关于旋转机翼多旋翼机的作用与意义

作者：欧阳厚成

欢迎访问e展厅 展厅 8 航空与航天设备展厅 直升机, 无人机, 航空发动机, 航空材料, 飞机座椅, ... 针对倾转旋翼机的不足，申请了专利《旋转机翼及翼上双旋翼》（申请号：031552331，032074417）。依据此专利及专利《叶尖弯曲的叶轮》（专利号：022042911）将设计和制造出旋转机翼多旋翼机，具有直升机和固定翼飞机二种飞行方式的优点。 摘要：针对倾转旋翼机的不足，申请了专利《旋转机翼及翼上双旋翼》（申请号：031552331，032074417）。依据此专利及专利《叶尖弯曲的叶轮》（专利号：022042911）将设计和制造出旋转机翼多旋翼机，具有直升机和固定翼飞机二种飞行方式的优点。与倾转旋翼机相比，能源利用率提高30%以上。简化了设计和控制，降低了生产、使用与维修成本（若对机舱底部采用密封设计，则可在水面上起降。在合适的空域与水上可以充分利用地面效应，增加载重能力）。提出了单位动力效果这一指标对各种交通工具的评价方式。通过对各种交通工具性能的对比，能够使人们充分认识到旋转机翼多旋翼机将会是现有交通工具一种具有快速、方便、经济、能充分利用现有资源等优点齐备的空中交通工具。是现在人们除追求小汽车之外的另一种值得推广应用的更好的交通工具。在我国现有的航空工业基础上充分发挥我国制造业的生产能力。在我们拥有自主知识产权的前提下，组成新型工业生产体系。避免现有汽车工业所走过的弯路和存在的不足。大规模的生产和使用旋转机翼多旋翼机，将对人们生活水平的提高，各种资源的充分利用，国民经济的发展，生态资源的保护，国家主权的维护，军事革命和国家安全的保证将具有极重要的作用与意义。 旋转机翼多旋翼机将是依据专利《旋转机翼及翼上双旋翼》及专利《叶尖弯曲的叶轮》（专利号：022042911）进行设计制造成的动力航空器。具有直升机不需要机场，可以垂直起降、空中悬停等的飞行性能和固定翼飞机航速快、经济性能好的飞行性能。即二种飞行器优点都具备的动力航空器。 专利《旋转机翼及翼上双旋翼》（申请号：03155231、0320774417）是针对倾转旋翼机的不足而研究发明的。倾转旋翼机是美国贝尔直升机公司从40年代末就开始研制。到今年美国军方完成初步验收，已经历时半个世纪。 倾转旋翼机是在类似固定翼飞机机翼翼尖上各装有一套可在水平位置和垂直位置转换的发动机组件。当旋翼发动机组件处于垂直位置时，倾转旋翼机就就相当于横列式直升机，具有垂直起降、不需要机场和空中悬停直升机的优良飞行性能。当旋翼发动机组件处于水平面位置时，倾转旋翼机就相当于固定翼飞机。具有固定翼飞机高速、经济性能好的优点。 由于倾转旋翼机的发动机是连同旋翼安装在翼尖上，旋翼工作时产生高速下降气流因发动机的存在，而产生一定的阻力。并且使机翼和发动机的设计、控制复杂化。增加了制造、维修成本。当旋翼发动机处于垂直位置进入直升机飞行状态时，旋翼工作产生的高速下降气流受到固定机翼的阻拦，在机翼形成一定的阻力，降低了飞机的载重能力。倾转旋翼机在翼尖上使用的是单旋翼，为达到垂直升降，必须使旋翼直径大于机身高度，使得倾转旋翼机不能充分利用短距起飞来增加载重能力，并形成安全隐患。 针对上述不足，专利《旋转机翼及翼上双旋翼》给予了改进措施。依据该专利及专利《叶尖弯曲 的叶轮》进行设计制造的旋转机翼多旋翼机与倾转旋翼机相比，能源利用率提高30%以上。简化了设计和控制，降低了制造、维修和使用成本。并且能在合适的条件下，充分利用跑道短距起飞，增加载重能力。若对机舱底部采用密封设计，则可以在水面上起降。在合适的空域与水面上可以充分利用地面效应。 在现代社会中，人们对交通工具的主要求是快速和经济性能好这二项主要指标。在单个的交通工具中，如船舶、飞机、汽车等。影响经济性能的主要指标是能源消耗及所得到的效果。体现能源消耗的指标是该 交通工具配用的动力大小。因此，每个交通工具的总体质量（G）与所配用动力（N）的比值（G/N）是该交通工具的主要特性之一。比值（G/N）同该交通工具能达到的最大速度的乘积，则体现了此种交通工具的单位动力因能源消耗产生的最大的效果，可以简称为动效。 现将已知各种交通工具的动效举例列表如下： 从上表中可以看出，固定翼飞机与直升机相比，动效高出很多。并且能达到快速的目的。但是，固定翼飞机的使用是离不开机场的。