地效飞行器
借助地面效应的新型飞行器
地效飞行器(ground-effect vehicle)利用地面效应提供支承力而飞行的动载工具。地效飞行器装有固定机翼,能贴近地面(或水面)飞行。机翼下表面离地面很近,形成气流的堵塞,使机翼升力增加,称为地面效应
地效飞行器,也称作翼地效应机,是一种利用翼地效应飞行的飞行器。地效飞行器主要在地效区飞行,也就是贴近地面、水面飞行。
地效飞行器除了机翼、机身产生的升力外,在机翼与地面或水面之间还能产生一股向上的托力。这股托力能轻而易举地托举飞机离开地面或水面。地效飞行器在飞行过程中受到的阻力比船在水中航行受到的阻力要小得多,因此其速度也快得多。
地效飞行器,作为贴海面或水面高速行驶的运载工具,兼具舰船及飞机的特点,在近海军事行动中,有广泛的用途。
在1980年代,前苏联实验的喷射推进的Ekranoplan就是地效飞行器,极限飞行重量可以达1000吨,还在冷战时期的隐密情况下测试,被美国称为里海怪物
概念解析
地效飞行器(Ground effect in aircraft)是介于飞机、舰船气垫船之间的一种新型高速飞行器。与普通飞机不同的是,地效飞行器主要在地效区飞行,也就是贴近地面、水面飞行,而飞机主要在地效区以外飞行;与气垫船不同的是,气垫船靠自身动力产生气垫,而地效飞行器靠地面效应产生气垫。在1980年,前苏联实验了喷射推进的Ekranoplan,就是这样的飞机,极限飞行重量可以达1000公吨(吨),还在冷战时期的隐密情况下测试,被美国称为里海怪物。大部份翼地效应机都被设计为在水面上运作,因为水面比地面平滑和少障碍物,不但危险度较少,而且在不运作的时候,还可以利用水面浮力来承受机体重量。在起飞时亦较为简单。物理学家Stanley Hooker提出了非常巨型,全重2000公吨的概念翼地效应机。此机可以搭载超过1000个乘客高速往返目的地而且价钱又便宜。气垫船亦经常被称为是翼地效应机或地效机,实际上这是错误的。
飞行原理
当运动的飞行器贴近地面或水面飞行时,气流流过机翼后会向后下方流动,这时地面或者水面将产生一股反作用力,当它在距离水面等于或小于1/2翼展的高度上飞行时,整个机体的上下压力差增大,升力会陡然增加,阻力减小,阻挡飞行器机翼下坠。这种可以使飞行器诱导阻力减小,同时能获得比空中飞行更高升阻比的物理现象,被科学家称为地面效应,并由此开辟了地效飞行技术。
地效飞行器的理论核心,在于地效这种特殊的现象:当飞机飞的特别贴近地面时,它的升力会突然变得比正常情况下要大很多。根据一般的规律来说,要利用地效带来的额外升力,飞行器的飞行高度不能超过机翼长度的一半。
技术特点
适航性强
航速快、承载量大、隐形效果好、适航性优异,能贴近地面或海面、沙漠或沼泽表面飞行,可以利用雷达的盲区,悄无声息地快速接近目标,用于突击登陆,能够轻易越过岸边反登陆障碍物和地雷
巡航速高
地效飞行器由于只是近水,但是在水面以上的空间低空飞行,它的航速是普通舰艇的10倍甚至10倍以上,是气垫船的3倍以上。普通舰艇的航速一般在30节左右,气垫船为40-140节,地效飞机则高达100-320节。飞行时,它完全脱离水面,航速可与直升机媲美。如俄军装备的“里海怪物”地效飞机,装备10台发动机,巡航高度10米,速度达400千米/小时,可搭载500名士兵进行低空飞行、水上滑行,越过沙丘、沼泽地等执行搜索潜艇、运送装备等任务,可奔袭数千千米。
安全抗浪
地效飞行器在距离水面1~6米的高度低空飞行,一旦出现紧急情况,可随时在水面降落。在军事上它可以利用对方探测雷达盲区,对方很难发现,躲避对方舰载和防空火力的攻击。
