大有希望的“独行者”

　　人们在学鸟飞行过程中，总想有朝一日，一个人也能像一只鸟那样自由自在地飞翔。经过长进间的努力，可以说，已有了长足的进步。美国千年喷气公司经过10年研究，推出的“独行者”(SoloTrek)单人飞行器，就大希望。

近10年来，美国千年喷气公司对世界上60年来研究的单人飞行器方案进行了分析研究，并推出了一种背负式涵道风扇垂直起飞降落单人飞行器，即"独行者"(SoloTrek)单人飞行器。现在研制进展顺利，成功飞行大有希望。

"独行者"啥模样？

从外观上看(见题图)，说不清楚"独行者"单人飞行器像个什么东西，因为在现实生活中，很难找到外观与其相近的一种物体。但作为一种载人飞行器，它总少不了一些保证它飞行所必需的基本部件，如产生升力的部件、提供动力的发动机系统、为保证正常飞行所需要的操纵系统、支撑其在地面停放和顺利起落的起落架，以及为飞行员提供乘用空间和将各部件连成一体的机体。"独行者"也是由这些基本部分组成的。

它的升力部件由两个涵道风扇组成，位于整个机体上方，与机体的中轴线成左右对称分布。风扇叶片采用固定桨距，与桨毂刚性相连。与采用可变桨距桨叶的风扇相比，它可减少运动零件，这不仅可减轻重量和维护量，还降低了故障率。虽然采用固定桨距桨叶的风扇，存在不能根据不同的飞行条件来调节桨叶桨距的缺点，但从"独行者"的实际飞行环境考虑，这一缺点并不明显。

涵道风扇有两个关键问题必须妥善解决：

由于风扇桨叶桨尖与涵道壁之间的间隙大小，对风扇的工作效率有很大影响，所以要求在整个涵道的圆周壁上，都必须保持在1毫米以内，这就给涵道圆周的圆度提出了很高的要求。为了解决这个问题，便在涵道径向采用了3根均布的支臂来支撑涵道。这样，即使风扇在高气动载荷作用下，也能保证桨叶叶片与涵道壁的间隙在1毫米之内。

每个涵道是被悬臂支撑在机体上的。考虑到"独行者"在飞行中的不同飞行状态，如作升降、悬停和巡航飞行等，所以涵道在飞行中需绕水平轴线倾转。那么如何在保证风扇正常旋转的同时，又能保证涵道能够灵活倾转呢？所以支撑臂的设计尤其重要，它既要保证将发动机的动力传递给风扇，以驱动其旋转，并承受风扇产生的巨大气动力，同时又要保证涵道灵活倾转。为此，支撑臂采用了这样的结构：在驱动风扇旋转的水平传动轴的外面套上可以转动的支撑臂。这样，由支撑臂来承受风扇产生气动力和保证涵道倾转，同时也不会影响水平传动轴驱动风扇产生升力。

"独行者"在飞行时，左右涵道风扇旋转方向相反，这就互相抵消了各自产生的反作用力矩对飞行稳定的不利影响。风扇转速与飞行员重量、大气条件与飞行速度有关，正常工作时通常在每分钟2500转至3000转范围内。采用涵道风扇的好处不仅可使风扇工作效率提高40%，降低风扇工作产生的噪音，而且涵道还能直接为风扇叶片提供保护，以避免意外的机械损伤。

"独行者"的发动机系统由发动机、传动装置和燃油箱组成。发动机位于两个涵道风扇之间的下方，为2冲程4缸风冷活塞式发动机，功率112马力。其主要特点是：结构紧凑，体积小，重量轻，适合单人飞行器使用；有较大的剩余功率，可保证不会超负荷工作，有助于提高效率、减小噪音，并使其工作时的温度、振动和应力都能够保持在一个较低的水平；使用常规无铅汽油，对环境污染小。

传动装置主要包括主减速器和左、右水平传动轴。主减速器在发动机的上方，发动机输出的功率通过万向接头和一个短传动轴传至主减速器，再通过左、右水平传动轴传至左、右涵道风扇的行星式齿轮减速器，直接驱动风扇旋转。

