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第八十六章 积累
天地悠悠,过客匆匆。人类追求自由翱翔于蓝天的脚步从未停止,莱特兄弟的飞行者飞入天空的时候,已经有人在畅想,能否让我们飞得更高、飞得更远、飞得更久,这三个追求一直在鼓舞着人类不断探索不断前进。
“一种新飞机的投入使用,一般需要经过四个阶段。第一是飞机设计单位和订货单位协商后共同制定新飞机的战术技术要求,或者说技术要求。当然也可以由其中的一方为主,提出技术要求。不管是有谁最终确定技术要求,该要求都对飞机非常重要,它确定了该飞机以后的主要性能指标、主要使用条件、机载设备。设计制造单位保证飞机实际飞行结果达到技术要求,而订货单位也按照技术要求验收新飞机。”
“第二个步骤显然是飞机的设计过程,设计单位根据已有的技术要求,进行飞机的总体设计,将飞机主要的参数、基本外形、部位安排等确定下来,而后就是仔细的分析、计算和实验,以确定所制定的总体设计能够满足技术要求。而后便是结构设计阶段,在此期间设计单位需要将飞机结构的所有图纸,当然这些结构务必满足总体设计要求,同时与飞机的技术相协调。”
“那这个阶段岂不是所有当中耗时最长的?当初我在工大学习的时候,都听说王工他们是最辛苦最疯狂的,不分白天黑夜的工作,要是我早就累趴下了。”
“不一定,要看飞机是什么飞机,也就是说技术要求高不高。传统的木质双翼飞机肯定是不能和全金属单翼飞机相比的,而后者也肯定是没法和喷气式飞机一较高低的。当然肯定还有技术要求更高更复杂的飞机,即便几百个人同时为之工作,那设计周期也是相当长的…”
“第三个步骤就是飞机的制造过程,制造厂根据设计单位提供的全套图纸和技术资料进行制造,工厂在制造出整架飞机的结构后,将飞机所需的设备、系统全都装好,当然他们必须确保按照设计图纸和技术资料的要求制造,首批制造出来的飞机都将投入试飞和全机强度实验。这个过程中设计与制造可谓是关系紧密,设计人员务必清楚工厂的生产条件、新工艺和新材料的发展,而工艺技术人员也要和设计人员紧密合作,以最好的工艺完成生产。”
“最后一步就是飞机的试飞和定型过程,新飞机试制出来后世不能立马投入大规模使用的,即便之前已经有了大量的科学计算、实验分析等,不过这些都是理论上的,究竟能否投入使用,务必要用大规模的试飞来检验飞机,首先就是是否安全、性能是否符合技术要求。试飞出的问题都将及时反馈到设计人员和技术人员手里,有问题就必须更正无论大小,直到确认飞出了设计指标和技术要求后,该飞机才能投入使用,即可以交付订货单位。至于飞机该如何使用、会有多大的订购量这些问题都不是设计和制造单位考虑的,只要飞机好,不怕没销路!”
“那你会不会参与其中?”
航空小白黎晓冉缠着张宇老是问这问那,刚从湛江回来不久,这厮又缠上了张宇,其实她绕来绕去的发问,无非就是想让她的蓝天梦也实现了,翱翔蓝天白云之中的梦,她都不知道做了多少回了。
“我说老婆子,你别一天到晚纠缠这些问题。只要可以坐,我难道还拦着你不成。只不过试飞定型工作还未完成,你再耐性等候个七八月,到时候一定让你当中国民航集团的首批乘客,直接拉你到重庆去吃正宗火锅,咱俩也算是度蜜月了一把。不过现在,你就好好呆在家里。”说着,张宇把鞋子也穿好了,接过黎晓冉递来的皮包就准备去“上班”了。
“那我不仅要去重庆,我还要去成都看看,听说那儿地处一望无垠的大平原,杜甫老爷子的茅草屋都在那边,我一定要去看看。不过,我们的婚假能有那么久吗?”
“这我可就真不知道了,反正我答应过你,不能给你一个盛大的婚礼,但起码要给你一个美好的婚姻。只要机会合适,你老公我是一定不会忘了你的。对了,你去第一医院看看咱们的准嫂子,她和大哥俩是不是最近闹什么矛盾,我怎么看张雨生一天到晚没精打采的,问他有什么烦心事他又不肯说。反正,你们女人之间好沟通一点,你要是把她俩凑合了,就算是立了大功一件。”说完,张宇便再次离门而去,门外的于然已经等候小半个小时了。
刚一上车,张宇便接过于然递过来的一大叠资料。“第一师、第二师、第三师都已经传回了详细报告,这些是概括信息,详细的报告已经在送来的途中。第五师发回了一个特别请示,已经交由总参谋部审议,资料第一页就是他们的请示内容……”
“喔?”
