此機(jī)設(shè)計(jì)正常航程2000千米，最大航程3000千米，相當(dāng)于區(qū)域航空的范圍。在中國(guó)東部，美國(guó)東部，西歐，東歐，前蘇聯(lián)西部，印度等這些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的地方，區(qū)域內(nèi)部人員流動(dòng)很頻繁，顯然需要一種方便，快速且及時(shí)的交通工 具，用此種飛機(jī)作為交通工具，既可在城市里垂直起降，又可以高速飛行，能夠大大節(jié)省時(shí)間，是一個(gè)很好的選

26、擇。另一方面，在那些地區(qū)間人員流量少的地區(qū)，例如中國(guó)西北部，中亞，阿拉伯國(guó)家地區(qū)，美國(guó)西部，加勒比海地區(qū)等。若使用陸路交通，成本大，運(yùn)量 小，速度慢，不適合未來社會(huì)發(fā)展的需要。而此飛機(jī)可在草地或水面垂直起降，乘員少，像轎車一樣機(jī)動(dòng)靈活，速度又快得多，十分適合在這類地區(qū)使用。7.生產(chǎn)制造由于簡(jiǎn)潔，實(shí)用，環(huán)保，安全，將會(huì)有大量的購(gòu)買者。此機(jī)與轎車的尺寸與重量相似，可以采用轎車的現(xiàn)代流水線生產(chǎn)技術(shù)大量生產(chǎn)，大大降低整機(jī)的造 價(jià)，從而經(jīng)濟(jì)性好。8.主要性能指標(biāo)巡航速度：800km/h 最大速度：900km/h 巡航高度：10 km爬升時(shí)間：約5分鐘正常航程：2000 km最大航程：3000 km最大起

27、飛重量：2500kg座位數(shù)量：4個(gè) 發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率：1500 kw載油量：200L巡航油耗：50 L/h 降落傘質(zhì)量：80kg(參考中國(guó)神舟系列飛船降落傘的質(zhì)量)緊急傘降速度：小于10m/s尺寸數(shù)據(jù)飛行時(shí)：機(jī)長(zhǎng)：7 m 機(jī)高：4m 翼展：8m折疊后：機(jī)長(zhǎng)：7 m 機(jī)高：4m 翼展：4m螺旋槳數(shù)據(jù)：共軸螺旋槳直徑：2.8m單位面積拉力：400kg涵道螺旋槳直徑：1.2 m單位面積拉力：600kg最大總拉力(垂直起飛時(shí))：3000 kg9.彩圖說明：考慮到此款飛機(jī)有垂直起降與水平飛行兩個(gè)最重要的狀態(tài)，二者的結(jié)構(gòu)有所不同，故打印了四張圖紙。兩張為飛機(jī)處于垂直起落狀態(tài)的圖紙，一為立體 圖，一為三視圖。

28、另兩張為巡航飛行狀態(tài)的圖紙，一為立體圖，一為三視圖。 考慮到美觀的要求，機(jī)翼折疊處的縫隙以及機(jī)翼上的襟翼(襟副翼)縫隙未畫出，鴨翼上的襟翼縫隙未畫出，垂尾的方向舵前緣縫隙亦未畫出。在插圖的 圖8及圖9中，有這些縫隙分布圖。10.未來交通展望首先，請(qǐng)看各種交通工具的最新發(fā)展：汽車：2006年，設(shè)計(jì)平均運(yùn)送速度28公里/小時(shí)的杭州快速公交一號(hào)線正式開通。東起杭州下沙高教?hào)|區(qū)，西至黃龍公交中心站，全長(zhǎng)28公里。2005年，鋰離子電池提供動(dòng)力的電動(dòng)公交車，投放北京公交121線路，這標(biāo)志著我國(guó)首支電動(dòng)公交車隊(duì)正式投入運(yùn)營(yíng)。此車最高車速可達(dá)每小時(shí) 80公里，完全充電后可連續(xù)行駛300公里。 2005年，日

