在世界航空制造史上,剛開始飛機設(shè)計沒有現(xiàn)在這么先進,都是手動繪圖,什么格尺呀,圓規(guī)呀,量角器呀,三角板呀,等等,都上陣了,先在紙上畫出飛機草圖,再進一步尋找資料補充、修改、完善設(shè)計,然后等比例放大制作出飛機實物,最后實驗,檢校。
那年代每個設(shè)計師都是畫家,基本功都是畫了多少年才練成的。以前的工業(yè)、建筑和美術(shù)設(shè)計可能是不分家的,飛機的外形也請藝術(shù)家設(shè)計。也許藝術(shù)家因為覺得方形美觀,所以造成英國彗星客機的隕落,所以藝術(shù)與科學(xué)還是要統(tǒng)一的,不能割裂?,F(xiàn)在好了,航空技術(shù)的發(fā)展越來越與計算機技術(shù)的日益先進密切相關(guān)了。什么飛機結(jié)構(gòu)軟件,航電界面軟件,氣動分析軟件,模擬仿真軟件等等太多了,令飛機設(shè)計如虎添翼。特別是計算機仿真模擬技術(shù),當(dāng)飛機在電腦中設(shè)計出來后不用先制造出來,而是在計算機仿真模擬飛行,看看有什么問題,是否可行,再去生產(chǎn)。
計算機仿真模擬飛行需要強大的硬件支持,而垂直起降飛機仿真飛行更費硬件。這里需要模擬風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn),升力的產(chǎn)生,環(huán)境情況,空氣動力和重力等等。當(dāng)飛機升空時還要計算升力與推力的轉(zhuǎn)換情況,各種力的變化,所以需要多個超級計算中心聯(lián)合運算模擬。好在我們國家的計算機發(fā)展迅速,建立了強大的國家超級計算機系統(tǒng),由天津、廣州、深圳、長沙、濟南、無錫和鄭州七所超級計算中心組成,為我國大型科研項目超算立下汗馬功勞。
天津市濱海新區(qū)的超算中心部署有“天河”系列超級計算機,是我國應(yīng)用范圍最廣、研發(fā)能力最強的超級計算中心,現(xiàn)在,它正和其它幾所超算中心進行大型垂直起降客機、大型垂直起降運輸機和轟炸機的模擬仿真云計算。經(jīng)過七所超級計算中心模擬仿真云計算,證明其垂直起降方案切實可行,嵌套升力風(fēng)扇產(chǎn)生的升力強勁,垂直起降和平飛轉(zhuǎn)換自如,升力兼推力風(fēng)扇配合小涵道比渦扇發(fā)動機或渦噴發(fā)動機的組合式推進模式是成功的,外形更適合高速飛行。
“太厲害了,我沒想到我們國家還有這么偉大的設(shè)計!”?天津超算中心周總工程師嘖嘖贊嘆道。
“周總,我想以后更宏偉的項目肯定還有很多。”超算中心沙副主任微笑著說道,“于總,我說得沒錯吧?”
中國航空制造總公司的于天力總工程師負責(zé)大型飛行器的模擬仿真,他是這方面的專家。
“是的沙主任?!庇诳傉f道,“我們這都是亞音速飛行器,將來肯定要研制超音速垂直起降客機、超音速垂直起降運輸機和超音速垂直起降轟炸機的。當(dāng)然,國家還有更大的一些項目…”
周總工程師若有所思:“于總,為什么這個升力風(fēng)扇會帶來這翻天覆地的變化?”
