探秘地效应飞行器

2023-08-08 来源:中国社会科学网

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CYG-11型地效飞行器

  地效应亦称为翼地效应或翼面效应。它是一种诱导飞行器阻力减小,同时能获得比空中飞行更高升阻比的流体力学效应:当运动的飞行器距地面(或水面)很近时,整个飞行器体的上下压力差增大,升力会陡然增加。大量风洞试验证明,当机翼距地面高度为翼展15%时,翼地效应最明显,能使翼尖涡流减小,使经过机翼的气流基本与海平面平行,一旦气流与海平面平行,原来的诱导阻力就会变成升力,此时升阻比会提高约30%,这就是地效应的作用。

  重回大国博弈前沿

  为有力回归大国竞争,提升海上投送能力,美国国防高级研究计划局(DARPA)提出了“自由升降”地效应飞行器概念,并已向工业界公开招标,这将已经退出大国竞争舞台的地效应飞行器拉回到了大国军事博弈的前沿。

  地效应飞行器是在地效区飞行,也就是贴近地面、水面飞行,介于飞机、舰船和气垫船之间的一种新型高速飞行器。飞机主要在地效区以外飞行,与飞机不同的是,地效应飞行器主要在地效区内飞行;气垫船靠自身动力产生气垫,与气垫船不同的是,地效飞行器靠地面效应产生气垫。

  因其除了机翼、机身产生的升力外,在机翼与地面或水面之间还能产生一股向上的托力,能够轻而易举地托举飞机离开地面或水面,并且其飞行过程中受到的阻力比船在水中航行受到的阻力要小得多,因此其速度也快得多,能够贴海面或水面高速飞行,兼具舰船及飞机的优势。大部分翼地效应机都被设计为在水面上运作,因为水面比地面平滑且障碍物少,不但危险度较低,而且在不运作的时候,还可以利用水面浮力来承受机体重量。譬如苏联实验喷射推进的“里海怪物”就是地效应飞行器。

  “黑科技”特征凸显

  地效应飞行器能够成为当年冷战时期的“黑科技”装备,又被美国国防高级研究计划局纳入发展概念,与其自身特点密不可分。

  一是多地形运用。地效应飞行器航速快、承载量大、隐形效果好、适航性优异,能贴近地面或海面、沙漠或沼泽表面飞行,可以利用雷达的盲区,悄无声息地快速接近目标,用于突击登陆,能够轻易越过岸边反登陆障碍物和地雷。

  二是航行速度快。地效飞行器由于只是近水或在水面以上的空间低空飞行,它的航速是普通舰艇的10倍甚至10倍以上,是气垫船的3倍以上。飞行时,完全脱离水面,航速可与直升机媲美。如“里海怪物”装备10台发动机,巡航高度10米,速度达400千米/小时,能低空飞行、水上滑行,越过沙丘、沼泽地等执行搜索潜艇、运送装备等任务。

  三是安全可抗浪。地效飞行器在距离水面1~6米的高度低空飞行,一旦出现紧急情况,可随时在水面降落。在军事上,它可以利用对方探测雷达的盲区,对方很难发现,躲避对方舰载和防空火力的攻击。另外,地效飞行器利用襟翼,能自如地倒退、悬停,以及垂直起降,在军事上运用地效飞行器进行登陆、机降和反潜作战,都将是有效的手段。

  效费比低劣势难掩

  近年来,美俄等多国陆续传来关于地效飞行器的招标或者立项消息,但迄今为止,除了一些内陆湖泊中规模极小的实验性运用外,地效飞行器在全球各国都未实现规模化应用,与其技术不足有关系。

  一是飞行条件受限。当要以比飞机轮船更高的运载效率运作时,需要尽量紧贴水面。地效应飞行器是高速飞行的物体,一旦出现机翼机身碰水就很容易失控,所以稍高海况下,要保证安全就要飞高些。这就大大抵消了地效带来的优势。而且在现代海运极其发达的情况下,近海区域航行着无数舰船,那些以几十节航速航行的船只尚且经常相撞,一个几百节速度的飞船就更加危险。地效应飞行器在高速低高度飞行时机动性能大打折扣,难以有效避开障碍物。

  二是效费比低。现有技术条件下,机体寿命、结构废重太大也抵消了优势。地效应飞行器重量远比水上飞机大,这意味着降落时的冲击会比水上飞机大得多。受现有材料性能限制,造出使用寿命、维护费用达到经济可行的地效应飞行器还很难。目前投入民用的只有小型地效飞行器。苏联的那些巨大的地效飞行器搞了这么多年,看起来威猛,但实际上都是以巨额资金支撑起来的无底洞。

