实用的垂直起降并非遥不可及

疯狂的蝼蚁

莱特兄弟开创了人类的百年飞行，但对跑道的依赖束缚了飞行事业的发展，特别是大众化的航空飞行。虽然直升机实现的垂直起降，摆脱了跑道的束缚，但直升机也是美中不足，平飞速度太慢，经济性差些。而旋翼机经济性稍好些，适合大众的航空梦想，但它也需要一小段跑道，这还是束缚了它地发展。民间能像摩托车一样实现大众航空的路究竟在哪？我们每个人都要思索，我的主张就是发展垂直起降飞行器，如个人垂直起降飞行器、垂直起降飞行汽车以及垂直起降飞机等。为此我设计了扇叶平移式升力风扇，这种矩形风扇也许能为航空事业的大众化创造条件。

一、垂直起降史简述

为了能实现像飞机一样高速飞行，又能像直升机一样的起降自由，人们在飞机的垂直起降是投入太多的热情，可是没能实现普及，下面就分别简析一下。

1、反作用力升力

英国的鹞式、前苏联的雅克和美国的F-35B（后尾喷）都是采用像火箭一样的喷气反作用力做为垂直起降升力的，根据牛顿第三定律，作用力与反作用力大小是相等的，用在垂直起降飞机上那就是有多大推力，就有多大的垂直起降升力，这与莱特发明的飞机差远了，莱特的飞机是多大的推力能产升数倍的升力，推重比远小于1。而喷气反作用力的推重比等于1，所以喷气反作用力是一种不省力的升力，不适合做为垂直起降升力。

                                    

以上这些曾投产的垂直起降飞机还有个特点，就是升力布局都是主升力支点在纵向中心线上，有的在两翼上喷气作为辅助支点，这样的四点式升力方式很不稳定，所以我们常看到它们垂直起降时战战兢兢的样子。

    在这个升力方式的基础上，产生的问题还是不少的。如航程短，废气回吸问题，喷气烧蚀跑道或甲板问题，操纵复杂、安全可靠性差等等诸多先天不足。

2、空气动力升力

飞机为什么能实现推重比小于1，这是因为它利用了空气的压差升力。而利用空气压差升力的一个重要因素就是与空气作用面的面积大小，作用面越大，升力就越大，这也就是飞机的机翼为什么会很大。

在原地能利用空气动力产生升力的主要是螺旋桨、旋翼和风扇。如左下图，因为螺旋桨面小适于高速飞行，动力小，不能用于慢速的垂直起降，所以用它难以实现飞机的垂直起降。

      

旋翼虽然升力大，但在直升机的应用中已被证明不适于高速飞行，并且旋翼面积太大，无法安装到机翼中，安装在外还不安全，如中上图，所以也不适于飞机的垂直起降。风扇叶片密集，面积利用效率高些，同样升力大小面积却可以比旋翼小。但线速度不均这种旋转的本质让其升力效果打折扣，因此还没有普及开用它实现飞行器的垂直起降，如右上图的XV-5垂直起降验证机。

总结：综上所述，历史上的垂直起降难以普及的主要原因是垂直起降升力的获取方式上，本来是沉浸在空气中的，却没有利用省力的空气密度分布与压差原理，而用了不省力的牛顿第三定律，并且由此带来的问题更多。

二、垂直起降理念

从上面的垂直起降史简述可以得出如下推理：

1、反作用升力不省力，所以把喷气升力发动机（包括尾喷）排除掉而采用空气升力。

2、采用空气动力的垂直起降升力与面积关系较大，这个产生升力的装置不能安装在机身中。

3、飞机的机翼是飞行时产生升力的地方，而它相对垂直面上的面积又非常大，所以适宜安装垂直起降的升力装置。

4、螺旋桨、旋翼、风扇纵向（垂直）面积较大，侧（水平）面又较薄，适合安装在机翼中，还能原地利用空气产生升力，所以适合做产生垂直起降升力的装置。

5、螺旋桨面太小升力也太小，旋翼升力大但面太大太占地方，这都不适合做为垂直起降升力装置。

6、风扇虽然没有旋翼的面大，但扇叶片多，面利用率高，升力也较大。所以升力风扇适合做为垂直起降升力装置。

7、由于风扇采用旋转的运动方式，受半径线速度的不均影响，效率低下，升力小，故而需要改进升力风扇。

8、左右机翼中的两个升力装置不能达到一种平衡，所以要在机头或机尾安装第三点辅助升力点，构成三点式稳定升力布局结构；

9、机尾安装的第三点辅助垂直起降升力系统同时也是平飞的推动力，让平飞和垂直起降系统分离。

总结：实用的垂直起降要采用新式升力风扇产生主要垂直起降升力；采用机翼埋植升力风扇加机尾辅助控制的三点式升力结构布局以实现最稳定起降；平飞系统和垂直起降系统分离实现平飞的高速和起降的柔和。

