五千年(敝帚自珍)

主题:【原创】像鸟儿一样腾飞(一) -- 晨枫

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家园 【原创】像鸟儿一样腾飞(十七)

比用引射产生升力更科幻的是所谓Coanda效应。Henri Coanda是一个罗马尼亚物理学家,他在著名工程师Gustav Effel(就是设计埃菲尔铁塔和纽约自由女神结构的那个Effel)的支持下,开始研究流体力学,发现了所谓“边界层吸附效应”(boundary layer attachment,也称射流效应),通常也称Coanda效应(所以也有直译为康达效应的)。Coanda效应指出,如果平顺地流动的流体经过具有一定弯度的凸表面的时候,有向凸表面吸附的趋向。开自来水的时候,如果手指碰到水柱,水会沿着手臂的下侧往下淌,而不是按重力方向从龙头直接往下流。

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Coanda效应,注意水柱足够接近调羹表面后,会“抵抗”重力的作用而吸附到调羹表面,沿表面运动

利用Coanda效应,可以有意识地诱导空气气流,在机翼上表面产生比飞机和空气相对速度更大的气流速度,提高升力。70年代时,美国空军已经意识到C-130在速度、航程和载重上的局限,希望用喷气式中型战术运输机取代,这就是“先进中型短距起落运输机”(Advanced Medium STOL Transport)计划的由来。经过60年代的无功而返,美国空军已经不再强调垂直起落,所以AMST只要求短距起落。波音和麦道的AMST方案分别入选,参加对比试飞。波音的方案YC-14利用Coanda效应,发动机置于机翼前缘上方,喷流直接吹拂由于襟翼放下而弯度大增的机翼上表面,不光直接产生Coanda效应,还诱导周边的气流,一同产生增升效果。YC-14的试飞是成功的,但这时国防部采购政策正在助理国防部长David Packard手里大刀阔斧地改革,AMST计划最终被取消了。波音YC-14的“上表面吹气增升”(Upper Surface Blowing,简称USB,不是计算机上的那个USB啊)最终墙里开花墙外香,被安东诺夫用到安-72上,后者成为第一架采用USB的量产型飞机。

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波音YC-14用所谓“上表面吹气增升”,用喷气气流加速上翼面的气流流速(实际上就是Coanda效应),实现短距起落

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YC-14在德国海德堡空军基地演示的时候,发动机强大的吸力,把地上的水吸溜进发动机去了

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安-72是第一架利用Coanda效应的量产型飞机

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安-72的起落距离很短,但炽热的发动机喷流对机翼上表面的烧蚀严重,平飞中喷流依然流经机翼上表面,损失推进效率,油耗高

不过Coanda效应不是只能用于短距起落飞机的。用好了,Coanda效应可以实现垂直起落,这其中的佼佼者就是加拿大Avro的Avrocar。关于飞碟的传说很多,最后大多被证明只是人们的想象,但Avrocar确实很像飞碟,这大概是最接近传奇式的飞碟的飞行器了。Avrocar就像一个上面圆浑的大碟子,中间是进气的圆孔,周边是一圈小喷嘴。发动机产生高压排气,通过周边的喷嘴喷出,拉动上方气流,沿上表面高速从中心向周边流动,在飞行器静止的时候就可以形成升力,达到垂直起飞。垂直起飞后,重新调整周边喷嘴的气流分布,就可以实现喷气推进,一旦达到一定速度,飞碟本身的形状就可以产生气动升力,这时转入正常飞行。Avrocar是美国陆军VZ系列垂直起落研究机中的一个,在试飞中演示了垂直起落能力,但无法飞出地效高度,一进入无地效飞行,飞行控制就显得力不从心,飞行稳定性没法解决,最后下马了,留下一段飞碟的佳话。

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加拿大Avro公司(就是曾经研制下马了的CF-105 Avro Arrow的那个公司)研制过涵道风扇达成Coanda效应产生升力的Avrocar

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Avrocar是历史上最接近传奇式的飞碟的飞行器了,采用中央的涵道风扇进气,喷气从碟的周边喷出,拉动上表面气流,在上表面形成Coanda效应,产生升力,达到垂直起飞。在加速实现气动升力后,爬升并转入正常飞行

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Avrocar离地飘行。尽管“飞碟”在理论上可以飞起来,实际上,Avrocar从来没有真正飞起来过,离开地效后,飞行稳定性问题没法解决

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但是Avrocar引发了很多关于飞碟和外星人的联想

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实际上,出资Avrocar的美国军方对飞碟的应用是很实际的

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