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地效飞行器:谁说我只是一艘会飞的船

2020-07-16 19:50 程 醉 次阅读 条评论

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苏联研制的“花尾鸽”地效飞行器

20世纪80年代初,美国的间谍飞机和北约的侦察卫星几乎在同一时间发现,苏联制造出了一个非常奇怪的飞行体。它以令人难以置信的速度,穿梭在任何雷达都探测不到的里海超低空海面上。由于搞不清状况,西方的军事专家便给这个飞行体起了一个名字叫“里海怪物”。

“里海怪物”其实就是苏联阿列克谢耶夫中央设计局利用翼地效应设计的一款重型地效飞行器。它体长106.1米,翼展40米,起飞重量达495吨。其机翼配置8台VD-7涡轮喷气发动机,最大航程7500千米,运载能力超过200吨,速度每小时达到800千米,并且还装有6枚SS-N-22白蛉超音速反舰导弹。

那么,什么是地效飞行器呢?

“地效”是地面效应的简称。早在航空业发展的初期,飞行员们便注意到飞机着陆过程中,当飞行高度与飞机翼弦长度相近时,会出现一种附加升力,使飞机突然变得飘飘然起来,不太容易完成着陆。这种物理现象就是地面效应,也叫翼地效应,一般认为是气流在机翼和地面或水面之间形成了一个高压气垫,因而产生了较大的向上扬的力。

地效飞行器是指利用地面效应提供支承力而飞行的运载工具,简单地说就是一种介于飞机、舰船和气垫船之间的高速飞行器。

在自然界中,诸如天鹅、鸿雁等很多体形大的鸟类,都会利用地面效应来帮助自己更省力地飞行。它们往往贴近地面或水面飞行,从而获得更大的升力,同时使阻力减小。科学家称其为“地效飞行技术”,利用这一技术设计出来的最典型产品就是地效飞行器。

苏联对地效飞行器产生了超乎想象的兴趣,先后研制出了数十款地效飞行器。其中最为著名的,便是“花尾鸽”地效飞行器。

“花尾鸽”机长74米,翼展44米,起飞重量400吨,装有8台NK-87涡扇发动机,单台推力13 000牛。它的背上装有3套KT-152二联装超音速反舰导弹发射装置。这种导弹射程为120~200千米,在接近目标时还能做S形机动避开拦截火力,具有很强的对舰攻击能力。当“花尾鸽”在3米左右的高度进行地效巡航时,时速可达500千米,最高航程3000千米。尤其值得注意的是,“花尾鸽”还能像飞机那样高飞,它的最大飞行高度可达7500米。

苏联第一艘用于运输登陆的两栖作战地效飞行器

已经被废弃的“里海怪物”

地面效应能够为飞行器提供巨大的升力,但对于它的利用需要遵循一定的规律。科学家研究发现,只有当飞行器距地面高度不高于飞行器翼展一半时,才会产生明显的地面效应。简单地说,假设一架飞行器的翼展为100米,那么,理论上它必须在50米以下的高度飞行才能获得地面效应。

苏联“里海怪物”的出现深深地刺激了各国的敏感神经。从20世纪80年代开始,德国、日本等国家也纷纷研制出了自己的地效飞行器。不过,这些地效飞行器只能算是“小儿科”。它们要么体形太小,要么就是没有真正投入使用。

直到近年来,波音公司应美国军方要求,开始研制一种巨型地效飞行器。据目前公布的消息,这款地效飞行器代号“鹈鹕”,体长110米,翼展150米,机翼面积超过4047平方米。“鹈鹕”将装备8台功率约为8088千瓦的涡轮螺旋桨发动机。每个发动机舱中安装2台发动机,每台发动机带动一个直径为15米的40叶螺旋桨,每个发动机舱前面都有两组反向旋转的螺旋桨。它的载重量可达1280吨,满载飞行重量为2700吨,一次便可搭载17辆M1坦克或是载3000人。在距离海面6米的高度以每小时490千米的速度做地效飞行时,它的最远航程可达1.85万千米。

为了维持全球霸权,美军显然对这种一次便可投放齐装满员的营级部队的巨型地效飞行器青睐有加。短时间内便可飞越上万千米,从雷达无法探测的高度完成抢滩登陆作战——实际上,无论是哪一个国家拥有了如此高效的运输“神器”,都能够极大地增强自身的兵力投放能力和突击登陆的威慑力。