三、扇叶平移式升力风扇

旋转式风扇因旋转的运动方式而产生先天不足，所以要进行创新。那风扇如何进行创新？就得抛弃存在问题的运动方式——旋转，采用第二个基本运动方式——平移。也就是说，让风扇的叶片平移运动，扇动空气产生升力，如下图所示。

1、风扇的结构与原理：

以上设想就是扇叶平移式强力风扇。双层扇叶设计是为了扇叶的复位循环，在上层平移运动到头后移动到下层再平移运动到另一端，然后再移动到上层周而复始

每片扇叶就像一个个小机翼以一定的仰角在平移运动，不存在旋转的状态不均的问题，所以效率最高，升力最大。

它可以设计任意尺寸的长方形，可以超薄设计，所以有较强的适应性，安装在飞机的机翼上会产生强大的升力，让飞机的垂直起降真正进入实用化的航空时代。

  

要想垂直起降就得从飞机的垂直起降本质入手，这就是垂直起降升力的产生，设计出优秀的升力装置是解决这个问题的根本，而扇叶平移式升力风扇是解决这个问题的有益尝试，希望它能给航空世界带来希望！

    2、升力产生的原理

扇叶平移式升力风扇的主要升力原理就是利用与所依附的空气产生的大气压差升力和反作用力升力。在这两种力中，大气压差升力是主要升力，因为大气压力巨大，而驱动风扇运动时所需要的力远小于这个大气压差力，这就是风扇为什么会省力的原因。气压压差的力是用横向的小拉力诱导获取纵向的大升力，这是一种巧妙的力的转化。由于风扇上方的压力的减小与下方压力的增加形成近乎双倍的升力效果，所以升力是可以大于周围大气压的。海拔越低，大气压就越高，产生的升力也越大，这也符合飞机在地面的垂直起降。

如果通俗的理解，快速平移的扇叶迅速把风扇上表面的空气移动到风扇的下表面，从而在上表面形成空气低密度区，在风扇下表面形成空气高密度区，从而形成空气压力差，产生强大升力。

四、垂直起降飞行器的验证过程

扇叶平移式升力风扇由于是新的探索，会有许多困难，比如噪音，比如润滑，比如受力结构，比如链条速度，比如各种高速的旋转… … 。特别链条的速度决定了扇叶片的运动速度，刚开始的工艺技术可能不是太快，我们可以一步一步验证垂直起降是否可行。在验证的时候可以先无人机，再有人机。

1、个人垂直起降飞行器

如左下图。只是安装两个升力风扇在普通内燃机发动机的驱动下看看是否能垂直起飞，像直升机一样利用风扇的倾斜进行平飞前进或后退，所速度不会很快。

  

2、低速垂直起降验证飞机

如果风扇的技术进一步改进，风扇的运行速度加快，就可以进行低速垂直起降飞机的验证了。如右上图所示，由于此时风扇的速度还不是太快，所以风扇的面积还是较大的，这时可以在整个机翼上安装风扇，利用机尾的螺旋桨进行辅助姿态调整和平飞时的推力。此时的飞行方式有了本质的不同，与上面的个人飞行器不同，不再利用风扇的倾斜平飞了，而是平飞与垂直起降分离，采用机尾螺旋桨进行推进平飞了。

3、垂直起降飞行汽车

如果扇叶平移式升力风扇的运行速度进一步提高，就可以缩小面积而能产生同样大小的升力了。这时就可以安装在机翼的当中，成一机翼的一部分而不是全部。这时就可以研制飞行汽车或非喷气垂直起降飞机了。左下图是飞行汽车，是一种陆空两用飞行器。它是一种垂直起降飞机实用化道路上的中低速飞行器，由于还要在地面行驶又要中低空飞行，所以它是一种大众化的垂直起降飞行器。