燃油箱容量45升，位于发动机和主减速器之间，与一个小的滑油箱一起在机体的一个舱内。滑油量足够供燃油箱8次加满燃油混合使用。

为了进一步提高"独行者"的性能，以更好地为军民用服务，还有计划用小型涡轮轴发动机代替现在的活塞式发动机。虽然，前者耗油较后者要多，但由于可以取消装活塞式发动机所需的滑油箱，所以可增大燃油箱容量，从而仍可保证"独行者"有足够的航程和续航性能。

"独行者"采用全机械式操纵系统，完全能够满足飞行器在前后、上下和左右三个方向上平移操纵，以及偏航和横滚操纵的需要。

整个操纵系统十分简单，但功能全面。主要由飞行员的左右手控制手柄、操纵杆，以及一些拉杆、摇臂组成。必要时，配合飞行员身体的左右移动，即可完成所需要的操纵。

该飞行器的起落架简单适用，也属于"后三点"式。两个减震可压缩前起落架均为单轮，其支柱下方分别有可供飞行员放脚的踏板。机体正后下方则是一个具有减震功能的可压缩尾橇。

"独行者"的机体不像一般飞机那样有明显的机身，它实质上就是将涵道风扇、发动机、操纵系统和起落架等连成一个整体的一些连接件，主要制做材料有铝蜂窝结构、碳纤维与凯芙拉复合材料、钢、钛合金等。这里需要注意的是，在机体将各部件连接成为一个完整的飞行器后，必须留出飞行员操纵飞行器的乘用空间。而且除应保证飞行员操纵方便以外，还应考虑与大多数人身体的协调性。"独行者"的机体为飞行员预留的空间，对99%以上的人都适用。

为保证飞行员安全，"独行者"还为飞行员设有降落伞应急救生系统。该系统可在飞行器动力系统万一出现故障的情况下，自动弹射并张开降落伞，从而使飞行员安全脱离飞行器而着陆。"独行者"在任何高度和速度条件下，该系统均能正常发挥作用。

"独行者"怎么飞？

"独行者"飞行时，飞行员先登上飞行器，以站立姿势把自己扣牢在机体上。然后启动发动机，由发动机经减速器和传动轴驱动风扇旋转，当风扇转速足够大时，即可产生托起飞行器的升力，使飞行器离地上升。

当飞行器要前飞时，飞行员就操纵涵道风扇向前倾斜，使风扇产生的升力有一个向前的分量，由它驱动飞行器前飞。待飞到目的地以后，飞行员便操纵涵道风扇保持水平状态，然后逐渐减小风扇转速，直至最后落地。

"独行者"长1.58米，宽2.64米；空重148公斤，最大起飞重量318公斤，燃油重量445公斤，任务有效载荷125.6公斤。该机有良好的飞行性能，巡航时速75至110公里，最大时速可达130公里，升限2440米，航程在220公里以上，续航时间超过2小时。

它的主要飞行特点是：能像直升机那样垂直起飞和降落，但由于整机体积小，对起降场地面积的要求远比直升机要小得多，所以十分有限的狭小场地它都能顺利起降；由于其发动机有较多的剩余功率，所以有效载重相对来说较多，而且飞行范围相对也较广；飞行机动灵活，除能作上下、左右、前后平移运动外，还能悬停；当飞行器要转弯需要进行偏航操纵时，需要飞行员左右移动身体配合，即可协调完成转弯飞行；飞行器在俯仰方向上呈中性稳定，所以有利于飞行器前飞巡航操纵；在横滚方向上具有良好的稳定性，即使飞行器在横滚方向上偶然受到干扰，它也可以自动恢复到水平状态。

这种单人飞行器没有设置仪表板，但有飞行头盔平视显示系统，它能为飞行员提供所需的飞行参数。发动机油门由飞行员左手操纵的扭转把手控制，用它可控制涵道风扇的转速，这就控制了升力的大小。右手的操纵杆把手用于操纵涵道风扇的倾斜度。当操纵两风扇向前或向后同向倾斜时，飞行器则向前或向后飞行；当操纵两风扇向相反的方向倾斜时，飞行器则可作绕垂直轴的转动，配合飞行员身体的左右移动，即可完成转弯飞行。