“呵呵,老周,這就是平臺效應(yīng)。”于總說道,“萬事都要有一個良好的平臺才能做好,而嵌套升力風(fēng)扇為飛行器提供了最佳的升力平臺。程啟航對傳統(tǒng)機翼的分析是對的,我們以前只重視機翼的升力工具性,而忽視了它的省力工具性,程啟航正因為此指出了傳統(tǒng)垂直起降的弊端,找到了解決的辦法,這就是發(fā)明了具有省力性質(zhì)的嵌套升力風(fēng)扇?!?/b>
“我對飛行方面還不是太精通,聽說程啟航先生還對以前的飛行理論提出了一些見解?!敝芸偣こ處熣f道。
于總點點頭:“是的,他對機翼升力的看法還很獨到。他提出了大氣的宏觀壓強和微觀壓強假說,很新穎。他認為空氣流動產(chǎn)生的壓強屬于宏觀壓強,適用伯努利原理和牛頓公式等進行計算,而靜止的空氣中物體表面產(chǎn)生的壓強是微觀的壓強,適用熱力學(xué)統(tǒng)計物理來理解,如通過大氣狀態(tài)方程變形來計算。他認為在自然界中,這兩種大氣壓強現(xiàn)象是普遍的,有時會同時存在的。機翼的升力主要來自機翼與空氣運動時產(chǎn)生的大氣微觀壓強差,而不是宏觀壓強差,微觀壓強差一般要大于宏觀壓強差?!?/b>
“呵呵,實際上飛機飛行這么些年了,到底升力的獲取是靠什么原理還沒有個絕對信服的說法,所以這種探索精神是值得鼓勵的?!鄙持魅握f道。
周總師點點頭:“既能發(fā)明,又能分析出原理,這才是真正的科學(xué)精神?!?/b>
“美國物理學(xué)家羅蘭批評得好,我們不能滿足科學(xué)的應(yīng)用,還要探索其中的科學(xué)原理,這樣科學(xué)事業(yè)才會有進步?!庇诳偤芨锌卣f道。
大洋彼岸,波音飛機研發(fā)部。NASA局長可以不靠譜,但科技人員不糊涂,追求先進技術(shù)是科技人員永遠的目標(biāo)。波音飛機高級工程師派特·康納和他的同事們正在調(diào)試一臺三層嵌套升力風(fēng)扇,研發(fā)部主管斯考特·沙納漢走了過來。
“嘿,伙計們,怎么樣?”
“噢,沙納漢先生,我們基本上還原了中國小飛機上的風(fēng)扇?!?工程師康納說道,“這確實很有效果,能讓中國的艦載機起飛,對付我們艦載直升機綽綽有余。不過,我們實在找不到如何開發(fā)多層的風(fēng)扇,我們的嵌套星形齒輪減速器只能做到三層?!?/b>
主管沙納漢拿著一摞資料放在他們面前:“先生們,也許中國人放棄了機械驅(qū)動?!?/b>
大家仔細地翻看著每一幅圖片,生怕漏掉了什么。
“你們看,這兩種風(fēng)扇有什么不同?”沙納漢指著一幅飛行汽車圖片和美軍拍攝的小飛機圖片說道,“是不是飛行汽車看不出明顯的葉片驅(qū)動系統(tǒng)了?”
“怪不得他們研制完螺旋槳推進的垂直起降飛機后就停止研發(fā)飛機了,原來改進了風(fēng)扇的研究,那么采用什么方式驅(qū)動葉片旋轉(zhuǎn)呢?” 工程師康納喃喃地說道。
主管沙納漢:“對呀,這就要看你們的大腦啦!”
“高壓氣驅(qū)動?難道是電力?不可能!那得多少電能呀?”
工程師康納暫時可能弄不明白,這是因為誰都可以照貓畫虎,但具體原理并非能很快參透,特別是風(fēng)扇的省力原理,這絕對是設(shè)計的關(guān)鍵。
中國航空制造的腳步在加快,設(shè)計,模擬,生產(chǎn),試飛。噴氣式垂直起降艦載機終于率先研制出來,等待試飛的這一天。
沈陽北陵機場,一架黃顏色戰(zhàn)機翼尖折疊,早早就地停在機庫里了。雖然是黃色涂裝,但絲毫不影響它的霸氣。它長二十米多些,機翼折疊后寬僅八米多,翼尖展開寬也不過十二米左右,由于是垂直起降,所以采用可伸縮式起落架,當(dāng)飛機停放時起落架下沉,這樣便于維護,駕駛員很容易下機。由于采用垂直起降,低速飛行時推力風(fēng)扇參與方向調(diào)整,因此艦載機的傾斜尾翼尺寸不是太大,它只在中高速時作用才大。整架飛機從外觀上看,與傳統(tǒng)飛機區(qū)別不大,除了機翼形狀不同,再看不出什么奧秘。