建一个机场是需要占用大片土地（上海浦东机场占地32平方公里。日本政府因土地紧张而靠填海修建了关西机场），并对机场周围的空域与建筑实施控制和给予影响。需要巨额的投资才能建成并投入使用。据报道：日本的关西机场投资为150亿美元，机场与陆地连接的栈桥投资为10亿美元。广州新机场总投资预计200亿元。福建长乐机场耗资32亿元。贵阳新机场投资13亿元。因此，固定翼飞机的经济性能因机场的占用及服务而占有了一定的份额。同时，因飞机对机场的依赖性，使人们对飞机的应用受到很大的局限性。 直升机是可以不受机场的约束，可以在空中任意往来，来满足人们的需求。但是，因直升机的操纵、维修复杂，造价高昂，能耗高，经济性能低等原因不能大量推广应用。据统计，到96年底，全世界民用直升机总量约25000多架。我国民用直升机的使用远落后于发达国家。民用直升机的拥有量只有70余架，仅为美国的66%，俄罗斯的2%。到99年底，国家对直升机产业的投入不足20亿元。民用直升机中国产的仅有8架。军队所用直升机70%从国外进口。 船舶的运输量大，动效高。但是速度慢，费时。并且受水域的限制。必须依赖码头停靠（到2002年底，我国拥有码头泊位数量为：内河29778个，沿海3822个。其中能够停靠万吨轮船以上的泊位：沿海700个，内地135个），只能作为大宗货物的公共交通工具使用。在中可以其他快速方便的交通工具的竞争下，人们使用客轮的乘坐率是逐年降低。提高船舶的速度是以降低动效为代价的，当速度达到30节上下时，则与空中及地面的交通工具的动效相当。 汽车是当今社会使用最广泛的交通工具，基本上能满足人们的需求。最大的不足是对道路的依赖性。道路的修建需要巨额的资金投入，占用了大量的土地资源，对生态环境给予了永久的影响（到2002年底我国建成了公路176万多公里，其中高速公路25000多万公里）。而道路的维护还需要大量的资金、资源和人力的投入。因此而增加了汽车的使用费用。道路的状况限制了汽车动效的发挥（只有在高速公路上，大型客货车才能充分发挥动效。而小汽车的最大动效则是根本没有发挥的场地）。随着车辆的日益增加（据统计，到2002年底我国汽车拥有量为2053万辆，其中小汽车约500万辆），交通堵塞的问题日益严重，在大型城市中已经成为经常性的问题。使得汽车的动效无法得到充分的发挥，形成了资源的巨大浪费。依靠道路的增加、道路的扩展来解决交通堵塞的问题，只能是暂时缓解。并且受到资金、土地资源等方面的制约，而不能作为解决交通问题的灵丹妙药。对城市而言，另找合适的交通工具则成为追求的目标。从上表中可以看出，小汽车的动效仅比直升机强。在实际使用中，小汽车能充分发挥动效的时候是极少的。即使在高速公路上，也难得充分发挥（高速公路上的限速因时域的不同而有不同的等级）。对于大城市及广大山区和我国西部而言，发展空中交通，则是解决人们交通需求的最有效的方式之一。 铁路在我国的运输体系中占有重要的地位。经过数十年的努力，已建成7万多公里，基本上形成了全国性的运行网络。火车与汽车相比，动效高、占用的土地面积少。在客货运输中，相对汽车而言，经济性能好、快速。但由于运力有限，并且受线路的约束，不能满足人们的需要 我国铁路客运为了满足客运的需要在客流剧增的时候，不得不以减少货运为代价，使铁路运输和国民经济的运转都承受相应的损失。在铁路长途客运中，火车的卧铺票价已与飞机的打折票价不相上下。由于我国民航的运力有限，并且受机场布局的制约，空运不能为铁路客运减轻更多的运输压力。 到2001年底，我国民用航空只有1031架飞机，其中还包括通用航空296架。民航启用的机场只有143个。同我国人口众多、土地辽阔的巨大市场需要是极不相称的。民航总局认为：为发展我国的航空运输业，需要购买2000—3000架飞机，耗资数千亿美元，才能满足市场需要。根据对40个发达国家的统计，每万平方公里平均拥有2.08个机场，而我国目前仅有0.127个，远低于其它国家的水平。因此，更需要巨额投资修建大批机场，才能使购置的数千架飞机充分发挥作用。 我国的航空工业经过数十年的努力，已经建成具有一定规模的生产能力，能够生产各种类的飞机27种60个型号。几十年来，共生产了14000多架飞机，50000多台发动机。产品主要为军用产品。据外电报道，我国空军的空运能力一次最多运送5000名军人。 我国幅员辽阔，有三分之二的国土为山区、高原，还有大量的沙漠、草原。