29、本三菱公司推出了屬于世界首創(chuàng)的交流電動(dòng)輪轎車。空車重量只有1.15噸，每次充電可行駛150公里，最高時(shí)速150公里每小 時(shí)。列車：2002年，上海商業(yè)化運(yùn)營(yíng)的常導(dǎo)吸引式磁懸浮列車系統(tǒng)建成并投入使用。運(yùn)營(yíng)速度430km/h，并在2003年創(chuàng)造了501km/h的世界紀(jì) 錄！2003年，日本超導(dǎo)排斥式磁浮試驗(yàn)列車達(dá)到了581 km/h的速度。2007年，法國(guó)V150輪軌式試驗(yàn)列車達(dá)到了574.8 km/h的速度。飛行器：2005年，美國(guó)的MV-22“魚鷹”傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)被批準(zhǔn)進(jìn)入全速生產(chǎn)階段，從而結(jié)束了該機(jī)為期十八年的試驗(yàn)，進(jìn)入部隊(duì)服役。它可以垂直起飛降 落，并可達(dá)到550 km/h的巡航速度。2004

30、年3月27日，美國(guó)宇航局研制的帶有超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的，使用液氫作燃料的X-43A高超音速飛行驗(yàn)證機(jī)達(dá)到6.8馬赫的速度。同年11 月16日，速度再次刷新，達(dá)到9.8馬赫(約每秒飛行3千米)，飛行高度約3萬米?？粗厦孢@些令人眼花繚亂的速度記錄，你會(huì)想些什么?隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)交通工具的速度也提出了越來越高的要求。而隨著技術(shù)的進(jìn)步，交通工具的速度也越來越快。帶著對(duì)未來交通的美好憧憬，我浮 想聯(lián)翩，頭腦中逐漸冒出了一幅未來的交通圖。以中國(guó)為列，分述如下：在農(nóng)村無論是平原還是山區(qū)，由于中國(guó)的城市化，人口將會(huì)很少，農(nóng)村將基本上是大農(nóng)場(chǎng)，農(nóng)村也將只剩下農(nóng)場(chǎng)的工作人員。由于周圍基本是田野，山 林，河流，

31、且又往往距離城市較遠(yuǎn)，故對(duì)于農(nóng)村的交通，傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)是最合適的，它不需要公路，而是在空中飛行，可越過地面的樹林，電線，山峰等障礙，燃料消 耗少，航程遠(yuǎn)，速度快，可隨時(shí)在草地垂直起降。而且，隨著技術(shù)的成熟，其價(jià)格將會(huì)大大降低，安全性將會(huì)變好，大農(nóng)場(chǎng)將會(huì)能用得起這種交通工具的。對(duì)于縣城一級(jí)的小城市，市內(nèi)及市郊私人交通工具為電動(dòng)自行車、電動(dòng)汽車、出租電動(dòng)汽車。公共交通則為行駛在公交專用車道上的快速電動(dòng)公交車。推 廣快速電動(dòng)公交車是因?yàn)樗俣瓤烨野l(fā)動(dòng)機(jī)噪音低。當(dāng)然，為方便充電，需每隔幾百米就設(shè)立一個(gè)這些車輛所用電池的電池?fù)Q用店。當(dāng)電動(dòng)車輛電池中的電快耗盡 時(shí)，駕駛員便行駛到這些店門口，由店中的專業(yè)工作人