张宇惊讶一声,第五师驻扎在和广州军政府非常铭感的肇庆,可以说第五师是随时顶在广州军政府脖子上的一把尖刀,张宇可是很少得到第五师什么消息的,真要是有什么消息传来,按照常理推断,都不是什么好事儿,不过既然是一个请示命令,也就说明再坏也坏不到哪儿去,拆开封装后张宇慢慢浏览起来,而车子也很快离开了院落向目的地徐徐开去。
不到一分钟,张宇便知道第五师邓拉本这厮所谓的请示,此人为人甚是豪爽,在美国那会儿喝酒打屁最能把张宇丢翻的就是此人,当然直肠子是好,不过为人过于正义、对事业过于豪放,那就注定是个爱惹事儿的主,第一师的唐仁辉和第二师的【创建和谐家园】明都比他要处事冷静得多,但肇庆是个敏感地带,邓拉本虽然不会主动惹事儿,但要是有谁敢动他一根胡须,着战争狂人分子一定会让某人吃不了兜着走。
当初张宇把他所带的师放在肇庆,就是希望广州方面不要小看了人民军,当然第五师是绝对不会乱来的。这次邓拉本给予的请示并不是什么要打仗之类的东西,而是他想回来一段时间,不久之后将有自治区第一辆实验型坦克下线,这厮在肇庆耐不住强大的好奇心,想回来看个究竟。
“这种请示以后不要发给我,唐仁辉那小子就是个惹事儿的主,还真以为我忘了陆军似的。邓拉本算是被唐仁辉支了出来当先锋,我估计后面还不知道有多少个师长在等着看好戏,要是真让这丫回来了,那其余五个师岂不是都要回来看稀奇?”
最近人民军的发展可谓是朝气蓬勃,陆军不仅想要扩大规模还想要弄上装甲力量,俨然就是要在俩个正嗷嗷待哺的海空军面前证明一点,那就是陆军始终都是老大哥。除了人员编制规模上要占据优势,而且在兵源素质、技术含量上也要和海空军较量较量,所以这卯足了劲儿弄陆军中科技含量最高、技术等级最好的装甲车辆研究,就是他们“表演”自己老大地位的最好舞台。
当然其中还有一个原因,以前军费预算都是由陆军独霸,而今多了两个兄弟,尤其是这两个兄弟一个是烧钱的机器,另一个是吞黄金的怪物,陆军如果真继续步枪、机枪、大炮的老传统,怎么可能和空军的一架飞机、海军的一艘舰艇的奢靡程度抗衡,没有耗钱的项目做支撑,到时候争论个军费平等都没有个好的理由,谁叫你陆军勤俭持家呢?
“于然,看看安排表,坦克样车整车实验安排在什么时候?”张宇一阵苦恼后,跳过了这恼人的问题,继续下一个待看文件资料。
“计划时间是定于5月3日,今天是4月26日。”
“这邓拉本还真是能掐会算啊!昨天老子才接到消息称车子已经开始组装,这丫立马就能得到消息请求允许参观。这六个师长是不是一个个都是一门心思想要装甲?在海南岛晒太阳的王淼生也想要,真是奇了怪了!”
就在张宇还在抱怨的时候,车队已经驶入中航集团总部园区内。和往日一样,这里时时刻刻都充满着忙碌人们,尤其是在西科斯基和科恩达来了之后,中航集团迅速筹集了两个实验组,一个专攻直升机项目,当然另一个就是喷气式飞机。
也正是因为有了这两个项目组诞生,让中航集团原有的也是仅有的一个活塞式飞机项目组不再富有垄断地位,即便现在处于为集团首批真正的飞机而努力的关键时期,两个项目专攻组的出现也让集团产生了很多的变化,最主要的变动就是中航动力公司的“人员大变动”。
按照集团计划,未来集团的发展方向是集飞机设计研发、飞行器制造、航空动力研究等为一体的大型集团,然而飞行器多样化的趋势却让集团不得不面临一个现实,那就是真要同时实施如此多的项目,那集团的体制必将变得极其臃肿不堪,工作效率暂且不论是否要降低,光是人员管理上就会增添很多麻烦,所以中航集团迟早要分家的谣言一时之间如烈火燎原一般肆虐整个集团。
