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地效飛行器

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  概念解析

  地效飛行器(Groundeffectinaircraft)是介於飛機、艦船和氣墊船之間的一種新型高速飛行器。與普通飛機不同的是,地效飛行器主要在地效區飛行,也就是貼近地面、水面飛行,而飛機主要在地效區以外飛行;與氣墊船不同的是,氣墊船靠自身動力產生氣墊,而地效飛行器靠地面效應產生氣墊。

  翼地效應機,也稱作地效飛行器,是一種利用翼地效應飛行的飛行器,是結合了普通飛機與氣墊船兩者特點的飛行器。在1980年代,前蘇聯實驗了噴射推進的Ekranoplan,就是這樣的飛機,極限飛行重量可以達1000公噸,還在冷戰時期的隱密情況下測試,被美國稱爲裏海怪物。大部份翼地效應機都被設計爲在水面上運作,因爲水面比地面平滑和少障礙物,不單危險度較少,而且在不運作的時候,還可以利用水面浮力來承受機體重量。在起飛時亦較爲簡單。物理學家StanleyHooker提出了非常巨型,全重2000公噸的概念翼地效應機。此機可以搭載超過1000個乘客高速往返目的地而價錢又便宜。氣墊船亦經常被稱爲是翼地效應機或地效機,實際上這是錯誤的。

  性能航速快、承地效飛行器載量大、隱形效果好、適航性優異,能貼近地面或海面、沙漠或沼澤表面飛行,可以利用雷達的盲區,悄無聲息地快速接近目標,用於突擊登陸,能夠輕易越過岸邊反登陸障礙物和地雷。

  飛行原理

  當運動的飛地效飛行器行器貼近地面或水面飛行時,氣流流過機翼後會向後下方流動,這時地面或者水面將產生一股反作用力,當它在距離水面等於或小於1/2翼展的高度上飛行時,整個機體的上下壓力差增大,升力會陡然增加,阻力減小,阻擋飛行器機翼下墜。這種可以使飛行器誘導阻力減小,同時能獲得比空中飛行更高升阻比的物理現象,被科學家稱爲地面效應,並由此開闢了地效飛行技術。

  優點介紹

  速度快

  由於它在水上飛行,它的航速是普通艦艇的10倍甚至10倍以上,是氣墊船的3倍以上。

  安全性高

  。地效飛行器在距離水面1~6米的高度低空飛行,一旦出現緊急情況,可隨時在水面降落。在軍事上它可以利用對方探測雷達的盲區,對方很難發現,躲避對方艦載和防空火力的攻擊。

  抗浪性

  小型機可抗浪1米左右,中型機可抗3米左右的浪,大型機對5米的浪也無需過慮。在陸地上,它可以輕易飛越沙漠、沼澤、雪地,必要時還可飛到幾十米乃至上千米的高度。

  設計與製造費用均比飛機低

  售價約爲同級飛機的50%~60%,比購買一架飛機或一艘軍艦的效費比高得多。另外,地效飛行器利用襟翼,能自如地倒退、懸停,以及垂直起降,在軍事上運用地飛行器進行登陸、機降和反潛作戰,都將是十分有效的手段。地效飛行器用途廣泛,在軍事領域,地效飛行器除可用於攻擊敵艦艇及實施登陸作戰外,也可用於執行運送武器裝備、快速佈雷、掃雷等任務,還可爲海軍部隊提供緊急醫療救護。在民用領域,地效飛行器不僅可用於客、貨運輸,還可用於資源勘探、搜索救援、旅遊觀光、遠洋漁船和鑽井平臺換員運輸、通信保障與郵遞等,用於跨海洋運輸有較好的經濟性和安全性。有人預言,地效飛行器的出現,將引起21世紀海上交通運輸的革命。

  儘管地效飛行器使用前景廣闊,但至今發展尚有不少技術障礙。

  軍事功用

  機動性能好,直接突擊上陸,地效飛機良好的機動性能體現在它的通用性和兩棲性。地效飛機速度比一般艦船高1015倍,比大多數高速艦艇也快35倍。因其在巡航飛行階段不與水面直接接觸,從而大大減少了航行時的阻力,提高了機動性能。它能根據需要靈活調節飛行高度、速度,順利越過專爲登陸艇、氣墊船設置的垂直障礙,而且還不受海區、海岸和複雜地形的限制,較好地解決一般排水型登陸艇對登陸場地條件要求高,無法直接輸送登陸兵上陸的問題;解決登陸兵需要在近岸換乘展開,徒步涉水穿越海灘,形成攻擊戰鬥隊形時易造成較大傷亡的問題。登陸兵搭載地效飛機,可以在任何地點、時間和相對複雜的地形條件下,從對方火力範圍以外,超越常規登陸作戰的換乘展開地區,置水中、地面各種障礙於不顧,高速度衝向敵陣,直接突擊上陸,對敵岸發起攻擊。如俄軍"奧蘭"地效飛機巡航時速爲450550公裏,能在3.21.5米浪高的海況下起飛和降落,運送400850名士兵和數輛坦克。但是,如果定位於搶灘登陸,地效飛行器雖有高速優勢,正因如此,必須將滿是艦船的灘頭騰出大片水面用以降落。因此,直接突擊上陸仍有一定限制。

