跨越升限的障礙

劉大偉

（河南 許昌 461141）

第五代戰機以“能力隱形、超音速巡航、超機動性、短距起飛”的姿態出現在世人面前，在世界上少有為數不多的國家能夠研發這種4S戰機時，有些軍事強國國家開始坐不住了，為了爭奪將來的制空權開始準備研發4S能力之后的下一代戰機。如今將戰機開發到 “能力隱形、超音速巡航、超機動性、短距起飛”的4S，已經是相當完美的設計和技術結晶。但是現在的飛機包括戰機和民航客機都有一個共同的缺點，就是不能夠超越自身在大氣層某一高度升限的限制，一旦越過自身升限高度，飛機就失去控制開始顛簸。下一代戰機的設計和技術結晶的特色應該是解決以前飛機在設計上遺留下的問題：不僅具有融合第五代戰機設計的4S功能，可以不受升限限制的在大氣層飛行，如果像火箭那樣既帶燃料又帶有氧氣，則可以自由出入太空，能夠跨越升限障礙遇到的顛簸問題。

在美國佬開發出航天飛機后，就沾沾自喜的認為是個跨時代的進步，航天飛機解決了宇宙飛船不能重復利用的問題，但在實際應用中發現，兩者相比沒有太大的區別，都是用火箭送到太空的，每做一次飛行之旅都要相同的準備，并不是自己升空的。在航天飛機返回大氣層時必須控制好進入的角度，角度的大小對進入大氣層時與空氣的接觸對航天飛機有太大的影響，恰好的角度可以最低限度的減少對空氣的摩擦力產生的兩種結果，一是不至于使機身過于熱，二也不至于使航天飛機在高空中顛簸得過于厲害。還有新開發的X-37B可以多次使用的太空飛行器，與航天飛機相比也沒有新奇之處，也是靠火箭的力量進入太空的飛行器，并不是自己直接進入太空的，至于在返回大氣層期間是否遇見顛簸的老問題，現在還不可知，因為還沒做載人飛行試驗。像這些依靠火箭做動力進入太空的飛行器，也可稱為載入式太空飛行器。

現在的4S戰機，雖然達到了人們的期望，可以“能力隱形、超音速巡航、超機動性、短距起飛”，卻沒有解決飛機與生俱來的老問題，在大氣層中的升限問題，就是當飛機在空氣中升到一定的高度時，機身開始顛簸，保持不了平衡，跨越不了升限的障礙。

4S之后的飛機在設計上，不僅有以“能力隱形、超音速巡航、超機動性、短距起飛”的功效，而且能夠跨越升限的障礙。有趣的是，現在的飛機在跨越升限時，機身開始顛簸，像在空中做壓蹺蹺板保持不了平衡，但卻不會出現左右的擺動，表明在目前在飛機的機身設計上做的還不夠完美。

克服飛機在跨越升限時的顛簸卻不會出現左右的擺動這個問題，需要從飛機設計的幾何外形分析，飛機的幾何圖形在圖形上僅有一個縱切面，一個縱切面把飛機分為兩個外形完全像同的兩部分，無論高度如何的改變，兩部分的受力是完全相同的。因此要設計出能夠跨越升限障礙飛機，在幾何的外形設計上，不僅有一個縱切面，還要有一個橫切面和一個水平切面，一個橫切面是把飛機有頭和尾的幾何對稱，一個水平切面是把整個飛機有一個上半體和下半體的幾何對稱，具有三個幾何對稱面的飛機，在任何的高度都不會出現受力的不平衡。

現在的戰機在幾何設計上，頭部具有一個縱切面和一個水平切面，頭之后的不分在幾何上就像是有一個縱切面、卻沒有一個水平切面，在設計上屬于幾何的失衡。

現在的戰機在設計上，并非是在幾何對稱上的平衡。在越過大氣層某一高度時，出現的不平衡表現的是重量失衡。如在地平面質量上完全相等的實心鋼球何銅球，由于兩者的密度不相同，兩個球的體積也不相同，在離開地平面達到某一高度時，兩個球的質量開始出現差別。同樣道理鳥體形的戰機，在達到大氣層的某一高度上限后，出現質量的失衡，而原有的體積并沒有改變。在飛行的過程中受氣流差異的作用，產生上下的顛簸，在飛機飛過某一高度時，受到大氣壓的作用減少，飛機的質量在幾何上因體積沒有變，而受到大氣壓減少，隨之體積部分相對大的增加的重量相對大些，體積相對小的部分增加重量相對小些，而飛機原有接觸空氣的面積并沒有改變。在這相對重力改變的條件下，飛機在空氣中受到的力度，也會發生相應的改變，以飛機的機翼為機身的重量分界，在越過升限后機身會因此發生頭和尾因質量的改變失去原有的平衡產生傾斜，機身產生傾斜后尾翼與空氣產生的上浮摩擦力減少重新改變了尾部的重力，由于缺乏一個橫切面和一個水平切面的幾何對稱，而機頭受到的空氣托力與尾部剛好相反，在機身前后上下維持受力平衡的擺動后，原來相對于機身平穩的氣流，此時像起伏的波浪。而機身沒有受到左右的搖晃，是因為飛機有縱切面幾何對稱，不會因受到高度的改變而發生重量的改變不相同，左右的幾何對稱沒有因高度的改變而產生的因重量改變不相同，產生受力的不平衡。兩翼成了飛機在空中壓蹺蹺板的支點。

在飛機的幾何外形設計上解決了超出升限遇到的機身顛簸問題，飛機就能夠跨越升限的障礙。