有人称中航集团将分为三个集团,当然这也是集团内最为风行的一个谣言。主要内容是,三个集团各有所图。一个专门以活塞式飞机为主,无论飞行型号及用途,总之他们的任务就是不断钻研活塞式飞机,战斗机也好、运输机也罢。第二个和第三个非常明了,那就是面向直升机和喷气式飞机的两大集团。
当然无论谣言是否属实,对很多技术人员而言都没有多大的实际意义,因为无论造什么飞机,都是利用自治区最好的最先进的技术和材料,利用最好的加工工艺和手段制造飞机,直升机也好、喷气机也罢。但对于研究生产航空动力的中航动力公司可就影响卓著了,他们早已证明活塞式航空发动机不是万能的,无论液冷式还是气冷式,最有前途的当属喷气式发动机。
所谓的喷气式发动机更正统的说法就是燃起涡轮发动机,它是现代飞机和直升机上最用应用前途的飞机,包括用于超音速飞机的涡轮喷气式、用于时速大于800公里飞机的涡轮风扇式、用于时速小于800公里的涡轮螺旋桨式、用于直升机的涡轮轴式,它们都具有压气机、燃烧室和燃气涡轮。
有了这么多的发动机分类,而且个个都是大有前途的都值得探索研究,这可不像当初只有一个马力大小、液冷还是气冷的区分在,中航集团内有了直升机和喷气机的专项研究组,中航动力公司也接到了总部命令,那就是尽一切办法满足研究组的需求,当然言外之意就是让他们准备好在喷气式发动机上展开研究,所以这下中航动力公司内部可就热闹非凡了。
按照中航动力的应对方案是将喷气式的四种,加上一个活塞式发动机共同组成五个研究职能部,也就是说中航动力要同时向五大难关发起冲击,当然已经成果显著的当属将改称为活塞式发动机职能部的老研究队伍,他们当中有不少人都对活塞式情有独钟,将来肯定是选择继续在这个项目上奋斗,而另有追求的人则会划分到其他职能部去,当然从工业大学航空工程学院的在读学生问卷调查结果来看,此时力量匮乏的喷气式四大职能部将来一定是人才济济,因为不少学生都看好喷气式而非活塞式。
中航动力公司内部这样一种预备划分方案,其实并没有多大的影响,相反还会因为有了更多的竞争者后,各大研究部门之间才能形成良好的竞争氛围,有利于中航动力在航空动力上做出好成绩,但一个学生问卷调查却让这件事有些棘手了,不少人就开始提议是否对航空工程学院现有航空动力设计专业进行再次扩编,或者说专业科目再细分一点,言外之意就是要让学生们在学校里也开始涉猎这些新兴动力装置相关知识,以免毕业之时到了相关职能部后还需要太多时间适应。
想法是很好,但现实可不是靠想象就能解决问题的。中航动力公司可以凭借集团大量的资金投入、政府大力支持、军方鼎力相助,可以毫无顾虑的开展各项研究,中航上下都认为:只要认为是对的,就去大胆探索研究,不管成功与否都会有所收获有所积累。
第八十六章(续) 中航
中航工业集团虽说是自治区目前最大的,当然也是最大的一架航空公司,然而与中航动力财大气粗不同,中航集团需要顾全的东西就不是一间仅仅以科研为主要目的“小公司”,从诞生到现在已经是相当长一段时间,虽说已经在航空事业上是做得不错,两个项目都进展很快,但还没有一点点经济效益的回收,那就证明中航还未成为自治区又一大重工业支柱,以亿计的投入就还是没有商业价值的。
中航集团的压力可谓不小,即便守住了空军这个铁饭碗,但谁能保证空军到时候会对中航迟迟拿不出好东西而厌恶,谁又能保证未来不会出现民营航空企业与中航展开激烈竞争,也没有谁能确保政府会让中航一直独大,或许肢解成三大航空集团外加一专业的航空动力科研公司是正确的,随着集团规模越来越庞大,划分为分工明确的众多集团之后,或许更有利于航天事业的整体发展,当然此时并不是他们考虑这点的时候,还是将正在如火如荼进行中的两个飞机项目完成后再议也无妨。
“耶,农达平,你小子怎么又回总部了?玉林那边是不是又有什么好事儿要上报啊?”