因为近年来北极地区形势的升温以及普京重振军备的雄心大志,俄罗斯又一次把发展地效飞行器放在了规划图上。在第六届圣彼得堡国际海事防务展上,俄罗斯便展出了“里海怪物”的升级版“奥兰”的模型。据称,“奥兰”体长93米、翼展71米,起飞重量2500吨,负载1000吨。它将主要用于在北极和太平洋地区开展搜救行动,以及向驻防部队运送物资。

2017年,俄罗斯又曝光了一款有效负载15吨,能以500千米左右的时速运载100名全副武装士兵的“海鸥”A-050地效飞行器。俄罗斯军方虽然没有说明其具体用途,但各国专家都认为他们会在“海鸥”上安装“布拉莫斯”超声速巡航导弹,用来执行反舰作战和对陆攻击的任务。

俄罗斯“新里海怪物”概念图

既然地效飞行器是介于飞机、舰船与气垫船之间的一种载体,那么,相对于这三者来说它又有哪些优势以及哪些不足呢?

各种常规舰船是完全漂浮在水面上行驶的,它们的发动机产生的大部分功率其实都被水以及波浪所产生的阻力消耗掉了。因此,它们的航速一般都在30节左右。注意啦!航速1节等于每小时航行1海里,也就是每小时航行1.852千米。而地效飞行器是依靠地面效应产生的升力,在水面以上进行飞行。因此它完全不会受到水或浪产生的阻力,所以其速度高达100~320节,完全可以与直升机媲美。

相对于飞机来说,由于地效飞行器获得了地面效应带来的额外升力,所以它更加省油,运载量也大得多。同时,地效飞行器利用襟翼,能自如地倒退、悬停以及垂直起降。这一点对军方执行机降、反潜、登陆等军事任务时十分重要。另外,地效飞行器一般都是贴着水面或在距地面几米的高度飞行,这个区域基本都是雷达的盲区,这种天生的雷达隐身性能为兵力突袭、导弹攻击等带来了极大的方便。

虽然气垫船和地效飞行器都与地面或水面隔着一层高压气体,从而大大减少了自身行驶时遇到的阻力,但气垫船是依靠自身发动机带动大功率鼓风机将空气压入船底下,从而在船底和水面或地面间形成气垫。而地效飞行器则是靠自身的高速运动,利用地面效应而形成高压气垫。气垫船的航速在40~140节之间,显然远远落后于地效飞行器。在抢滩登陆作战时,气垫船只能越过较低的障碍,而地效飞行器却可以在必要时拉升至几百米甚至上千米的高度。同时,它在运动过程中对水产生的压强小,因此不会受到音响雷、水压雷、磁雷、锚雷等爆炸性障碍物的攻击。

人类第一次进行地面效应飞行试验至今已有100多年了,但地效飞行器的发展状况远不如舰船、飞机那么辉煌,这是为什么呢?

咱们还得从“里海怪物”说起。它经历了两次重大事故,第一次是由于大雾,海面能见度低使得驾驶员分不清地平线,导致大浪拍打机身从而失事。第二次是因为驾驶员操作失误而损毁。这两次事故使得第二艘“里海怪物”还没建成便被迫下马。

原来,地效飞行器自身存在一些缺陷。最大时速高达300多节,又必须紧紧贴在水面飞行的飞行器,一旦出现机翼或者机身碰水的情况就很容易失控。因此在海况比较复杂的条件下,它就不得不飞得高一些,这又在一定程度上抵消了地面效应带来的优势。“里海怪物”就是因为飞行高度超过地效范围,从而摔进水中损毁的。

同时,现在海运业、渔业的发展十分迅猛。在近海,航行着无数的货轮、游轮、渔船等船只,地效飞行器在高速低高度飞行时机动性能很差,根本无法有效避开障碍物。

因为现有材料的限制,能够在使用寿命、维护费用等方面达到经济可行的大型地效飞行器尚未能研制成功。另外,地效飞行器虽然是在岸基雷达、舰载雷达的盲区行动,但却无法躲过来自空中的威胁,比如说预警机的雷达探测、战斗机的空空导弹等。

近年来,地效飞行器凭借其独特的性能优势获得了世界各国军方的关注,陆续被冠以“海上超低空作战平台”“突击登陆作战之王”等美称。不过,要研制出真正能够批量生产并列装部队的地效飞行器,对科学家来说仍然任重而道远。

俄海军“奥兰”新型地效飞行器想象图

中国708船舶所研制的“天鹅号”地效飞行器

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伊朗大规模列装本国研制的地效飞行“信念-2”

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我国自主研发的CYG-11型地效飞行器试飞

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德国工程师设计的地效飞行器Flyship

作者: 

初审、一校:胡慧亭

复审、二校:孙世奇

终审、三校:陈光中

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