32、員使用專用工具，迅速地為車輛換上店中已經(jīng)充滿電的電池，把耗盡電的電池回收充電，并收取一定的費(fèi)用。 由于小城市市區(qū)方圓只有幾公里，而這些交通工具的平均運(yùn)營(yíng)時(shí)速在二十公里以上，故只須十幾分鐘的時(shí)間，這些車輛便可穿城而過。由于以上均是電動(dòng)車輛，不存 在環(huán)境污染的問題。大中城市內(nèi)及其郊區(qū)，如地級(jí)和省級(jí)市。私人交通可用電動(dòng)自行車、電動(dòng)汽車。公共交通一般為快速電動(dòng)公交車。同樣，需每隔幾百米就設(shè)立一個(gè)這些車 輛所用電池的電池?fù)Q用店。另外，可在人流量大的路線上建造最高時(shí)速達(dá)二百公里的常導(dǎo)磁浮輕軌或常導(dǎo)磁浮式地鐵。正如趙忠賢院士所述，在市區(qū)推廣常導(dǎo)磁浮列 車，是因?yàn)樗c電動(dòng)機(jī)牽引的輪軌列車不同，在二百公里時(shí)速以

33、下時(shí)噪音極低，非常適合在市區(qū)使用。而超導(dǎo)排斥式磁浮列車在低速時(shí)需要車輪，顯然不適用，而且 不用它還可以避免強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)周圍環(huán)境的磁污染。由于地鐵站的出口間距較遠(yuǎn)，為方便出地鐵站后的短途交通，可像北京那樣，在各個(gè)地鐵站的出口旁，均設(shè)置一個(gè)公 用自行車場(chǎng)。人們只要辦卡并交納一定的押金，在任意一個(gè)公用自行車場(chǎng)的刷卡機(jī)上刷卡扣取使用費(fèi)后，便可騎走此地的自行車，并可在任何一個(gè)公用自行車場(chǎng)歸還 車輛。由于市內(nèi)磁浮車輛平均運(yùn)營(yíng)速度預(yù)計(jì)可達(dá)五十公里以上，半小時(shí)內(nèi)便可橫穿市區(qū)，縮短了人們?cè)谑袇^(qū)內(nèi)部移動(dòng)的時(shí)間。大中小城市之間，即省內(nèi)距離的省級(jí)市、地級(jí)市及縣城之間的交通，可采用最高運(yùn)營(yíng)時(shí)速達(dá)五百公里以上的超高速輪軌列車

34、或磁浮列車。由于經(jīng)過大中小 城市時(shí)均要減速以便停靠車站，故列車在經(jīng)過市區(qū)時(shí)已經(jīng)減速，再加上可在線路兩旁建造隔音墻，故對(duì)市區(qū)的噪音污染不大。在野外，由于隨著中國(guó)的城市化，農(nóng)村 人口將會(huì)很少，野外將基本是田野，山林，再加上隨著技術(shù)的進(jìn)步，鐵路噪音也會(huì)減弱，故野外的噪音污染影響也將不大。在規(guī)劃時(shí)，為發(fā)揮最大作用，需要全國(guó)統(tǒng) 一考慮，把這個(gè)等級(jí)的線路規(guī)劃為全國(guó)各地中等城市間相連成網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)，使地級(jí)市及省級(jí)市處于線路的交叉點(diǎn)。另外，在連接地級(jí)市的線路沿途經(jīng)過的小城市，即 縣城也設(shè)立車站。這樣，無論是在省內(nèi)，還是在省份相鄰的省界兩側(cè)的中小城市之間旅行，均方便快捷。在海峽處，可建造海底隧道，通行超高速輪軌列車或常導(dǎo)磁 浮列車，使海峽不再遙遠(yuǎn)。在大城市之間，除采用上文所述的列車外，還可建造只在省會(huì)一級(jí)的大城市?？康牧熊?。它在陸地上建造的密封真空隧道，乘客在列車的密封艙內(nèi)部乘 坐，采用在真空隧道內(nèi)行駛的超導(dǎo)磁浮列車。在車站，當(dāng)列車停穩(wěn)后，通過使用裝在車站的，類似宇宙飛船連接到空間站上時(shí)先對(duì)接后打開門的對(duì)接設(shè)備，形成由外 界(車站)連接到列車密封艙內(nèi)的通道，使乘客進(jìn)出列車。在真空隧道中行駛，時(shí)速可達(dá)兩千