刚一下车,张宇优秀的视力立马看到了爱把车子停在最边上的农达平,他只要是到总部来商议事情,那可就不知道他究竟会什么时候才离开,所以将车子停在最不影响他人的角落,免得给他人造成不便。今天估计他是起了个大早,从玉林赶过来都和张宇一起抵达中航总部园区,可见这丫是个顶尖的工作狂。
被叫到后,农达平立马露出了欢笑,和他助手各自都是抱着一大堆文件资料,却像风一样向张宇这边赶来,刚一走到张宇跟前,气儿都还没喘匀就开口说道:“部长,你不是不知道,这总部最近像是在催命一样,非要我们拿出什么四类发动机研究计划案出来,这时间紧任务重,我是不得不连轴转……”
“你有抱怨可不该向我汇报,你得去叨扰王助那小子,虽然他职位比你高,但他年龄比你小。尊老爱幼都不懂,还怎么的当技术主管。”张宇说着,让于然他们照例在车里等着,他也不知道会在总部大楼里逗留多久,然后便和农达平三人一道进入中航集团总部大楼。
“王工对我们还是挺好的,不过这次是总部高层集体的决定,非要我们中航动力以最快时间拿出一个计划案,说是两个项目组共同请求的决定。西科斯基和科恩达俩家伙干起活来,比咱们自己人都还要疯狂,和王助、巴玉藻他们一样,是天才的都不是人……”
“呵呵,你也差不到哪儿去!”听到农达平这‘老疯子’嘴里骂出‘小疯子们’的话,一个个都是对所感兴趣的事业异常专注努力的人,竟然还能分得出个高低,可见这中航出工作狂的传统必将延续下去。
空间不大的电梯间里,张宇看着农达平和他的助手是两手都不得空,两大摞的文件资料看起分量不轻。“一会儿你是不是要和王助他们商议计划案?要真是那样,我也一道去听听!”
张宇不是第一次参与中航的各种会议了,当然他并不是一个毫无作用的旁听者,有时候提出的意见建议都很独到,往往众人纠结苦恼不已的问题,他的贸然一句还能完美解决大问题,当初亚美集团的首席技术总监,成了自治区最有权势的人后依旧不减“天才”风采,到中航来讨论讨论航空事业,那众人都是举双手欢迎的。这不,农达平听到张宇要听汇报会,立马笑得更欢了。
中航动力公司关于喷气式发动机四大分类的研究计划案汇报会,被安排在了四楼的一个能同时容纳一百二十人开会的会议室,不过今日到会的没有一百二十人,但中航集团的主要任务都到齐了,西科斯基和科恩达俩人以及他们的翻译也都到场,如此多人物的汇聚,这次会议的重要性不言而喻,不过张宇还是同以前旁听一样,找了一个不起眼的角落,在不进入讨论阶段的时候,他始终都将是一言不发的听众。
“关于燃起涡轮发动机,我公司经过一个月的初步研究,在主要研究方向上确立了一些重难点内容,当然这些问题是比较棘手的,也是我公司研究计划案的重点。”会议没有主持人,众人刚一落座完毕农达平让助手为到场众人分发资料,自己便正式开讲了。
“我们都知道由压气机、燃烧室和燃气涡轮组成的发动机就叫燃起涡轮发动机,它的优点自然是重量轻、体积小而且运行平稳。空气在压气机中被压缩之后,在燃烧室中与喷入的燃油混合燃烧,产生高温高压燃气驱动涡轮作高速旋转。”
“此后,靠喷管高速喷出的燃气产生反作用推力的涡轮燃气发动机,也就称之为喷气发动机。而由喷管排出的燃气和风扇排出的空气共同产生反作用推力的脚涡轮风扇发动机,利用螺旋桨提供拉力和喷气反作用力提供推力的称之为涡轮螺旋桨发动机,最后一种是由燃气通过动力涡轮输出轴功率的叫涡轮轴发动机。当然,这就是喷气式发动机的四大分类,也是仅有的四类。”
“我们可以认识到的是对于喷气式发动机而言,其压气机的增压比是很重要。”说到这儿,农达平示意助手为他挂起第一幅概念设想图,这幅画是属于中航动力对于涡轮喷气发动机的概念性设计草图。
“我们从图可以得知,由压气机、燃烧室和驱动压气机的燃气涡轮都是异常重要的,我们不妨从此之后称之为核心机。顺着我的指示棒往下看,大家可以注意到核心机出口燃气将会直接宰喷管中膨胀,使得燃气可用能量转变为高速喷出气流的动能,由此产生巨大的反作用推力。如果我们在此加装一个加力燃烧室,那该发动机在一定时间内将会功率大增,装配该发动机的飞机速度将会陡然提升很大一截,这对战斗机而言,可谓是非常重要的。”
“当然,刚才所讲的还都是臆想和揣测,我们从理论上证明的东西不见得实际上真的可以实现。但是我们可以注意到的是,涡轮喷气发动机可以有离心式、轴流式,当然也可按转子结构不同分为单双两种转子发动机,但考评发动机主要性能指标的是始终不变的,推力、耗油率和推重比,要想做好该型发动机,又必须回到刚才我所说的问题,压气机的增压比很重要,当然其他部件的效率也很重要。”