用于验证飞行的"独行者"原型机已进行了27小时系留悬停飞行试验，试验最大离地高度为0.3米，最长续航时间约15秒钟。已有3名试飞员进行过这种系留飞行试验，他们是：千年喷气公司总经理迈克尔·W·莫歇尔、总工程师罗布·布拉盖和试飞员顾问肯·海姆。

通过一系列试验飞行，暴露出了该飞行器一些问题，但都及时得到了改进。例如：为改善飞行器的稳定性，增加了增稳系统；针对发动机使用30小时后出现故障这一情况，改进了发动机过热和油泵压力过低问题；提高了离合器弹簧的加工质量，解决了因加工创伤导致其过早断裂的问题；重要的改进是，修改了风扇叶片的设计，其弦长约增加了25%，调整了叶片安装角，并对相关的减速器等零件进行了重新设计。在此基础上，"独行者"于2001年12月末，由莫歇尔驾驶进行了首次可控自由飞行，飞行时间20秒，离地高度0.6米。

千年喷气公司正在对"独行者"方案进行进一步完善，拟研制新的飞行试验机。新试验机将采用新发动机、叶片、钢焊接机体和有利于飞行稳定和操纵的新的电子装置。新试验机计划于2002年制成投入试验。

"独行者"在军用民用两方面都大有作为。军用，只要需要，各军兵种都能使用，尤其是执行一些特殊任务。例如，用于侦察，它可以飞越可能有敌人埋伏的区域或雷区，以了解敌人的动向和部署情况；装备"独行者"的特种作战部队，能很快飞越那些步行和车辆难于通过的河流、沼泽，尽快到达事发目的地；供海军使用，"独行者"可随舰出航，根据需要可随时离开母舰飞赴海岛或海上遇难舰船执行任务；能以低高度快速进行搜索营救，并能方便地找到着陆场地进行抢救。

在准军事方面，"独行者"可用于治安巡视，海防、边防巡逻，海关缉私、缉毒，抢险救灾和紧急救护等。

在民用方面，"独行者"可用于新闻报道、交通管制、大型企业保卫、农药喷洒、输水和输油管道以及电力线路巡查等。

千年喷气公司利用开发"独行者"单人飞行器的成果，其中主要是涵道风扇技术和相应的传动技术，还考虑就以下几种飞行器方案进行开发。主要有：

"双飞客"(DuoTrek)飞行器

它可作为有人驾驶飞行器或无人战术侦察机，在军民两方面都很有用场。作为有人驾驶飞行器，该机将采用密封座舱，设两个座椅。它除保留有涵道风扇外，还装有一副前翼，翼展为2.44米。当飞行器以较高速度飞行时，升力的40%可由前翼提供。尾翼采用双垂尾。该机仍具有垂直起降的能力。由于整个外廓尺寸不大，所以在有限场地它也能顺利起降。此外，它还具有低噪音和低红外辐射等特点。"双飞客"长4.82米；最大起飞重量658公斤，不包括燃油任务有效载荷大于160公斤；持续巡航时速超过280公里，有地效悬停高度2740米，航程560公里，续航时间2小时。

"马骡"(Mule)无人驾驶飞行器

该机可用来执行侦察和监视任务、营救被击落的飞行员和向边远地区进行物资补给等。它同样可以垂直起降，具有低噪音、低红外辐射和维护工作量小、便于运输等特点，飞行可靠性高。其定期检查维护时间为50飞行小时，外场检查维护时间为25飞行小时，翻修间隔时间为500飞行小时。由于该机涵道风扇和操纵翼面均可折叠，所以装箱运输十分方便。

"马骡"拟开发两个型号，即"大马骡"(Maxi-Mule)和"小马骡"(Mini-Mule)。"大马骡"空重318公斤，最大起飞重量680公斤，燃油重量136公斤，任务有效载荷227公斤；最大时速297公里，航程649公里，续航时间大于2.5小时；发动机功率300马力。"小马骡"空重180公斤，最大起飞重量318公斤，燃油重量45公斤，任务有效载荷91公斤；最大时速213公里，航程241公里，续航时间大于2小时；发动机功率120马力。

责任编辑：殊友■

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