第15版:新 知
 
 
 
2014年2月21日 星期
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可以永不着陆的飞机

  ■稼正  

  

  1883年,英国物理学家约翰·斯特拉特(雷利勋爵,1904年获诺贝尔奖)提出了一个颇为激进的想法,一直在研究鹈鹕飞行动力学的他认为鹈鹕能够从风速的差异中汲取能量,实现不动翅膀而在高空停留。他预言,理论上说,飞行器能借助这种技术(后来称为动态盘旋),用很少或根本不需要燃料而飞行几周、几个月,甚至几年。

  多少年来,动态盘旋的应用研究进展缓慢。无线电遥控滑翔机业者曾利用这项技术拓展航模的飞行,但科学家不确定这能否用到大型飞行器。直到2006年,美国空军和宇航局联手在爱德华兹空军基地以一架改装的L-23 Blanik滑翔机证明:大型飞机也能完成动态盘旋。

  最近,以约阿希姆·格雷内斯泰特教授为首的美国里海大学工程师们正在优化这个概念。团队在学校和美国国家科学基金会的资助下,开发专为永久飞行设计的大型无人驾驶机Jet Streamer(如图),它从风速差异中汲取能量,基本(或根本)不需要燃料。他们用碳纤维复合材料制成的机翼长6.4米,因为要在6000米以上的高空急流中飞行,要保持480公里的时速,所以动态盘旋飞行器的机翼必须承受严酷条件(相当于承受20大气压)。该小组将先用模型滑翔机进行较低空的试验。格雷内斯泰特称,如果一切顺利,下一步会让飞行器进入风力达320公里/小时的高空急流试飞。

  一旦实现了动态盘旋,飞机就可能摆脱发动机和燃料的约束,延伸出迥然不同的应用领域。在未来,动态盘旋飞机可能成为永不降落的观察平台,用于记录天气或野生动物的数据;可用作收发电视信号或手机信号的通信中继;能像其“祖先”候鸟那样,以极高的速度不间断地长途跋涉。伍兹霍尔海洋研究所的海洋学家菲利普·理查德森还提出了一个新计划,制造以320公里时速跨越海洋的动态盘旋“机器人信天翁”。

  信天翁“老师”传授的动态盘旋飞行技巧:顺风飞行,然后下降穿过风速边界到弱风区,这时速度提升,积攒动能;接着180度回转,改为逆风飞行,利用速度爬升至较高处的强风区;当速度还没有降回到零时,再180度回转,顺风下降进入弱风区,如此周而复始,保持高度而不落地。当然,需要消耗一部分动能提供在逆风中往前的速度,以免一直顺风飞而到不了目的地。

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