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十博体育网站:倾转旋翼机当道 未来机场长啥样(图)

日期:2022-07-16 07:32:15 来源:十博体育网页版 作者:十博体育在线登录

  说起机场,在脑海中首先浮现的是长长的跑道,还有许多飞机围绕航站楼排排站。当前主流的国际机场,跑道的长、宽及其数量是制约机场吞吐量增长的重要原因。其中,世界上最大的客运飞机——空客A380——对起降跑道的标准要求为长1800米以上的级别最高的4F级机场。全球最繁忙的亚特兰大机场拥有6条跑道,而只有2条跑道的上海虹桥机场每小时飞机起降架次已经达到了极限,无法再新增任何航班时刻。然而,所有的这些限制都是基于当前客机滑翔起降的飞行模式,如果未来的主流客机能够像星际旅行中的飞行器那样垂直起降,在飞行过程中又能够以很快的巡航速度且飞行较长的航程,那么现在这些关于机场跑道的问题可能都不再是问题了。

  面对这个问题,大多数人思考的时候很自然地会想到如何改进现有的基础设施,建设更大、更好和更灵活的航站楼及更多的跑道。但这个答案的前提是,未来主流客机的飞行方式和起降模式依然采用目前的滑翔起降模式。如果到2050年主流客机是下一代垂直起降(VTOL)飞机,那么就能够大大缩小飞机起降的飞行距离,便不再需要面积广阔的停机坪来建设多条长长的跑道。

  在这种情况下,未来,全世界新建的国际机场这些庞大建筑体的设计和建设模式将发生极大的改变,那时候增加机场吞吐量的方式就不再是向外扩张——建设更多的跑道和航站楼了,而是能够在既有的土地面积上通过将航站楼建设得更高,以停放更多的飞机、容纳更多的客流。如果未来主流客机的起降模式是垂直起落的话,那么未来的大型国际机场就会与现在的直升机机场相似,这也意味着,在距离市区较远有广阔空地上将不再是机场建设的必要条件。那个时候,许多大型城市有可能在闹市中建设机场,以大幅缩短市区旅客往返机场的时间。

  从飞机发展这100多年的历程来看,机场等相关基础设施一直都是跟随飞机的发展来进行设计和建设的。在20世纪初,全世界第一架飞机起飞的时候,他们只需要提供最低保障的基础设施,那时候主要是由一个圆形且相对平坦的地面作为机场的,附带提供一些飞机维修的基础设施,简单得不能再简单了。在经历了二战以后,战争的驱动使得飞行技术有了非常大的进步,新技术的应用使得飞机可以吸收大部分的侧风起飞,这就使同等条件下新飞机能得到更大的起重力,从而让飞机起降时所需的机场跑道长度大幅缩短,也就缩小了机场建设所需的土地面积。而近30年来,飞机发动机技术的发展也使得单个发动机所能提供的动力大幅提高,不仅波音777等飞机的载客量有所增加,而且飞机的耗油量也明显减少。

  在21世纪,随着飞行技术水平的不断提高,第三代机场也将随之出现,这款应用了突破性技术的主流客机就是倾转旋翼机。它通常在机身安装可旋转的发动机吊舱或固定翼飞机的发动机,通过一个或多个驱动转桨为垂直起落的飞机产生升力和推进力。

  或许你会惊讶地表示,号称新一代的主流客机居然是早已被发明出来的、看起来并不新奇的倾转旋翼机。确实如此,倾转旋翼机的首项专利发明可以追溯到1930年,但直到1954年才进行首次飞行测试。多年来,倾转旋翼机的快速发展在很大程度上都是受到军事利益的驱动。倾转旋翼机能够将直升机的垂直起飞能力与常规固定翼飞机较快的飞行速度和较长的飞行航程这两项优势很好地结合起来。

  对于民航旅客而言,选择乘坐飞机出行是为了以更快的速度到更遥远的地方。在过去的几十年里,各国军方一直在努力研制能够垂直起飞和降落的大型运输客机。根据发布的最新研究进展,美国联邦航空局(FAA)很可能在2016年研制出第一款能够应用于民航运输的倾转旋翼机。尽管如此,倾转旋翼机发展到现在这样的程度并不是个很大的惊喜。今天,比较成熟的倾转旋翼机技术仍然只发展到飞行航距1000海里,相当于可飞越整个西欧地区。