小型机可抗浪1米左右,中型机可抗3米左右的浪,大型机对5米的浪也无需顾虑。在陆地上,它可以轻易飞越沙漠、沼泽、雪地,必要时还可飞到几十米乃至上千米的高度。
成本较低
售价约为同级飞机的50%~60%,比购买一架飞机或一艘军舰的效费比低得多。另外,地效飞行器利用襟翼,能自如地倒退、悬停,以及垂直起降,在军事上运用地效飞行器进行登陆、机降和反潜作战,都将是十分有效的手段。
用途广泛
在军事领域,地效飞行器除可用于攻击敌舰艇及实施登陆作战外,也可用于执行运送武器装备、快速布雷、扫雷等任务,还可为海军部队提供紧急医疗救护。在民用领域,地效飞行器不仅可用于客、货运输,还可用于资源勘探、搜索救援、旅游观光、远洋渔船钻井平台换员运输、通信保障与邮递等,用于跨海洋运输有较好的经济性和安全性。有人预言,地效飞行器的出现,将引起21世纪海上交通运输的革命。
存在缺点
1、当要以比飞机轮船更高的运载效率运作时, 需要尽量紧贴水面 。地效飞行器可不是像水上飞机低速滑水的东西而是高速飞行的物体 ,一旦出现机翼机身碰水就很容易失控 。所以稍高海况下, 要保证安全就要飞高些 。这就大大抵消了地效带来的优势 。而且现代海运极其发达的情况下, 近海区域航行着无数舰船,那些以几十节航速航行的船只尚且经常相撞, 一个几百节速度的飞船就更加危险。地效飞行器在高速低高度飞行时机动性能很差(转弯、爬升一旦做的过大就会导致失控), 无法有效避开障碍物 。苏联的地效飞行器试验就出现过大量事故。
2、现有技术条件下,机体寿命、结构废重太大 也抵消了优势 ,地效飞行器重量远比水上飞机大, 这意味降落时的冲击会比水上飞机大得多、 受现有材料性能限制, 造出真正使用寿命、维护费用达到经济可行的地效飞行器还很难 。因此目前投入民用的只有小型地效飞行器, 苏联的那些巨大的地效飞行器搞了这么多年 ,看起来威猛,但实际上都是以巨额资金支撑起来的无底洞 。
尽管地效飞行器使用前景广阔,但至今发展尚有不少技术障碍。
军事应用
机动性好
隐蔽性好
地效飞机综合了舰船和飞机两者的优点,集高速性、隐蔽性和攻击性于一身,既能高速掠海飞行,又能有效利用雷达盲区神出鬼没,使对方难觅足迹;既可在水中机动,从水中、水上发起攻击,也可贴海飞行,实施精确打击。这种得天独厚的优势和强大的突防能力远非一般作战舰船和飞机所能相比。由于其体积小、操作灵活、机动性能好、不易被敌发现,在登陆作战发起之前,地效飞机可运载侦察、袭击、特种分队,利用不良天气隐蔽地实施秘密机动,完成各种战术任务。
载重量大
与普通飞机相比,地效飞机的载重量大得惊人,从而填补了海上和空中运输器之间的空白。地效飞机一次可迅速输送100至1000名士兵及数辆坦克,使一艘登陆艇望尘莫及。以美国正在研制的地效航空母机为例,它的大小相当于一艘驱逐舰,可载货405吨,一次可运载400名士兵,16架直升机,几十辆汽车和火炮。满载巡航半径约6350公里,最大巡航时速为470公里。由于地效飞机的特殊性能,使之具备了在没有港口、码头的情况下都能自由进出,快速装载物资的特点,而且由于其甲板宽阔,载重量大,运输效率高,所以除能完成两栖任务外,还可充分发挥其优长,用于各种作战物资、人员的前输后送,进行快速保障。搭载特种侦察分队,利用夜暗和不良天气秘密渗透到敌障碍区附近,对敌岸防御部署进行侦察、破坏,为空袭作战引导目标。
水中破障