今天天氣格外好,藍天白云,艷陽萬里,也許老天爺都來捧場,給大家一個好心情。這是個重要日子,航總陳副總經(jīng)理,東方航空設(shè)計局孫局長和趙總師,啟航集團程啟航和楊工等等都早早來到機場,見證這一偉大時刻。
指揮部傳來信息,外國偵察衛(wèi)星已飛過,可以試飛了。
只見功勛空軍試飛員雷天鳴和葉飛揚一前一后雄赳赳、氣昂昂地走向戰(zhàn)機。雷天鳴作為主試飛員,在地面指令下,他啟動發(fā)動機,飛機慢慢滑出機庫,駛?cè)肱艿?。在雷天鳴試飛員的操縱下,只見折疊翼展開,完整的機翼表面漸漸打開露出十個升力風(fēng)扇,然后這些升力風(fēng)扇快速啟動,發(fā)出嘶嘶的聲音,慢慢起落架伸長,機身上浮,直到起落架輪胎離開地面,大家的懸著的心才放下。在大家的注視下,這架黃色的試飛機型緩緩升起,躍上藍天,與白云共舞。飛機試飛時的黃色涂裝是一種特殊的金屬底漆涂料,可以防止生銹,也防戰(zhàn)機在試飛過程中表面受到的磨損。一般來說,只有戰(zhàn)機要交付才會涂上昂貴的正式涂裝,所以在試飛時基本看到的都是這黃色底漆涂裝。
“大家看,我們的噴氣垂直起降艦載機采用了十個嵌套升力風(fēng)扇?!睎|方航空設(shè)計局垂直起降艦載機總設(shè)計師都業(yè)成說道,“主翼每個風(fēng)扇直徑近一米八,鴨翼中升力風(fēng)扇的直徑大約半米左右,那么風(fēng)扇總面積是十八平左右,按升推比為六的風(fēng)扇計算,那么每平方米升力風(fēng)扇可產(chǎn)生三噸左右的挺舉升力,我們這架飛機的最大起飛重量大約為三十九噸左右,升力是富富有余的?!?/b>
大家向上仰望,看著漸漸升高的垂直起降艦載機,那機翼中巨大的升力風(fēng)扇格外令人震撼,都總師繼續(xù)介紹著:“升力富余量大,有利于高原飛行性能好,高空懸停性能穩(wěn)定。由于采用電動驅(qū)動,噪音較低。還有,升力風(fēng)扇是個省力的工具,所以垂直起飛時消耗的燃料是很少的?!?/b>
這時飛機在空中開始向前滑行,大家能看到機翼尾部的升力風(fēng)扇慢慢豎直變成推力風(fēng)扇,飛機快速向前飛去。
“由于升力風(fēng)扇很省力,垂直起降產(chǎn)生的升力并沒有把發(fā)動機的全部動力耗完,所以發(fā)動機的能量還可進行分配,這就是變推力推動飛機前進?!?都總師接著給大家介紹,“實際上平飛時機翼中還有百葉窗式升力風(fēng)扇打開以提高平飛時的升力?!?/b>
這時天上飛機越飛越快,借助望遠鏡大家看到機翼尾部的風(fēng)扇已恢復(fù)到機翼中,漸漸機翼上的風(fēng)扇罩閉合,發(fā)動機全速加力飛行,飛機在天際很快變成一個小點。
都總師看著越飛越高的戰(zhàn)機說道:“當(dāng)飛行速度非??斓臅r候,機翼的升力足夠大了,這時候各種升力風(fēng)扇都可以關(guān)閉,機翼表面恢復(fù)原狀,就可以和傳統(tǒng)飛機一樣高速飛行了?!?/b>
大家正說著,飛機繞了一圈又飛了回來,慢慢減速,風(fēng)扇打開,像落葉一樣緩緩飄落在原來出發(fā)的位置,頓時雷鳴般的喝彩聲和掌聲響起,真是太棒了,這才是最需要的戰(zhàn)機。
“剛才是垂直起降飛行,下面進行垂滑起降飛行,也就是邊垂直起飛,邊向前滑行,一般前方地勢開闊就可以這樣飛行?!?都總師介紹著。
這時只見艦載機機頭稍向上揚起,機翼尾部風(fēng)扇稍微轉(zhuǎn)向,漸漸飛機離開地面,同時也向前滑步,向前飛的同時,逐漸升高。
兩位飛行員別提多高興啦,雷天鳴興奮地對葉飛揚說道:“小葉,我飛過眾多的戰(zhàn)機,這一款是我駕馭最得心應(yīng)手的一架,真是太贊了!”
“那當(dāng)然啦,像孫悟空那樣自由自在地飛行是我們矢志不渝的目標(biāo),真是太美好了,祖國萬歲!”小葉非常激動地看著外面的綠色大地逐漸遠去,山川江河漸漸模糊,一團團白云在飛機身邊閃過,懸掛在天地間點綴蒼穹,讓小葉想起了小時候的棉花糖。隨著飛機越飛越高,遠處的地平線開始彎曲,悄悄隱匿在霧靄天際,周圍一片蔚藍,萬米高空真是美呀!
