早在1923年,西班牙工程師胡安·德拉切爾瓦(Juan de la Cierva)便構(gòu)想出一種革命性的飛行器:它頂部擁有一副不依靠發(fā)動機驅(qū)動的旋翼來產(chǎn)生升力,而推力則由發(fā)動機驅(qū)動的螺旋槳提供。他將其命名為“Autogiro”,后英語化為“Autogyro”,亦常被稱為“Gyroplane”(旋翼機或自轉(zhuǎn)旋翼機)。對于現(xiàn)代人而言,自轉(zhuǎn)旋翼機可能看起來與直升機頗為相似——后者在德拉切爾瓦的時代尚未問世。然而,這兩者在飛行原理上實則截然不同。
自轉(zhuǎn)旋翼機 vs. 直升機:原理迥異的“近親”
直升機通過發(fā)動機驅(qū)動其主旋翼旋轉(zhuǎn),從而同時產(chǎn)生升力和實現(xiàn)機動飛行。相比之下,自轉(zhuǎn)旋翼機的旋翼并非由發(fā)動機直接驅(qū)動,而是在空氣流過槳葉時自然旋轉(zhuǎn)(風車效應),由此產(chǎn)生升力。其前進的動力則依賴于一個獨立的、通常位于機身后部的發(fā)動機驅(qū)動螺旋槳提供推力。
這意味著,與直升機不同,大多數(shù)自轉(zhuǎn)旋翼機無法垂直起降,也不能在空中懸停(少數(shù)混合動力型號可在起降階段為旋翼提供動力除外)。同時,由于升力主要由頂部的旋翼提供,它也不屬于固定翼飛機,無需傳統(tǒng)意義上的機翼。盡管如此,自轉(zhuǎn)旋翼機卻擁有令人印象深刻的短距起降(STOL)能力,部分型號甚至僅需十幾米的跑道即可完成起降。
從輝煌到沉寂,再到悄然復蘇
憑借其獨特的飛行特性和運營靈活性,德拉切爾瓦的設(shè)計在20世紀20至30年代迅速吸引了眾多投資者和實業(yè)家的目光,并成功推出了多個型號。在兩次世界大戰(zhàn)之間那個航空航天實驗幾乎不受約束的年代,自轉(zhuǎn)旋翼機曾是一項備受矚目的新興技術(shù)。然而,盡管在第二次世界大戰(zhàn)中有過一些非常有限的應用,隨著直升機技術(shù)的成熟和廣泛應用,自轉(zhuǎn)旋翼機很快便被其“近親”直升機所超越,無論在民用還是軍用領(lǐng)域,都逐漸被邊緣化。
戰(zhàn)后,英國費爾雷航空公司(Fairey Aviation)曾試圖通過“費爾雷旋翼客機”(Fairey Rotodyne)項目復興自轉(zhuǎn)旋翼機概念。這是一款設(shè)計載客近50人的大型旋翼機,但在20世紀60年代初,隨著費爾雷公司被直升機制造商韋斯特蘭公司(Westland)收購并整合,該計劃最終被擱置。
盡管經(jīng)歷了長時間的沉寂,自轉(zhuǎn)旋翼機憑借其獨特魅力,始終吸引著航空航天界一小部分但忠誠度極高的擁躉。如今,隨著航空航天業(yè)再次進入一個創(chuàng)新迸發(fā)的時代,自轉(zhuǎn)旋翼機似乎正重新獲得公眾的青睞。其支持者盛贊其相較于直升機而言極低的運營成本、技術(shù)上的簡潔性以及易于操控的特性。
現(xiàn)代復興的驅(qū)動力:經(jīng)濟、安全與易學
自轉(zhuǎn)旋翼機不僅被認為相對容易學習駕駛,其核心特征之一——旋翼自轉(zhuǎn)——也使其在緊急著陸情況下具有較高的安全性。在直升機上,旋翼自轉(zhuǎn)(發(fā)動機失效后利用下降氣流保持旋翼旋轉(zhuǎn)以進行可控降落)是一項相當復雜且需在極短時間內(nèi)精確執(zhí)行的應急操作;而在自轉(zhuǎn)旋翼機上,旋翼自轉(zhuǎn)是其默認的飛行狀態(tài),一旦發(fā)動機失去推力,旋翼會自然保持旋轉(zhuǎn)提供一定的升力,為安全滑翔和著陸創(chuàng)造了更有利的條件。
德國的AutoGyro、意大利的Magni Gyro以及西班牙的ELA Aviación等現(xiàn)代自轉(zhuǎn)旋翼機制造商,均報告稱市場對此類飛機的興趣正急劇上升。以Magni Gyro為例,這家位于米蘭附近的家族企業(yè)在過去八年內(nèi)就售出了500架旋翼機,而其銷售前1000架飛機則花費了超過四十年的時間。