  虽然目前已经研发成功的倾转旋翼机的座位容量依然远远无法和主流的喷气式宽体客机相媲美,但许多人认为,目前的倾转旋翼机已经能够有效地提高短距离航线的运输能力了。

  倾转旋翼机可以完全改变机场这个航空基础设施的发展规则,机场设计者需要面对的挑战是大幅度改变机场设计理念,让符合倾转旋翼机起降标准的新机场成为现实。想象一下倾转旋翼机起飞和降落的样子,它没有像当前主流机场那样的长长跑道,飞机始发或到达机场的通道只需要面积仅为100多平方米的圆柱体空间就可以了。而且,更为重要的是,想象一下,那样的机场就建设在市中心,这意味着你不再需要花费较长的时间和较高的金钱成本往返机场,那时,坐飞机就跟现在坐公交车一样方便。

  从技术发展进程来看,下一代倾转旋翼机每次可以运送150名乘客,并且巡航速度是现今直升机的2倍,它的起降只需要一个小小的卸货平台。倾转旋翼机投入民航应用的第一阶段是利用现有的机场。由于倾转旋翼机起飞和降落时不需要跑道,这将有效地缓解一些大型机场的交通拥堵压力,从而提高空域的交通容纳能力。下一阶段,是针对倾转旋翼机的特点和旅客出行需求,在市中心建造足以容纳整个机场所有基础设施的摩天大楼,即所谓的垂直机场。

  垂直机场的概念,是将传统机场的平面布局转换成90度的垂直机场。从功能划分来看,整座机场的最下几层可以建设成为地面交通运输中心,包括出租车、公共汽车、地铁、火车和停车场等基础设施。中间层将主要作为旅客服务的功能区域,主要建设旅客值机区、旅客安检区、旅客候机厅以及机场零售、餐饮等配套设施。最后,旅客登机区域将主要位于机场的高层位置。

  垂直机场如何运营的?它是基于下一代的倾转旋翼机倡导者(如美国宇航局的奥古斯塔学院提出的)对其主要特征的描述,概念设计的主要目的是将机场运营的所有功能区域集中在紧凑的单体建筑中。

  为了评估新机场设计概念的优势,位于西班牙马德里的由拉斐尔-德尔-皮诺基金会赞助的建筑工程专业学生团队一直在努力研究下一代的倾转旋翼机需要什么样的机场基础设施,才能像伦敦城市机场那样实现高效运转目标。为此,该研究团队在2015年对大约400万名乘客和400万架飞机运营场景做了调研工作。研究结果表明,为了实现或接近伦敦城市机场那样高效运作的垂直机场,需大约1200个停车场,以及3.9万平方米的机场服务配套区域和8个飞机停靠的航站点。

  在新概念模式下,这些航站点将通过能够承载飞机的升降机连接到飞机的起飞和降落平台上,这将保证旅客可以在环境好且较为舒适的建筑内登机,从而提升了旅客的体验。一座垂直机场的建筑地面面积将不会超过1公顷,而建筑本身是高达135米、由17层楼组成的垂直建筑。那么,机场建筑的形状是什么样子呢?或许只有时间会给我们答案。但是,自过去100年以来,我们在建设机场时更多的是通过扩展地面建筑来支持民用航空发展的。在未来,或许我们将更多关注的不再是地面建筑,而是垂直空间的开发,垂直机场将成为现实。(《中国民航报》、中国民航网 特约撰稿人罗俊勤)

  倾转旋翼机的设计和飞行原理主要是,通过航油发动机或电力驱动的传动装置,驱动安装在机翼翼端的发动机上的旋翼,通过调整旋翼的方向,改变发动机旋翼的驱动力方向,从而使得旋翼机能够根据飞行指令向上、向前,甚至旋转飞行。当发动机位于垂直位置时,旋翼轴向上,由旋翼产生的拉力可使飞机垂直起飞。当飞机需要巡航飞行时,发动机连同旋翼轴一起倾转至水平位置,使旋翼变成螺旋桨,旋翼产生拉力,机翼产生向上的升力,以维持飞机水平飞行。