由于地效飞机的速度快、载重量大等特性完全适应现代登陆作战的要求和未来运输工具的发展趋势。著名的波音747飞机载重量仅为其自重的20%,而地效飞机的载运量可达自重的50%。地效飞机可携带大量的反水雷系统和工兵分队,既可排除水中障碍物,也可越过水雷障碍区,直接进至水际滩头障碍区开辟通路。在水中航行时,对水的压强小,不会受较少音响雷、水压雷、磁雷、锚雷等爆炸性障碍物的伤害,具有超吃水、静水快速好、水下物理场小、对水下爆炸不敏感等特点,即使水雷爆炸,由于地效飞机因其自身具有减压和防暴作用,受损程度也会比其他排水型舰艇小得多,以便其进入复杂雷区排除水中各种障碍物。
隐形多能
未来地效飞机将综合运用各种隐形技术,降低雷达、红外、声、光、电磁等物理信号特征,并应用更为先进的综合电力超导推进系统,消除噪声、降低红外辐射,从而大大提高地效飞机的隐形能力、快速机动能力、突防能力;将装备对空、对海、对地武器装备,实施动中打击;具有停靠、倒退、垂直起降等多种功能,配备导弹后,可实施全方位快速攻击。由于地效飞机具有上述特点,因此在未来战争中,它将被广泛用于登陆、机降、运输补给、反舰作战、反潜作战、扫雷布雷、侦察巡逻。既可在水面和陆地上起飞、降落,也可在浪高1.5米以下水面稳定疾飞,飞越一般地面交通物障,越过沙漠、沼泽、江河、雪地。既能掠海和掠江河湖面飞行,也可在水面上滑行,也能在地面、冰面或雪面上进行低空飞行。
应急救援
地效飞行器可用于海上救援,能够快速反应,及时到达出事地点,而且能够在水上降落、展开救生。俄罗斯在建的“救生者”海上救护地效飞行器上,装有全套医疗设备如手术室、康复室及烧伤中心,可设150张病床、载500名轻伤员,或承载700-800人等待援助。此外,地效飞行器还可用于海上搜索和反潜作战,其搜索效率远远超过其他任何海上飞行器。
苏联研究
俄罗斯研制了秘密地效飞行器“里海怪物”
苏联早于1923年已开始研究翼地效应。同年,尤里耶夫展开有关研究。1935年,苏联的中央流体动力研究院亦开始有关研究。二次大战后,各国纷纷加入研究,但都只是三分钟热度,只有苏联坚持下来。美国间谍飞机早在80年代初就已经在苏联的上空注意到地面上有一个奇怪的飞行体,它以令人不能置信的速度,在任何雷达都探测不到的低空飞行于里海之上。美国军事专家给这个飞行体起了一个名字“里海怪物”。
俄罗斯把这种飞行体称为“地效飞行器”或“地屏飞行器”。从结构上说它是飞机,但却贴着地面。它利用地面效应,在机体下形成一个空气卷筒,它随着飞机运动。通过三角形的相应承载面,这种效应更为加强。由于在“空气卷”上的没有行作用,在起飞重量相同的条件下,移动的效率比常规飞机高出足足40%。巨大的喷气发动机在前头将吸入的空气斜射到支承面下,从而加强这种飞行器的作用。真正的飞行是依靠装在尾部的其他发动机实现的。
“地效飞行器”不仅能够在水面上飞行、随地降落和重新起飞,而且能够越过结冰的苔原。它不受波浪,潮汐甚至地雷区的干扰。俄罗斯已经造出了多种型号,不仅能够在10米高度上运动。而且在需要时可以达到3000米以上高空。
“地效飞行器”装备载有核弹头的巡航导弹或者火箭。“里海怪物”航程7500千米,能够以800千米的时速将850名士兵运送到世界各地,而且不会被任何雷达发现。德国联邦情报局早在1975年已经知道,有一种型号的“里海怪物”起飞重量500吨。翼展50米,能够加载约200吨。为了证明建造民间救援用的“地效飞行器”是可信的,人们展示了至今无人看过的、严格保密的演飞影片。
俄罗斯研制的这种民用“地效飞行器”本来也是为军事目的而建造的,但上方的火箭管和内部装的军用仪器已被取消了。这种飞行器的军用仪器也被取消了。这种飞行器足有100米长,尾翼有足球场那么宽,它的总重量要达到400吨。推进器是八部喷气发动机,这是俄罗斯飞机制造工业所能够提供的最大喷气发动机。