  隱蔽性能好,突防能力強

  地效飛機綜合了艦船和飛機兩者的優點,集高速性、隱蔽性和攻擊性於一身,既能高速掠海飛行,又能有效利用雷達盲區,神出鬼沒,使對方難覓足跡;既可在水中機動,從水中、水上發起攻擊,也可貼海飛行,實施精確打擊。這種得天獨厚的優勢和強大的突防能力遠非一般作戰艦船和飛機所能相比。由於其體積小、操作靈活、機動性能好、不易被敵發現,在登陸作戰發起之前,地效飛機可運載偵察、襲擊、特種分隊,利用不良天氣隱蔽地實施祕密機動,完成各種戰術任務。

  載重量大,保障效率高

  與普通飛機相比,地效飛機的載重量大得驚人,從而填補了海上和空中運輸器之間的空白。地效飛機一次可迅速輸送100至1000名士兵及數輛坦克,使一艘登陸艇望塵莫及。以美國正在研製的地效航空母機爲例,它的大小相當於一艘驅逐艦,可載貨405噸,一次可運載400名士兵,16架直升機,幾十輛汽車和火炮。滿載巡航半徑約6350公裏,最大巡航時速爲470公裏。由於地效飛機的特殊性能,使之具備了在沒有港口、碼頭的情況下都能自由進出,快速裝載物資的特點,而且由於其甲板寬闊,載重量大,運輸效率高,所以除能完成兩棲任務外,還可充分發揮其優長,用於各種作戰物資、人員的前輸後送,進行快速保障。搭載特種偵察分隊,利用夜暗和不良天氣祕密滲透到敵障礙區附近,對敵岸防禦部署進行偵察、破壞,爲空襲作戰引導目標。

  水中工兵,排除障礙

  由於地效飛機的速度快、載重量大等特性完全適應現代登陸作戰的要求和未來運輸工具的發展趨勢。著名的波音747飛機載重量僅爲其自重的20%,而地效飛機的載運量可達自重的50%。地效飛機可攜帶大量的反水雷系統和工兵分隊,既可排除水中障礙物,也可越過水雷障礙區,直接進至水際灘頭障礙區開闢通路。在水中航行時,對水的壓強小,不會受較少音響雷、水壓雷、磁雷、錨雷等爆炸性障礙物的傷害,具有超喫水、靜水快速好、水下物理場小、對水下爆炸不敏感等特點,即使水雷爆炸,由於地效飛機因其自身具有減壓和防暴作用,受損程度也會比其他排水型艦艇小得多,以便其進入複雜雷區排除水中各種障礙物。

  巡航速度高,快速奔襲作戰

  普通艦艇的航速一般在30節左右,氣墊船爲40140節,地效飛機則高達100320節。飛行時,它完全脫離水面,航速可與直升機比美。如目前,俄軍裝備的“裏海怪物”地效飛機,裝備10臺發動機,巡航高度10米,速度達400千米/小時,可搭載500名士兵進行低空飛行、水上滑行,越過沙丘、沼澤地等執行搜索潛艇、運送裝備等任務,可奔襲數千千米。

  適航性能好,登陸作戰多面手

  未來地效飛機將綜合運用各種隱形技術,降低雷達、紅外、聲、光、電磁等物理信號特徵,並應用更爲先進的綜合電力超導推進系統,消除噪聲、降低紅外輻射,從而大大提高地效飛機的隱形能力、快速機動能力、突防能力;將裝備對空、對海、對地武器裝備,實施動中打擊;具有停靠、倒退、垂直起降等多種功能,配備導彈後,可實施全方位快速攻擊。由於地效飛機具有上述特點,因此在未來戰爭中,它將被廣泛用於登陸、機降、運輸補給、反艦作戰、反潛作戰、掃雷佈雷、偵察巡邏。既可在水面和陸地上起飛、降落,也可在浪高1.5米以下水面穩定疾飛,飛越一般地面交通物障,越過沙漠、沼澤、江河、雪地。既能掠海和掠江河湖面飛行,也可在水面上滑行,也能在地面、冰面或雪面上進行低空飛行。