小葉打趣道:“難道我們這要飛出大氣層了嗎?”
“哈哈哈,我倒是想?!?雷天鳴回頭一笑,“不過,牛頓的發(fā)現(xiàn)的那只抓住萬物的手不讓我們飛出去?!?/b>
北陵機場,大家遙望天空,根據(jù)雷達通訊實時信息垂直起降艦載機飛行一切正常,現(xiàn)在開始返航。一會兒,垂直起降艦載機出現(xiàn)在大家的視野中,最后在離地面一百多米的高空懸停下來,擺擺翅膀。
“大家看,剛才飛機懸停時的動作要靠升力風(fēng)扇調(diào)整升力大小來完成?!倍伎値熃榻B道,“我們一般可用電路調(diào)節(jié),也可調(diào)節(jié)風(fēng)扇葉片迎角度,迎角變小,升力降低,當(dāng)迎角為負值時,就產(chǎn)生負升力?!?/b>
兩位飛行員又飛行了好幾個動作,展示了垂直起降艦載機優(yōu)秀的超低速飛行性能,然后緩緩降落在跑道上,兩輛大型消防車已準(zhǔn)備好,就等垂直起降艦載機首飛成功過水門慶祝儀式的開始。
陳副總經(jīng)理大手一揮,這兩輛大型消防車為試飛成功的垂直起降艦載機接風(fēng)洗塵,噴出高達的幾十米的“水門”。在大家的一片歡呼聲中,雷天鳴和小葉駕駛著戰(zhàn)機緩緩?fù)ㄟ^這陽光閃耀的“彩虹門”,駛回機庫。大家歡呼著奔了過來,與走下飛機的兩位英雄飛行員熱烈擁抱,把他們抬起來拋向空中,真是太高興了。
文欣用鏡頭把這一幕幕拍攝下來,由于保密,暫時還不能公開,她只能把這份美好保存,從心里為丈夫的事業(yè)而自豪。小葉從人群中擠了出來,向自己的愛人跑了過來,文欣把一幅幅照片裝進相機中,直到張開的臂膀和寬厚的胸膛擋住了鏡頭。
小葉把文欣抱起來一圈圈地轉(zhuǎn)著,文欣“咯咯”地笑著:“把我放下來,別把相機摔著…,討厭,快點放我下來…”
程啟航和楊工走了過來,與小葉握手慶賀:“祝賀你小葉,飛行很好。”
“程總、楊總,我認為咱們的升力風(fēng)扇式垂直起降飛機起飛性能遠超國外以前的噴氣式垂直起降?!毙∪~高興地說道,“你看他們降落時對地面沖擊量很大,且不穩(wěn)定。再看我們的垂直起降飛機,降落時升力調(diào)整很精確,各個升力風(fēng)扇在電腦的自動調(diào)整下飛機落地非常平穩(wěn)與輕柔,對地面沖擊很小。”
楊工點點頭:“你們從起飛到降落的每一幕都歷歷在目,證明我們的垂直起降之路是正確的,程總,你的創(chuàng)意為中國航空開辟了新的道路?!?/b>
“哪里哪里,這不是我一個人的功勞,是大家集體智慧的結(jié)晶?!比p大手緊緊地握在一起。
“同志們,靜一靜?!边@時,航總陳副總經(jīng)理擺擺手,能看出他很激動,“同志們,首先我們要以熱烈的掌聲祝賀所有的航空人研制成功垂直起降飛機和兩位英雄試飛員飛行成功!”
大家一陣暴風(fēng)雨般的掌聲過后,陳副總經(jīng)理聲音有時哽咽有時洪亮:“同志們,我們古代有引以為豪的四大發(fā)明,但近代我們落后了,雖然我們也發(fā)展奮斗,但外國人還是瞧不起的,我們自己也有人不自信。但今天的垂直起降航空技術(shù)證明了我們中國也行,也能有突破性的技術(shù),可以有革命性的創(chuàng)新。只要我們所有航空人繼續(xù)努力,今天,垂直起降艦載戰(zhàn)機勝利過水門,明天,還會看到更多的飛行器穿越水門,我們一定會在世界航空史上寫下濃墨重彩的一筆…”