俄重启“里海怪物”项目,用于装备强力部门
据俄罗斯国际文传电讯社2010年7月15日报道,俄阿列克谢耶夫中央设计局将重新启动“里海怪物”地效飞行器的研制与测试工作。该设计局质量部门负责人叶甫盖尼·梅列什科透露,俄政府已下令恢复开发这种独特的飞行器,用于装备俄强力部门。
梅列什科介绍称,在2010-2011年间将主要进行设计工作,从2012年起将进入更为细致的第二阶段——期间将开始试验工作并建造一艘“足够庞大的飞行器”。在此过程中,阿列克谢耶夫中央设计局的大部分专家都将加入到“里海怪物”地效飞行器的研制工作中。
前苏联于1957年启动地效飞行器的研制工作,该项目在90年代初被终止。在这段时期内,前苏联总共建造了约30架地效飞行器。这种飞行器主要利用“翼地效应”实现高速飞行。所谓“翼地效应”是指飞行器在低高度飞行以及在起飞和着陆过程中地面产生出一种使机翼诱导阻力减少、升阻比增加,飞机升力显著提高的效应。大量风洞试验证明,当机翼距地面高度为机翼长的15%时,地面效应最明显,机翼的升阻比可提高30%以上,这一区域被称为地效区。在地效区飞行的飞行器就像被一股神秘的力量柔和地托起。与气垫船和其他在水面上航行的船舶不同的是,“地效飞行器”可达到很高的飞行速度——超过250节。
阿列克谢耶夫中央设计局曾于上世纪60年代开发出一种实验型的地效飞行器并在里海上进行了测试,而这种飞行器就是西方情报机构所称的里海怪物”。当时建造的飞行器翼展为37.6米,长约100米,最大起飞重量544吨,载重量约200吨。不过,由于在1980年遭遇到一场严重事故,导致当局最终决定放弃该项计划。
前苏联还曾研制出过一种被称为“鹞”的地效导弹艇(只建造过一艘,上世纪90年代从黑海舰队退役)。其背部安装有6个斜置的SS-N-22反舰导弹发射筒,垂直尾翼上装有大型雷达天线罩,不仅可以攻击航母等大型水面舰艇,还可直接打击敌方岸基重要目标。
军事专家们指出,地效飞行器有水面、地效区和高空多种航行方式选择,其使用灵活,速度快、续航时间长,非常适合执行反潜、防空、扫雷和布雷等多种任务。
除此之外,地效翼艇还具有良好的操作性,它的方向控制性和运动稳定性比飞机好,驾驶员无需特殊培训,维修保养也比飞机简单方便。特别是由于地效翼艇在地效区飞行时升阻比高,在同样的载重量和飞行速度时,耗油量比普通飞机要低30%以上,经济性好、航程远。
里海怪物(Ekranoplan或“Kaspian Monster”,俄语:Экраноплан),原苏联阿列克谢耶夫中央设计局利用翼地效应设计的地效飞行器。
20世纪八十年代,美国间谍卫星在对前苏联里海军事基地的一次照相侦察中,发现他们正在秘密试航一种既像飞机又像船的怪东西,与水上飞机不同的是它几乎贴着水面高速航行。西方给它起了个名字——“里海怪物”。冷战结束后大批资料解密,事情真相大白。原来前苏联这种秘密研制的“里海怪物”是一种地效翼艇。所谓“地效”是地面效应的简称,指飞行器在低高度飞行以及在起飞和着陆过程中地面产生出一种使机翼诱导阻力减少、升阻比增加,所以有人戏称“地面效应”为“上帝之手”。
有一种型号的“里海怪物”起飞重量500吨。翼展50米,能够加载约200吨。
“里海怪物”是世界上最大、最重的飞行器,它的试飞为地效飞行器的设计制造提供了大量有价值的宝贵数据,证明了当初设计的的正确性。它是后来苏联一系列大型地效飞行器的始祖
最新修订时间:2024-04-22 16:33
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