挂上第二幅画后,农达平喝了口水润润喉喉才开讲:“按照这张图纸,我们可以看到涡轮风扇发动机是由单级或多级风扇、压气机、燃烧室、驱动压气机的高压涡轮、驱动风扇的低压涡轮、排气系统组成,将压气机、燃烧室和高压涡轮定义为核心机后,可以得出的是该型发动机必将有两大进气道。”
“由核心机组成的是内涵道,围绕它的是外涵道。核心机出口燃气在核心机后的低压涡轮中进一步膨胀做功,用于带动外涵道风扇,使得外涵道的气流喷射速度增加,而剩余的可用能量便在喷管中转化为高速喷流的动能,这两股气流同时产生推力。流经两个涵道的气流量比称之为涵道比,该比例越大耗油率定然很低,不过发动机的迎风面必将很大,反之亦然。该型发动机可以预料到的是,它将比涡轮喷气式的工质流量大、喷射速度低、推进效率高、耗油率而且推力也很大,不过他的迎风面始终是个问题,用咱们的话说就是只能装于大型飞机,而不是要求高速的战斗用途飞机。”
“在谈论涡轮螺旋桨飞机之前,我想大家也应该清楚我公司内部的一些所谓的谣言,我们暂且不论各种谣言论断的好坏,但我不得不说的是也就是因为涡轮螺旋桨发动机的相关研究,正是因为它过于出色的理论研究结果,才导致我公司内技术人员们立马各有所好,分设更多研究部门的小道消息才不胫而走。但此时我们跳过该问题,先说说为什么这涡桨发动机如此令人着迷。”
“涡轮螺旋桨发动机和前两种一样,也是要有压气机燃烧室什么的,不过更具特色的是它要有减速器和螺旋桨等部件,这种发动靠动力涡轮把核心机出口燃气大部分转化为轴功率,用以驱动空气螺旋桨旋转,而少部分燃气则在喷管中转化为气流动能,直接产生反作用推力。也正是因为动力涡轮转速太高,而螺旋桨的转速较低,所以才需要安装减速比在十以上的减速装置。”
“该类发动机和活塞式航空发动机相比起来,重量更轻而且震动更小,尤其是高空飞行中更优于活塞式,同样在时速不超过八百的飞机上装备使用,涡桨式发动机虽有一点耗油率高的劣势,但是在使用性能上却远远高出活塞式,有了涡轮风扇发动机装配大型飞机使用,活塞式发动机就剩下小型飞机一种用途,都但更高、更远的飞行要求,只能让活塞式前途更加暗淡。总之,无论他是谁液冷还是气冷,都要甘败下风。”
“和涡桨发动机结构和原理都基本相同的涡轮轴发动机,它和涡桨唯一的不同就是它将核心机出口的燃气所含全部可用能量都提供给了动力涡轮,通过主减速器后发动机的输出功率可传给旋翼和尾桨,这效率肯定比装备活塞式发动机好得多,而且重量轻、耗油率低、维护自然也方便,能满足直升机做起飞、爬高、悬停等大功率状态下的工作,当然前提是西科斯基所领团队研究的直升机构造是这样,如果不是,发动机的功率也可以传给其他,不一定是旋翼和尾桨。总之,直升机上用涡轮轴发动机是绝对没错的……”
听到这儿,张宇差点忍不住笑了出来,这农达平也不分这是什么时候,说着说着竟然有开始推销自己产品的倾向了,不过看到西科斯基也是笑呵呵的频频点头,张宇实在觉得这农达平应该去做商人,怎么会当起了中航动力首席技术官。
“所以,你们的的计划就是真要构建五大科研部门,对五大发动机展开全面研究?”
听了半天后,王助已经有了一些疑问不吐不快,不过就怕张宇有问题要问,所以一直憋着,不过看了张宇几眼后,发现张宇坐在那儿就跟一尊菩萨似地,不会干涉他们的会议,这才开始问起来。
“不,我们只是要分化出五个科研方向,而不是五大科研部门。当然活塞式是必须要独立出来自成一家的,有不少人始终专注于活塞发动机,我们也才刚走上活塞式道路不久,这个领域还有太多地方没有发掘、还有不少课题没有攻克,相信他们会用时间和精力将活塞式这个领域专研透彻…”
“另一方面,正如我刚才说汇报的一样。无论是涡喷、涡扇,还是涡桨、涡轴,他们都有很多的共同之处,我们需要集中力量攻克其中重要难点,比如说核心机方面的技术,具备一定基础的前提下,才会过渡到不同的发展方向。也就是说我们公司计划的是,两个科技攻关体系,五个发展方向。”
农达平给出的答案非常明了,在场众人都纷纷表示赞赏,不过完王助此时又有话说了:“本来集团就是这么考虑的,没想到你们既然自己已经有了这方面的想法,不妨在一定时期内拿出一套切实可行的方案出来,我们也好以最快的速度予以审议通过。西科斯基他们已经有了不小的研究进展,他们希望作为飞机核心的发动机方面也能加快速度。”
“我可以让西科斯基和科恩达先生到我们那儿去看看,把项目组直接设在我们公司也行。反正这直升机和喷气机都是集团长远计划中的大项,既然是一时半会儿是不会也不用出成绩的,咱们何不妨团结紧密一点,飞机理论研究和发动机技术攻关整合在一起,这样更有利于彼此进步……”
“你干脆说应该多拨付一点经费得了!”