  救援用途

  地效飛行器可用幹海上救援,能夠快速反應,及時到達出事地點,而且能夠在水上降落、展開救生。俄羅斯在建的“救生者”海上救護地效飛行器卜,裝有全套醫療設備如手術室、康復室及燒傷中心,可設150張病牀、載500名輕傷員,或承載700800人等待援助。此外,地效飛行器還可用於海上搜索和反潛作戰,其搜索效率遠遠超過其他任何海上飛行器。

  蘇聯始祖

  俄羅斯研製了祕密地效飛行器“裏海怪物”。

  美國間諜飛機早在80年代初就已經在蘇聯的上空注意到地面上有一個奇怪的飛行體,它以令人不能置信的速度,在任何雷達都探測不到的低空飛行於裏海之上。美國軍事專家給這個飛行體起了一個名字“裏海怪物”。

  俄羅斯把這種飛行體稱爲“地效飛行器”或“地屏飛行器”。從結構上說它是飛機,但卻貼着地面。它利用地面效應,在機體下形成一個空氣捲筒,它隨着飛機運動。通過三角形的相應承載面,這種效應更爲加強。由於在“空氣卷”上的沒有行作用,在起飛重量相同的條件下,移動的效率比常規飛機高出足足40%。巨大的噴氣發動機在前頭將吸入的空氣斜射到支承面下,從而加強這種飛行器的作用。真正的飛行是依靠裝在尾部的其他發動機實現的。

  “地效飛行器”不僅能夠在水面上飛行、隨地降落和重新起飛,而且能夠越過結冰的苔原。它不受波浪,潮汐甚至地雷區的干擾。俄羅斯已經造出了多種型號,不僅能夠在10米高度上運動。而且在需要時可以達到3000米以上高空。

  “地效飛行器”裝備載有核彈頭的巡航導彈或者火箭。“裏海怪物”航程7500千米,能夠以800千米的時速將850名士兵運送到世界各地,而且不會被任何雷達發現。德國聯邦情報局早在1975年已經知道,有一種型號的“裏海怪物”起飛重量500噸。翼展50米,能夠加載約200噸。爲了證明目前建造民間救援用的“地效飛行器”是可信的,人們展示了至今無人看過的、嚴格保密的演飛影片。

  俄羅斯研製的這種民用“地效飛行器”本來也是爲軍事目的而建造的,但上方的火箭管和內部裝的軍用儀器已被取消了。這種飛行器的軍用儀器也被取消了。這種飛行器足有100米長,尾翼有足球場那麼寬,它的總重量要達到400噸。推進器是八部噴氣發動機,這是俄羅斯飛機制造工業所能夠提供的最大噴氣發動機。

  中國製造

  中國地效飛行器之父是畢業於清華大學的李緒鄂。

  1998年在我國地效翼艇的發展上是有歷史意義的一年。這一年的上半年,“信天翁”3型(XTW3)12座掠海地效翼艇在廣西北海港外海域繼續進行海上試驗試航。下半年DXF100型15座地效飛行器(艇)在湖北荊門漳河水庫,由中國科技開發院召開新聞發佈會時進行了水上掠航演示。12月,“天鵝”號(751型)15座動力氣墊地效翼船(艇)在上海澱山湖上海船舶工業公司舉辦的新聞發佈會時也進行了水上掠航演示,同時宣佈已通過系列試驗及中國船舶工業總公司的驗收。更可喜的是,中國船舶工業總公司組織中國船舶科學研究中心研製的“信天翁”4型20座鋁合金掠海地效翼艇,1998年已在求新造船廠進入總裝,預計1999年建成並開始海上試驗。這一系列成果把我國的地效翼艇開發事業向實用化、工程化、商品化推進了可喜的一步。

  以上幾型艇都是12~20座客艇,艇重4~8噸,大體上屬於同一檔次的小型地效翼客艇。但是,卻採取了不同的氣動佈局結構,不同的主艇體線型、主翼截面、形狀,不同的結構材料、工藝措施,不同的機槳匹配裝置,不同的下水登陸方案。對進一步針對營運水域的選優則還有待在實踐中逐步見分曉。這幾年來,依靠國內技術力量充分吸收了航空工藝技術、空氣動力技術、航空發動機技術、氣墊技術、高性能總體技術等方面的技術儲備,經過大量的、艱鉅緊張的研究試驗,技術攻關,設計計算,取得了不同程度的設計和工藝方面的技術進步成果,也積累了各種成功的經驗與挫折的教訓,形成了三支各有所長,各具特色的技術隊伍,在競爭中促進了地效翼艇技術的發展。

