为了未来能够登陆海滩,DARPA正在研究一种由苏联普及的大型水上飞机。在该机构于5月18日分享的一段视频中,五角大楼的“蓝天计划”部门设想了一款超低空飞行的“自由升降机”,作为一种能够高效地将货物运送到没有友好港口的岸边的运输和货运飞机。
要理解国防部这个部门为何对这种飞行器感兴趣,首先需要了解一个叫做“地效应翼”的现象。
“历史上一直有人尝试开发利用‘地效应翼’飞行的飞机,这意味着飞机飞行高度不超过其翼展长度在地面或水面上空,”DARPA的公告中写道。苏联曾在此原理上开发出称为“飞翼船”的飞行器——这种水上飞机速度快,可以起降而无需跑道,但仅限于在平静的海面上航行,且机动性很差。
飞机在接近海面飞行时存在诸多潜在危险,首先是暴露在天气变化中,且坠毁的风险更高。但地效应飞行器,如飞翼船和DARPA计划中的“自由升降机”,则利用了低空飞行的优势。
Bill Sweetman在2003年为《Popular Science》撰文称,“在正常飞行中,机翼的侧缘,翼尖下方的气流会流向上方表面。这会产生涡流,一种旋转的气流,会降低机翼的升力。但如果飞机在非常接近海面的高度飞行,涡流就没有足够的空间来充分发展,其强度也会减弱。”(避免机翼翼尖涡流也是翼梢小翼存在的原因,也是航空工程师们偏爱细长机翼以提高效率的原因。)
地效应翼的潜力从早期对飞翼船的观察中就能看出来。《Popular Science》在1977年首次报道了喷气式飞翼船,声称其设计用于反潜作战,最高速度可达350英里/小时。该飞行器在前置鸭翼上安装了八台喷气发动机,高耸于机身之上,其排气能够向下喷射到海面上。《PopSci》写道,这款“俄罗斯飞行器通过喷气 blast 撞击主翼下方的水面产生气泡来获得升力。”
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DARPA的新型“自由升降机”的名字来源于二战时期的“自由轮”,即战争期间大规模生产的货运船,战后作为商船使用。该机构不仅希望其“自由升降机”概念能够以新颖的方式飞行,而且希望建造该飞机的公司能够以可负担且可扩展的方式进行。
在军事用途中,“自由升降机”被设想用于将部队、车辆和货物运送到没有基础设施进行正常停靠和卸货的海岸。这可能用于在灾难后支持救援任务,或者通过满载海军陆战队员的轻型装甲车辆驶过潮滩向内陆目标推进,从而促进入侵。
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为了超越苏联飞翼船的极限,DARPA希望“自由升降机”能够像传统飞机一样在波涛汹涌的海面上运行,甚至能达到10,000英尺的高度。这将有助于“自由升降机”到达更远的内陆水道,甚至可能前往湖泊并在湖泊上运行。
在“自由升降机”出现之前,美国曾寻求一种方法将其飞翼船的创新应用于自身需求。即使制造的模型存在局限性,但正如Sweetman所写,飞机利用地效应“比在高空飞行消耗更少的动力,使用更少的燃料”,这其中蕴含着巨大的潜力。
2003年,波音公司曾探索制造“鹈鹕”,这是一款巨大的货运飞机,可以像传统飞机一样飞行,但主要在低空掠过海面,依靠地效应以及向下倾斜的喷气发动机的推力来提供支撑和动力。“鹈鹕”概念极为庞大,翼展预计为500英尺,长度为400英尺,拥有29,000平方英尺的两层货舱,能够运载17辆M1艾布拉姆斯坦克和数十个集装箱。该概念后来被放弃。
下方观看关于“自由升降机”的视频