  多用途彰显军事价值

  因地效应飞行器展现的良好性能,二战后,美苏展开了地效应飞行器军事领域运用的研究。从各国研究成果来看,主要有以下五个方面运用。

  一是两栖登陆作战。地效应飞行器的机动性能体现在它的通用性和两栖性。因其在巡航飞行阶段不与水面直接接触,从而大大减少了航行时的阻力,提高了机动性能。它能根据需要灵活调节飞行高度、速度,顺利越过专为登陆艇、气垫船设置的垂直障碍,而且还不受海区、海岸和复杂地形的限制,较好地解决一般排水型登陆艇对登陆场地条件要求高、无法直接输送登陆兵上陆的问题,也能解决登陆兵需要在近岸换乘展开、徒步涉水穿越海滩、形成攻击战斗队形时易造成较大伤亡的问题。登陆兵搭载地效应飞机,可以在任何地点、时间和相对复杂的地形条件下,从对方火力范围以外,超越常规登陆作战的换乘展开地区,高速度冲向敌阵,直接突击上陆,对敌岸发起攻击。如俄军“奥兰”地效应飞机巡航时速为450~550公里,能在3.2~1.5米浪高的海况下起飞和降落,运送400~850名士兵和数辆坦克。

  二是多域隐蔽突防。地效应飞机综合了舰船和飞机两者的优点,集高速性、隐蔽性和攻击性于一身,既能高速掠海飞行,又能有效利用雷达盲区,神出鬼没,使对方难觅足迹,这种得天独厚的优势和强大的突防能力远非一般作战舰船和飞机所能相比。由于其体积小、操作灵活、机动性能好、不易被敌发现,在登陆作战发起之前,地效应飞机可运载侦察、袭击、特种分队,利用不良天气隐蔽地实施秘密机动,完成各种战术任务。未来地效应飞机将综合运用各种隐形技术,降低雷达、红外、声、光、电磁等物理信号特征,并应用更为先进的综合电力超导推进系统,消除噪声、降低红外辐射,从而大大提高隐形能力、快速机动能力、突防能力;另外,其还将装备对空、对海、对地武器装备,实施动中打击;具有停靠、倒退、垂直起降等多种功能,配备导弹后,可实施全方位快速攻击。未来地效应飞机将既可在水面和陆地上起飞、降落,也可在浪高1.5米以下水面稳定疾飞,飞越一般地面交通物障,越过沙漠、沼泽、江河、雪地;既能掠海和掠江河湖面飞行,也可在水面上滑行,也能在地面、冰面或雪面上进行低空飞行。

  三是海空物资投送。与普通飞机相比,地效应飞机的载重量大得惊人,从而填补了海上和空中运输器之间的空白。地效应飞机一次可迅速输送100~1000名士兵及数辆坦克,使一艘登陆艇望尘莫及。由于地效应飞机的特殊性能,使之具备了在没有港口、码头的情况下都能自由进出、快速装载物资的特点,而且由于其载重量大、运输效率高,所以除能完成两栖任务外,还可充分发挥其优长,用于各种作战物资、人员的前输后送,进行快速保障。另外,地效应飞机还可搭载特种侦察分队,利用夜暗和不良天气秘密渗透到敌障碍区附近,对敌岸防御部署进行侦察、破坏,为空袭作战引导目标。

  四是快速水中破障。地效应飞机具有速度快、载重量大等特性,完全适应现代登陆作战的要求和未来运输工具的发展趋势。著名的波音747飞机载重量仅为其自重的20%,而地效应飞机的载运量可达自重的50%。地效应飞机可携带大量的反水雷系统和工兵分队,既可排除水中障碍物,也可越过水雷障碍区,直接进至水际滩头障碍区开辟通路。在水中航行时,地效应飞机对水的压强小,较少会受音响雷、水压雷、磁雷、锚雷等爆炸性障碍物的伤害,具有超吃水、静水快速好、水下物理场小、对水下爆炸不敏感等特点,即使水雷爆炸,由于其自身具有减压和防暴作用,受损程度也会比其他排水型舰艇小得多,以便其进入复杂雷区排除水中各种障碍物。

  五是应急救援保障。地效飞行器可用于海上救援,能够快速反应,及时到达出事地点,而且能够在水上降落、展开救生。此外,地效飞行器还可用于海上搜索和反潜作战,其搜索效率远远超过其他任何海上飞行器。

  (作者单位:73106部队)

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