  倾转旋翼机是一种性能独特的旋翼飞行器,它既具有普通直升机垂直起降和空中悬停的能力,又具有涡轮螺旋桨飞机的高速巡航飞行的能力。倾转旋翼机采用了新的思维方法来设计直升机的旋翼和总体布局,设计理念已突破了传统直升机的范畴,属于新原理旋翼构型,是直升机技术突破性、跨越性的发展,也是直升机行业的一项革命性高新技术,更是直升机技术发展的必然结果。

  与直升机相比,倾转旋翼机的航速更快,航程更远。目前,军队特种作战及通用航空作业,一般都是以直升机作为运载工具的。但直升机航速慢、航距短的缺点也较为明显。美国著名的CH-46D“海上骑士”直升机的最大巡航速度仅为268公里/小时、最大航程仅为366公里,这样的飞行性能在很多情况下不能满足特种行动的需要。因此,倾转旋翼机也就肩负起了更大的历史使命。目前,经过几十年的发展,全世界最优秀的倾转旋翼机在满载、垂直起降的情况下,航程已经能够超过2200公里,在减载的情况下,甚至能达到约3000公里。

  倾转旋翼机凭借着其高速性能,能使行动队伍以较快速度通过危险地区,而且它还有能力在一夜间就把作战人员输送到数百公里以外的行动地点,在完成任务后又可以迅速返航。据美国军方称,“鱼鹰”倾转旋翼机可满足32种军事任务的需求,并能赋予战场指挥官更多的选择和更大的灵活性。它出动时所需的支援力量较少,且不需要机场和跑道,加之维修简单,生存力强,因而特别适用于特种作战和缉毒行动。美国前国防部长科恩指出,“鱼鹰”将会改变人们的行动方式,满足21世纪美军的多方需要,并大大缩短军事打击、解救人质、灾难救援、人道主义援助及维护和平行动的反应时间。倾转旋翼机能完成直升机所能完成的一切任务,由于其具有速度快、航程远、有效载荷较大等优点,它特别适合执行兵员/装备突击运输、战斗搜索和救援、特种作战、后勤支援、医疗后撤、反潜等方面的任务。

  倾转旋翼机结合了直升机与固定机翼飞机的优点,是一种军民两用的高技术产品。因此,在未来高技术战争和国民经济建设中必将发挥巨大的作用,在军民领域的用途也将非常广泛。倾转旋翼机的飞行速度与支线客机相近,可在没有机场的任何地区执行运输任务,特别适用于经济不发达地区的开发和建设,可以局部替代支线客机成为现代化空中运输网的重要组成部分,在商业上具有极高的价值,它不仅解决了部分空港和跑道拥挤问题及边远地区的运输问题,而且其运输成本要比常规直升机和固定机翼飞机低得多。

  倾转旋翼机的发展并非一帆风顺,在过去的半个世纪里,只有贝尔公司研制出了XV-3、XV-15及贝尔/波音V-22系列倾转旋翼机。为适应未来战争的需求,美国贝尔直升机公司设计了一种新型旋翼运输机V-44。这种飞机既能像固定翼飞机那样飞行,又能像直升机那样降落,且又具有超大容积的装载能力。这种全新概念的倾转旋翼机,将成为美国实现军事力量超前部署、高机动部署目标的强有力空中堡垒。V-44机身内部大得能容纳1个2.5米×2.5米×13米的集装箱、几架直升机、几辆各种型号的多用途轻型装甲战车以及8台标准装卸工具,或者是70名士兵的床铺。也就是说,新型飞机可以运输80名~100名士兵或者10吨~20吨装备和物质以最快速度620公里将到达1600公里~3200公里以外的地方,且不需要跑道和机场而进行垂直降落。这个计划已经引起了包括海军陆战队在内的一些用户的极大关注。

  倾转旋翼机有望在本世纪全面投入使用,并且随着技术的不断成熟将会拓展到民用航空领域,并将继续得到重视和发展。(罗俊勤)

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