天空“变形金刚”挑战飞行短板

如果从1911年爆发的意大利和奥斯曼土耳其之间的战争算起,飞机被应用于军事的历史距今已有105年。而来自军备竞赛的压力,令军用飞机的性能已较之前大大提高,并与科幻作品中的预言难分伯仲,有些时候甚至还可以实现“反超”。其中,人们对飞机改变形态以适应不同战场的研究,就有着诸多“现实比想象更科幻”的实例。

一些航空母舰舰载机会折叠机翼以节省空间

  从折叠机翼到可变后掠翼
  “科技的迅猛进步,使越来越多的科幻预言成为明日黄花。”美国著名科幻作家罗伯特·海因莱茵曾这样写道。他在写作核技术题材的科幻小说《爆炸总会发生》时,小说的情节曾5次被迅速发展的核技术超越,使他不得不做出内容上的修正。而在航空领域,类似的现象也同样存在。1908年,英国著名科幻作家赫伯特·乔治·威尔斯创作了反映未来空战的科幻小说《空中战争》。在这部作品里,重于空气动力的飞机成为空战的主力。1909年,曾经试图研发蒸汽动力飞机但未能成功的法国飞行先驱克莱门特·阿代尔,出版了一本带有未来预言性质的科普读物《军用飞机》。他在其中预言了当时尚未出现的航空母舰及其管理和作战方式,甚至包括舰载机需要折叠机翼以适应狭窄机库这样的细节。仅仅10年之内,这些设想几乎全部变为现实。

美国战斗机F-14,它是可变后掠翼飞机中的经典

  另一方面,阿代尔的预言将人们的目光引到了一个新的方向,那就是飞机可以通过改变自身的形态来适应不同的战场环境,尽管他并没有预言飞机在飞行中如何实现这一点,但还是有飞机设计师想到了这一步。
  两次世界大战之间,固定翼飞机逐渐从双翼机向单翼机过渡。此前,在飞机发动机功率有限、速度不快的情况下,双翼布局有助于提供更大的升力,降落时也更为稳定;但当飞机速度提升之后,双翼布局高阻力的劣势就显现出来。因此,苏联和美国都曾有人试图研究可以自由切换单翼和双翼布局的飞机,以便在起降时使用双翼,巡航时使用单翼,因需而变。不过,以当时的技术水平来说,这样的设计势必导致飞机的可靠性被大幅削弱,而执行切换的机械装置增加的质量,也足以抵消单翼布局的加速优势。随着更先进的飞机发动机诞生,这种切换的设想便失去了存在的价值。后来在《星球大战》系列科幻电影中出现的“X翼战斗机”,很难说是否借鉴了这些设计,因为X翼战斗机的主要战场是气动布局不很重要的外层空间,而在攻击时展开X翼结构,也是为了让激光炮的射界更广。

欧洲空中客车公司的高速直升机方案“欧洲直升机X3”,混合了两种螺旋桨的直升机

  当人类进入喷气时代,随着飞机速度的增加,人们逐渐注意到机翼后掠角与飞机性能之间的关系:机翼平直有利于短距起降,后掠则有助于高速飞行。这使得另一种变换机翼形态的思路——变后掠翼技术在数十年间大行其道。第二次世界大战末期,纳粹德国着手研制新一代喷气式战斗机,其中一种名为梅塞施密特Me P.1101的机型,就可以由地勤人员在地面上改变后掠翼角度,以适应不同的任务需要。战后,各战胜国消化吸收了纳粹德国的航空技术成果,使飞行中改变后掠翼角度成为可能,这样的飞机也在20世纪60~80年代大行其道。不过,变后掠翼装置同样沉重而复杂,因此,随着航空设计思想和技术水平的进步,进入21世纪之后,各国已不再有新的变后掠翼飞机研发计划。