此话一出,众人纷纷大笑起来,农达平是一个地地道道的技术人才,但他的脑子里却是时刻刻有着商人‘贪得无厌、狡诈异常’的小诡计,巴点不得最好的条件、最优秀的人才都给他,都要撑死了却还在说肚子饿。
ps:最近更新量变少,不是什么河蟹原因,而是小子也是人,我也需要生活,在紧张的现实中要腾出时间来写作实在不易,还要腾出时间查阅、核定一些东西实在不易,翻过了五十万字大关还要继续坚持,付出了快三个月的义务心血我都没有放弃,这已经证明我对书不变的信心和小子的毅力,一路走到现在非常感谢大家的支持,也请大家继续支持小子,别忘了明天又是周四了,小子也一定践行诺言实现双更,今天四千多一点点,实在有些少而且还是昨天的残羹,真是不好意思了。
第八十七章 风雨兼程
“由于我们研究的项目已经超出了当前我们对大气物理性质的了解程度,当飞行速度超过一定程度的时候,我们相信一切都有所改变,而且我们必须对这些改变加以重视,否则无法实现超音速飞行,没有这样的飞行能力,研究喷气式飞机又有何用?所以我们在研究的开始,就非常重视飞行环境、飞行条件等方面的研究。”
大气的状态参数是指其压强、温度和密度,这些参数随着飞行高度的变化而变化,它们作用在飞机上的空气动力大小有影响,也对飞机喷气式发动机所产生推力大小有很大程度的影响。
每一个大气分子都有着自己的位置、速度和能量。分子之间的联系非常微弱,且没有自己固定外形。然而当飞行器在这种介质中运动时,其外形尺寸远远大于分子的自由行程,所以研究飞行器与大气之间的相对运动时,可将分子之间的距离看似为零,也就是说把气体看成连续的介质。
相邻大气层之间相互运动时所产生的牵扯作用力,叫做大气的内摩擦力,也叫做大气的粘着力。这种大气的粘性是空气在流动中所表现出来的一种常见物理性质,而大气流过物体时所产生的摩擦阻力恰恰与大气粘性有关,像飞机这样在空气中快速运动的物体,空气粘性作用在飞机外表面的摩擦阻力就不再是一个可以忽略不计的小数字,必须加以重视和考虑。
气体的可压缩性是指气体的压强改变时,它的密度和体积改变的性质。一般都认为液体是不可压缩的,而气体对这种变化的反应很大,所以认为气体都是可压缩的。当大气流过飞行器表面的时候,由于飞行器对大气的压缩作用,大气压强会产生变化,密度也随之产生波动。当气流的速度较小时,压强的变化量不大,密度的变化也很小,所以研究大气低速流动有关问题时,可以不考虑大气的可压缩性。而气流速度快的时候,则应该大加考虑了。
声速是指声波在物体中传播的速度,一个振动的声源在介质中传播时产生的疏密波,即压缩与膨胀相间的波。人能听到空气中传来的各种声音,也就是因为空气被压缩和膨胀的结果。飞机在空气中飞行时会把前进中所碰到的空气微团推开,并把这些微团压缩,物体继续向前运动,被推开、压紧的微团将膨胀开来,回到原来的位置。所以飞机飞行时,围绕它的空气将一直产生振动的疏密波。
声速是考虑空气压缩程度的一个重要因素,声速越大空气就越来被压缩。另一个因素就是飞行器的速度,运动速度越快,则施加给空气的压力越大,空气被压缩得救越厉害。将这些因素综合起来,就是一个很特别的数学方程。