   

    4、非喷气垂直起降飞机

当风扇在飞行汽车上达到实用化，并且运行速度又有一定提高时就可以进行非喷气垂直起降飞机的试验，如右上图。利用机翼上埋植的升力风扇产生升力垂直起降，利用机身尾部的螺旋桨推动飞机平飞。这是一种中高速中高空的非喷气垂直起降飞机，利用内燃机或涡轮轴发动机驱动，使用普通燃油，是一种经济型的垂直起降飞机，也是喷气式垂直起降飞机的过渡。

5、喷气式（超音速）垂直起降飞机

当风扇的运行速度达到很高程度的时候，就可以用面积较小的风扇进行喷气式垂直起降飞机的验证了，如左下图所示。像F-35B那样从喷气发动机中引出扭矩动力驱动两翼中风扇的运动垂直起降，利用发动机外涵道的冷气进行姿态辅助控制，利用喷气发动机进行平飞。

  

6、大型喷气式垂直起降飞机

当风扇相当成熟时，就可以研制大型的垂直起降飞机，如右上图的客机或运输机等。机翼中的升力风扇是垂直起降的主升力，尾翼中的升力风扇主要起辅助升力和姿态调整作用。机翼中的升力风扇的动力取自翼吊下的涡扇发动机，而尾翼中的风扇需要单独的涡轮轴发动机驱动。

7、消音爆的高超音速垂直起降喷气机

以上的飞机都是双起降方式的，也就是说既可以垂直起降，又可以滑跑起降。但滑跑起降要求机翼的展弦比要大些，而这在超音速飞行时阻力大，能产生音爆，所以要想飞行时阻力小，音爆声小或在一定超音速范围内无音爆，就要采用展弦比小的，所以这种消音爆的超音速垂直起降喷气机就不能滑跑起降了，只能采用垂直起降。

  

    如上图所示，这种消音爆的高超音速垂直起降喷气机如果要在某一马赫（比如2.0）范围内无音爆声，那么飞机上任意一处的后掠角都不能小于相应的角度（2.0马赫下后掠角不小于65度左右），并且，前有后掠角，后有前掠角，也就是说高超音速垂直起降喷气机的形状像两头尖尖的梭子。

自从莱特兄弟发明飞机的，针对飞机滑跑式起飞的不足有许许多多的人尝试过飞机的垂直起降形式，但遗憾的是从来没有人实现过实用的可以广泛普及的垂直起降，这主要是人们的主攻方向上的失误。而利用空气动力实现的垂直起降将是一种有益的探索，扇叶平移式风扇的正是一种大胆的尝试。无论实用与否，扇叶平移式风扇都是获取空气升力的一种有益的尝试，也是一种启迪。

但愿中国能开发出真正的垂直起降飞机！

lkyfly0833

楼主很强大啊，虽然有点深奥了，我看不怎么懂，但是我能感受到楼主的强大啊

lkyfly0344

哈，长知识了

maomao

我们要致信国家领导特批楼主进什么什么所，人才啊，别埋没了。{:soso_e100:}

lkyfly0808

有关部门 应该会看到的、、、
楼主加油啊！！

zhouxm

{:soso_e100:}楼主等着吧你会受到重视的

lkyfly0628

很不错的理念，发展就看咱们这一代了

lkyfly0843

学习了。。。。。。。

cewei21

不明觉厉

lkyfly0850

看了楼主的理论和文笔，

我想起了 这两天 一直在播出的 CCTV-7 晚上的 百年航母 集锦，里面的大校，从航母的起步讲到

航母的 配置及作战等等理论， 有一个话题 就是关于  舰载 垂直起降 飞机 ，其中著名的战役就是 马岛战役，英国和 阿根廷的那场！ 当然了  这场战争 百度上
   http://baike.baidu.com/view/135150.htm
说明的很详细，我就不继续了！
大校《名字我忘记了》当时的话大致就是这样：
      垂直起降战机 优点就是不受甲板大小限制，但同时 垂直起降 载弹量和油料就少，会影响战机的作战半径和打击力度！

但是毕竟人家是专家，我就是想起来这段了，

话说回来了 各有利弊吧，不然 山姆大叔也不会 使劲的研究 F-35。。

最后说声 楼主威武，我顶你