  地效翼船在國際上和國內均沒有正式的設計建造入級規範文件。中國船級社從1990年起派上海船檢局審圖中心參加“信天翁”2型艇審圖工作開始,隨後也參加了信天翁3型、4型,751型和DXF100型艇的審圖。1995年成立地效翼船安全專題通信小組,已在1995年6月通告國際海事組織設計設備分委員會,我國專家組將參加地效翼船安全要求編寫的國際工作組。上海船檢局在我國地效翼船研究開發單位支持參與下,於1998年初出版了《地效翼船檢驗指南》,編爲中國船級社GD01098號指導性文件。儘管內容上還有不少值得商榷的問題,更沒有達到法規的完善配套與權威性,但這個文件也體現出我國地效翼船技術及相關工作的進步,填補了空白,又提高了我國在國際海事組織中的技術地位。

  地效翼艇是21世紀面向市場、服務戰場的新型水上運載工具,又是有着軍民結合、平戰轉換前景的高科技產業化的重要目標。

  但是必須清醒地認識到,我國地效翼艇發展還處於初級階段,不可盲目樂觀,過高估計開發實用船艇的能力。值得注意的問題有:

  (1)目前已能在內湖區或近海區試驗的幾型艇爲完善商品化,進入實用化的工程技術量還不小。比如保持在各種海情、工況的平穩操縱性、全艇減振、降噪、隔熱、消防措施、下水登陸實用措施等都要徹底解決,有的還須加大基礎理論研究。

  (2)關於在惡劣氣象,特別在海上有風浪的複雜條件下安全航行。這方面必須進一步解決耐波性,達到每年所需的營運時間或海上作戰使用要求,爲此試驗的深度和廣度都要加大,各項設計參數必須在有用戶參與制定的試驗大綱下加以嚴格考覈驗證,才能得出可保證的性能。

  (3)關於與民航飛機、高速汽車、火車及其它高性能船方面的對比。爲了使地效翼船艇能在未來的現代化交通工具中真能分得一塊市場,必須在經濟性、安全性、舒適性方面下大功夫,這不僅要從升阻比,負載與艇重比、單位客公裏的油耗等技術經濟指標上不斷改進艇本身技術,還要包括新艇型所要求改進的地方。

  (4)國內研製的地效翼艇多數還採用美國進口的萊康明系列活塞式發動機,只“天鵝”號選用了國產機,有的艇的螺旋槳、傳動軸、複合材料等也是引進的。今後如何全面國產化,也得提上議事日程。

  (5)國外不僅是俄國,近年來其它國家在地效翼艇開發上也有相當進展,而且也顯出多途徑的特色,在國內自力更生研究爲主的基礎上,廣泛吸收借鑑外國先進技術,避免重複其它國家已發生過的失誤或彎路,應當多方面開展交流合作。而且只有確切地瞭解外國發展水平才能恰如其分地評價我國目前已達到的技術水平。

  看來這一切都有待地效翼艇研究開發單位及其領導部門集中人力、物力、財力來解決,而且要和其它配套協作工業部門、航運和旅遊部門、軍事和海洋管理部門等,採用更合理的機制,加強組織領導,攜手共建,才能創造出一個21世紀新一代地效翼船艇開發應用的嶄新局面。

  最新進展

  1、天翼一號DF100是由中國科技開發院地效開發中心聯合中國航空工業總公司第605研究所總體設計、中國航天工業總公司第701研究所局部設計、宏圖飛機制造廠生產製造的中國第一代實用型地效飛機,總指揮李緒鄂,總工程師顧誦芬,崔爾傑,副總工程師陳洪若,宋明德等。DF100於1995年開始研製,1998年11月10日在湖北荊門市漳河水庫試飛成功。

  研發應用過程:1995年立項,1998年研製出第一臺樣機,2000年與浙江省湖州市合作,投入商業運營,遊客們可乘座地效飛行器遊覽太湖水色。

  DF100主要用於商業運營,可載乘客15人,裝有兩臺300馬力航空發動機,機長16.15米,機高4.91米,寬10.98米,最大平飛速度200公裏/小時,最大航程400公裏,最大起飛重量4900公斤,有效載重1125公斤,巡航飛行高度0.6一1.2米,飛行抗浪高度0.91.4米。作爲新型交通工具的地效飛行器,有飛行的高速度,而無高空事故的危險,無需建機場,飛行平穩舒適,可應用於江河湖海、草原等地使用,在客運、貨運、旅遊救護、海上緝私、海洋監測等方面具有廣闊的應用前景。

  2、“小鷹”是原蘇聯第一艘用於運輸登陸的兩棲作戰地效飛行器,總設計師阿列克謝耶夫,由下諾夫哥羅德造船廠生產。該機於60年代開始設計,1972年首飛。

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