马赫数Ma等于飞行器在一定高度的速度除以该处的声速,马赫数越大则表示空气被压缩地越厉害。当马赫数小于等于0.4的时候,空气压缩性影响并不大,即可认为空气是不可压缩的。而当马赫数大于0.4之后,研究飞行器的动力大小就必须考虑到空气的可压缩性影响,尤其是在进入跨音速飞行之后,因为压缩性会产生一种称之为激波的独特流动现象,这将对飞行器的空气动力和外形设计带来重大影响。
“低速飞行,飞机与空气之间的相互影响是一个渐进的过程,视空气为不可压缩。而高速飞行时,飞机突然来到跟前,空气无法让开,只能突然地遭到强烈的压缩,其压力、密度和温度都会陡然升高,相对于飞机的流速则突然降低。这种从无变化到有变化的分界面,就叫做激波。”
“激波又分为正激波、斜激波、圆锥激波。然而在超音速飞行时,气流因阻滞而产生激波,因膨胀而产生膨胀波。激波可以说是超音速气流减速时通常产生的现象,膨胀波是其加速时所必然产生的现象。激波使波前、波后参数发生突跃式变化,气流穿过,激波时受到突然的压缩,压强和密度温度都升高,速度和马赫数下降。然而膨胀波波前、波后参数发生的却是连续性变化。”
“还有一点,激波虽然厚度很小,但气流流过激波时,在激波内部气体黏性引起的内摩擦却很强烈,气流的部分机械能会因为消耗于摩擦而变成热能,继而使自身温度急剧上升,此现象称之为气动力加热。但膨胀波却没有上述损失,这种损失类似于附面层,因气体黏性而让气体动能变为热能,造成了动能的损失,可将这一损失所引起的阻力称之为激波阻力,简称波阻。”
张宇很少过问王助他们的研究进度,他知道王助对喷气式飞机更感兴趣,肯定了解很多科恩达项目组的研究进度,不过难得有机会在中航里逗留,强烈的好奇心还是驱使他过问起了研究进度,不过在此之前王助还悉心的为他讲解了一些理论知识,估计是王助担心张宇一会儿听不懂,所以才说教了一番高速飞行相关知识理论。
“我想,如果不出意外,波阻出现在飞机发展的道路上,必然会成为一个巨大的、难以逾越的障碍。”
“所以我们才给它取了个特别的名字,叫声障。”王助看了看张宇,在偌大的会议室里此时已经只有俩人,能说的都可以说。“其实声障问题并不是在研究当前这个项目的时候出现的,我们当初对活塞式飞机进行研究的时候,就发现平飞时速达到了七百多之后,当飞机进入俯冲的时候,定然要接近于声速,这时候飞机必将会产生剧烈的抖振,飞行也变得极不稳定,几乎会让飞行员失去对飞机的操控能力,如果飞机做的不好,会有结构遭到大破坏,甚至临空解体的危险。”
“你不是说声障是有飞机在飞行中所产生的激波和波阻造成的吗?对这两个影响因素进行研究、解决,不就突破音障这个大难题了吗?”张宇此时真的是揣着明白装着糊涂,对于这些后世近乎科普类知识的问题,放到现在都堪称是高技术保密级别的东西,当然张宇是可以对这些问题发问的,不过外人可就不行了。
“刚才我们已经说到激波和波阻的产生,其实不同外形的物体在超音速条件下由于产生的激波不同,其波阻也不一样。物体的形状对气流的阻滞作用越强,产生的激波越强,自然波阻就越大。”
“类似于长方形的物体,常产生脱体激波,即在距离前端一定距离的地方产生强烈的正激波,脱体激波对气流的阻滞作用很强,因此会产生很大的波阻。而尖头的物体,在尖头前端常产生附体斜激波,该激波对气流的阻滞作用就比较弱。所以物体越尖,气流所受的阻滞越小,激波越倾斜,产生的波阻越小。所以我们对超音速飞机的机身、机翼等部分的前缘设计都应该呈尖锐状,这样便可减小激波强度,进而减小波阻阻力。”
“能说说你们对超音速空气动力外形的研究成果吗?”