Magni Gyro的銷售與市場經(jīng)理基婭拉·庫里奧尼(Chiara Curioni)向AeroTime解釋道,私人航空愛好者越來越欣賞自轉(zhuǎn)旋翼機的易學性及其在包括巖石區(qū)、干涸河床在內(nèi)的各種復雜地形上的著陸能力。她還指出,該飛機低廉的運營成本是另一個強大的吸引力。
ELA Aviación的市場經(jīng)理克里斯蒂娜·阿隆索(Cristina Alonso)也表達了類似的觀點。她告訴AeroTime,為應對市場需求,該公司正計劃將產(chǎn)量從每周一架提升至兩到三架?!霸S多人聽說過一個世紀前德拉切爾瓦和他發(fā)明的飛行器,”阿隆索說,“但大多數(shù)人并不知道如今你仍然可以買到自轉(zhuǎn)旋翼機,而且學習駕駛它通常不超過15個小時?!背送瞥雒麨镋clipse Gama 10的帶封閉座艙的高端型號外,ELA Aviación的母公司還在西班牙大力投資支持旋翼機飛行的配套服務,包括機場基礎(chǔ)設(shè)施、培訓和技術(shù)服務。
性能方面,一些自轉(zhuǎn)旋翼機型號的最高時速可達約200公里/小時,巡航速度通常在170-180公里/小時。在特定條件下,ELA Aviación的部分高端型號一次加油可飛行長達600公里。其零售價根據(jù)型號不同,在9萬至23萬歐元之間。阿隆索解釋說,計入所有因素后,每小時的運營成本低于200歐元?!坝靡患苤鄙龣C的價格,我可以給你買20架我們的旋翼機,”她補充道。
超越休閑飛行:國防與未來空中交通的新角色
盡管目前超過90%的銷售面向私人用戶,但ELA Aviación正積極將其旋翼機推廣至其他應用領(lǐng)域,如航空服務和應急服務。與直升機乃至某些輕型固定翼飛機相比,旋翼機的低成本是其最強大的銷售論據(jù)之一。
國防和安全部門也開始對自轉(zhuǎn)旋翼機概念表現(xiàn)出興趣。例如,德國AutoGyro公司已成為土耳其憲兵部隊(Jandarma)的供應商,其旋翼機被用于邊境巡邏等任務。該公司還與沙特一家活躍于國防和航空航天領(lǐng)域的Life Shield集團建立了合作伙伴關(guān)系,將在中東地區(qū)生產(chǎn)和分銷其旋翼機。另一家著眼于沙特市場的旋翼機公司是英國的ARC Aerosystems,該公司已與當?shù)睾献骰锇楹炇饏f(xié)議,計劃投資4億美元在當?shù)亟◤S。這家英國公司利用其收購的一項20世紀60年代的加拿大概念專利為基礎(chǔ),開發(fā)能夠提供低排放、高性價比區(qū)域運輸?shù)男乱淮赞D(zhuǎn)旋翼機。英國一家以可持續(xù)發(fā)展為首要目標的新興航空公司Ecojet,已簽署了購買20架ARC Aerosystems LINX P9型旋翼機的意向書。
在方興未艾的“先進空中交通”(Advanced Air Mobility, AAM)時代,自轉(zhuǎn)旋翼機的技術(shù)原理也找到了新的用武之地。美加合資公司Jaunt Air Mobility正將旋翼機技術(shù)融入其電動垂直起降飛行器(eVTOL)概念中,計劃在加拿大魁北克省推出區(qū)域空中交通網(wǎng)絡。
或許,近期自轉(zhuǎn)旋翼機概念最引人注目的應用,莫過于其與“飛行汽車”的融合。荷蘭初創(chuàng)公司PAL-V正在認證一款既能在陸地行駛也能在空中飛行的交通工具。它具備普通汽車的所有特征,同時擁有一副可折疊的旋翼,當你希望“起飛”時便可展開??苹秒娪爸衅诖丫玫摹帮w行汽車”,其最終形態(tài)很可能就是一架巧妙偽裝的自轉(zhuǎn)旋翼機!
胡安·德拉切爾瓦的百年發(fā)明,在經(jīng)歷了被直升機光芒掩蓋的漫長歲月后,正憑借其固有的簡潔性、安全性、經(jīng)濟性和適應性,在21世紀對創(chuàng)新與可及性飛行方案的渴求中,重新煥發(fā)出勃勃生機。
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