S-72“X翼计划”试验机在固定翼模式下的飞行测试,模拟“X翼”被抛弃的情况

  倾转旋
  翼机与复
  合直升机
  不过,改变飞机形态的研究,并不只是聚焦于机翼。随着空战越发激烈,以及破坏敌军机场也成为战略战术的一部分,让军用飞机兼有垂直起降和高速飞行能力的研究,已有超过半个世纪的历史。
  早在飞机发明之前,法国科幻作家儒勒·凡尔纳在其代表作《征服者罗比尔》里,就预言过未来飞行器将以螺旋桨驱动,而且螺旋桨很可能分为两组,分别负责提供升力和推进力。这样的思想,曾在1965年由美国著名直升机企业西科斯基公司尝试过,后来又被21世纪的一些高速直升机研发项目所承袭。而在更早一些的时候,其他若干种解决方案就已经出现。设法让军用飞机在直升机与固定翼飞机两种形态之间切换,便是其中之一。
  从20世纪30年代最初步的设想和第二次世界大战期间不成功的研究开始,人类用了近40年的时间,方才得到具有这种功能并且在可靠性方面可以接受的XV-15倾转旋翼机。在此基础上,供美国军队使用的V-22“鱼鹰”倾转旋翼机,也于1981年开始研发。
  这些仿佛来自未来的飞机,在固定翼状态下,好似一架在两侧翼尖有两个超大号螺旋桨的固定翼飞机;在直升机状态下,又好似一架有两个偏小的横列旋翼的直升机。这两种状态,可以在飞行过程中切换,从而使飞机能拥有远比传统直升机更快的速度。这种看上去匪夷所思的飞机,反过来启迪了科幻界。在日本科幻游戏《特勤机甲队》系列里,数百年后帮助女特工们从异星战场撤离的交通工具,仍然是一种以V-22为原型的倾转旋翼机。另一种在直升机与固定翼飞机之间切换的思路,是更为复杂也更难以实现的复合直升机。这一类直升机的旋翼,可以在起飞后锁定充当固定翼,再以喷气式发动机驱动飞机高速前进。对于这一类技术,科幻与现实暂时“并驾齐驱”。2000年上映的科幻电影《第六日》里,拥有这种能力的“细语”式直升机,成为重要的交通工具;而在现实生活中,美国有多家飞机制造厂商进行过这方面的研究,致力于打造由双叶、三叶或四叶螺旋桨“兼任”机翼的复合直升机,其构思相当精妙。比如,20世纪80年代,西科斯基公司就曾对S-72型直升机进行改装,安装了一副特制的X形四叶旋翼、一对短机翼和两台喷气式发动机,使它兼具直升机和固定翼飞机的“双重身份”。以四叶旋翼起飞之后,飞行员只要将其锁定,就能够让直升机以固定翼模式飞行;如果旋翼失控,飞行员还可以将其抛弃,凭借短翼飞行并安全降落。但所有类似的设计,都面临着转换飞行模式,或者说锁定旋翼这一段时间里的飞行控制问题,而且凭现有技术难以得到有效解决,因而不得不暂时搁浅。
  “地空通吃”为时尚早
  尽管有关变形飞机的研究已经不胜枚举,但在现实生活中,几乎所有研以致用的成果,依然是飞行器,而难以“地空通吃”,变形为陆战单位冲锋陷阵。与地面作战武器最为接近的,或许是美国正在研制的一种可以切换载荷的无人机运输系统。它的倾转旋翼模块可以附加在“悍马”军车、补给货盘、急救吊舱等不同类型的载荷上,赋予这些陆战单位飞行机动的能力。
  在“地空通吃”方面,科幻作品要走得比现实更远。根据日本著名的科幻动漫《超时空要塞》系列的设定,人类通过发掘和研究一艘失事外星战舰的残骸,找到了让军事装备“变形”的方法。在故事的开场,地球被外星侵略者烧成焦土,被人类修复并使用的外星战舰“超时空要塞”,成为复兴人类文明和夺回地球的最后希望。由于动漫中设定的外星侵略军主力,是经过基因改造、身高数倍于人类的天顶星巨人族,因此人类建造了多种可以变形的战斗机,既可以在远距离向天顶星人射击,又可以在必要时变为人形步行机械与之肉搏。除此之外,战斗机还可以处于混合两者的“守护神”形态,担当类似于武装直升机的角色并实现垂直起降。
  而在掀起全球热潮的科幻游戏《星际争霸2》里,人类阵营也有一种“地空通吃”,能够在战斗机和陆战步行机械间切换的“维京”战斗机。在飞行状态下,它的武器只能攻击空中单位;而如果切换到陆战模式,它就只能攻击陆地单位。这样的设计,赋予了“维京”战斗机出色的机动能力,并且能随时在敌军可能进攻的地方筑起防线。(想了解更多关于军用步行军用机械的知识,请查看本刊2016年第3期)
  “地空通吃”军用载具的设想,或者说飞机与陆战单位之间的有机组合,听起来颇具吸引力。不过,正如《星际争霸2》的官方设定文件所言,如何让驾驶员在载具模式切换后,迅速适应不同的操控方式并继续作战,无论在科幻世界还是现实生活中,都是无法忽视的关键问题。
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