“我们目前已经开始就飞机的气动布局展开研究,在飞机几何外形和参数上也有了一定考虑。”王助说到这儿,从自己的文件夹里抽出了几张纸递给张宇,让他边看边听自己讲述。“我们都知道,不同的飞机、不同的速度都有不同的气动布局。按照机翼与机身连接位置上下来分,即可分为上单翼、中单翼、下单翼。如果按照机翼弦平面有无上反角来分,就可分为上反翼、无上反翼、下反翼,当然按照立尾的数量来分,可分为单尾翼、双尾翼、无立尾翼,无立尾翼时平尾变成V字尾。”
“当然,如果按照气动布局一般是指平尾相对于机翼在纵向位置上的安排,即飞机的纵向启动布局形式,我们有正常式、鸭式和无平尾式。不同的布局型式,对飞机的飞行性能和稳定性、操控性都有重大影响。”
“这些我还是了解一点的,飞机的几何外形是由机身、机翼和尾翼等主要部件的外形共同组成,而其中机翼是产生升力、阻力的主要部件,机翼平面形状包括翼展、展弦、前后掠角。而影响飞机的气动特性的主要参数就是前后掠角、展弦比、梢根比和翼型的相对厚度……”
“的确是这样!”王助适时的拍一下马屁不过他没那个习惯继续拍下去,指着张宇手中的一张图纸说道:“在低速飞行中,大展弦比的平直机翼升力系数较大,诱导阻力小。在亚音速飞行中,后掠机翼可以延缓激波的产生并减弱激波的强度,继而减小波阻。当进入超音速飞行阶段后,激波已经是不可避免,可采用小展弦比、三角机翼和边条机翼等有利于减小不足的设计。”
“为了减小超音速飞行时所产生的激波阻力,我们可以采取的机翼平面形状有,后掠机翼、三角形机翼、小展弦比机翼、变后掠翼机翼、边条机翼,常采用除了正常式布局外的鸭式布局或无平尾式布局。当然,也是各有优缺点。”
“说来听听!”张宇放下图纸,为王助端来一杯凉茶润润喉,然后又像一个小学生一样静静的坐着,等候王助的解释。
“刚才我给你说了,后掠机翼能够提高临界马赫数,即便超过之后也能进一步减小波阻。但它并不是完美的,当一定速度的气流吹过后掠翼时,会有一部分气流将沿着机翼的方向流动,使得附层面从翼根到翼尖逐渐变厚,并在翼尖处造成气流分离。”
“当迎角增加到一定程度的时候,会产生翼尖失速,扩展到机翼中部和根部后,继而造成大面积的失速。这个过程估计将会非常之快,同时还会造成飞机的猛然抬头,飞行变得极不稳定,以至于驾驶员会在得不到警告的情况下这些恐怖现象就已发生。当然,我们能做的就是在机翼上表面加装翼刀和在机翼前缘制作锯齿或缺口,使得气流形成漩涡或气动翼刀,由此阻止气流沿机翼方向上的流动。”
“机翼前后掠角的增大,后掠机翼翼根结构的受力将急剧恶化,结构重量也会增加。且低速时的空气动力特性也将恶化,使得飞机的升力下降阻力增加,因此在飞行马赫数达到二的时候,机翼有效速度小于一,明显只能采用三角形机翼。”
“三角形机翼和大后掠角基本相似,具有前缘后掠角大、展弦比小和相对厚度小的特点,翼根部分比较长,在相对厚度不变的情况下,有助于增加翼根处的相对厚度,继而改善根部的受力状况和减轻结构重量。机翼结构高度不变,降低机翼相对厚度以降低波阻。”
“三角形机翼的空气动力性能很好,机翼的焦点位置从跨声速飞行岛超音速变化,比其他平面的机翼变化量都要小,有助于保证飞机的横向稳定性。但是在亚音速飞行时升阻比较低,巡航特性不好。在大迎角飞行时才能获得足够的升力系数,在着陆时为了不妨碍驾驶员向下的视野,机头注定不能抬得太高,飞机的迎角不能太大,所以三角形机翼的飞机着陆性能肯定很差。”
“所以,超音速飞机采用小展弦比、大后掠翼机翼,后掠角度大可以降低波阻,对超音速飞行有利,但却有因为展弦比和翼展都很小,低速飞行性能差,起飞和着陆距离都很长的缺点。所以往后走,飞机在高速与低速之间的性能要求是很矛盾的。变后掠翼可以很好的解决该问题,起飞和着陆的时候采用较小的后掠角,展弦比最大有利于低速巡航经济性和较大的起飞着陆升力。超音速飞行时,采用较大的后掠角度,机翼展弦比随之下降,有利于减小飞行阻力。但很明显,这样的飞机注定结构复杂,气动中心变化大了之后,光是平衡问题就够折腾了。”
“为了解决超音速高速飞行和低速飞行的矛盾,最好的途径就是采用边条机翼。它应该由边条和后翼两部分组成。由于有大后掠的边条,使得整个机翼的有效后掠角度增大,减小激波阻力。而有基本翼的存在,整个机翼的有效展弦比增大,减小低亚声速飞行以及跨声速飞行时的诱导阻力。可以说比较完美的解决了高低速兼优的困难,当然如何确定出好的有边条机翼设计,这将是一项非常困难的工程。”
“鸭式飞机其实就是将水平尾翼移到了机翼之前,由于水平尾翼位于重心之前,在正常迎角飞行时,鸭翼将产生正的升力以保持飞机的平衡,所以它对全机升力的贡献是有积极作用的。而在大迎角飞行时,鸭翼前缘产生的脱体漩涡,在沿着机翼上表面向后流动时,会产生类似于边条翼的有利干扰,使得机翼的升力增大,对改善飞机的起降性能非常有利。超音速飞行要想实现短距离起降的设计要求,采用鸭式布局是很有必要的。”