并且有18000多公里的海岸线，5000多个岛屿。台湾就因为有100多公里的宽的台湾海峡而与大陆隔海相望。陆地边境线有2万多公里。而西藏、新疆两地区的边界就有近万公里。这些边界和地域自然条件复杂。只有大量发展航空工业，生产出大批量即能垂直升降，又能快速运行、经济性能好的动力航空器，才能更好地促进我国的国民经济的发展。满足人们生产和生活的需要及维护国土安全等各方面的需求。 从前面所述的动效的定义可以明白，对于动效相等的不同交通工具而言，即运输同样重量的物体同等距离所需要的能源消耗是一样多，即能耗的成本相同。例如，一辆汽车和最大时速为100公里，单位动力负载的重量为20公斤/马力，即G/N=20。一架运输机的最大时速为500公里，G/N=4，二者的动效完全相等，都是2000。汽车的G/N虽然是飞机的5倍，但是，汽车跑完500公里则需要时速100公里的5倍能源消耗。即吨公里的能源消耗是同等的。显然，汽车与飞机相比，完成同样的运输任务，飞机只需要汽车所用时间的五分之一。或者说，在同样的时间内，具有同等负载能力的汽车和飞机相比，一架飞机就能完成五辆汽车的工作。由于在实际生活中，汽车能充分发挥动效进行直线运输的机会很少。因此，若飞机无需机场的制约，则一架飞机就相当于5—10辆汽车的工作效果。 从前面所述得知，由于旋转机翼多旋翼机比倾转旋翼机的能源利用率提高30%以上，即动效提高30%以上。即接近小汽车的动效。因小汽车在实际应用中的动效是远低于最大动效。而旋转机翼多旋翼机在空中飞行，则动效可以充分发挥。就是说在实际应用上它们的动效是同等的。由于不需要机场，可进行垂直降落，因此，可以充分利用城市建筑的屋顶，并能满足城市生活各个方面的需求，给人们带来更大的经济效益和社会效益。若对机舱底部进行密封设计，则能在水面上起降。在合适的空域及水面上能充分利用地面效应。据俄罗斯科研部门对地效飞行器的试验研究，地效飞行器的升阻比，可以提高到22以上，而目前大型运输机的升阻比不超过16—17。对货物运送同样的距离时，用500公里的时速飞行的地效飞行器与用40公里时速的船舶航行所需的运输费用相当。现有的运输机负载能力约为20%，而地效飞行器最大可达到50%。因此，旋转机翼多旋翼机所具有的飞行特性是能够满足我们国民经济的各个方面的需求的。例如，我国的热带水果，如鲜荔枝、桂圆等，因现在的空运费用太高，而海运则速度太慢，无法长时保鲜，只有对欧美出口市场望洋兴叹。果农只能眼看劳动成果低价保本销售，无法得到更大地效益。每年的春运对铁路的客运都是一大难题，大量使用这种新型飞行器就可从容地应对社会对春运的需求。将我国对道路修建的巨额投资转移到民用航空事业中来，大量应用此种交通工具，就能尽快地满足我国西部及广大山区对交通工具的需要，是为发展经济，改变西部的落后状态，保护生态环境，有效地使用旅游资源提供切实可行的一种措施。对于隔海相望的台湾省而言使用旋转机翼多旋翼机跨越100多公里宽的台湾海峡只不过是坐趟公共汽车而已。在军事装备上大量使用，能尽快地提高军队的现代化和战斗力。我国漫长的边境线和辽阔的海疆与岛屿的主权的捍卫更是旋转机翼多旋翼机发挥作用的最好场地。 2000年11月6日，国务院新闻发布会上国防科工委副主任在《面向21世纪中国的航空航天》的报告中指出；“中国政府将继续支持和鼓励航空航天事业，坚持独立自主、自力更生、自主创新的基本原则，统筹规划，协调发展，积极推进航空航天工业的新发展。”在我国现有的航空工业的基础上，改革内部机制，充分利用我国工业的制造能力。给予积极的政策支持和巨额资金的投入。在我们拥有自主知识产权的前提下，集中我们的科技力量，组成新型的工业生产体系，避免汽车工业所走过的弯路和存在的不足，开发这个将对我国的国民经济增加巨大效益（以万亿计）的适用科技项目。在不太长的时间内，将旋转机翼多旋翼机大规模地生产和使用，以物美价廉、用途广泛的新型工业化产品，来提高人们的生活水平，满足人们生产与生活的需要。给人们增加新的就业机会，为国民经济的发展中国家增加新的活力。增强国防力量，为新的军事革命提供适用的装备。对国家主权的维护、国土安全的保证及社会各方面的健康发展都将具有极其重要的作用与意义。(end)

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