程昭武　齐贤德　沈美珍

地球人制造的飞碟

人们对于圆形机翼的探索其实并不比人类动力飞行的历史晚多少，早在1909年，英国就有人设计了一种类似飞碟的圆环形双翼机。它采用双层翼布局，上下两层均由平面形状为新月形的两个半圆机翼对接而成。有2台活塞式发动机安装在上下翼间。飞机底部装有同汽车一样的四轮式起落架。关于该机设计者的名字已无从考证，只留下“安全”（Safety）这样一个耐人寻味的机名。

自此之后的几十年中，仍有不少航空工程师痴迷于圆形机翼的研究。1934年，美国迈阿密大学设计了“阳伞”号飞机。它的飞碟状圆形机翼高高地架在机身上方，借以增加侧向安定性。这种飞机有极好的失速特性，它可以保持很大的迎角飘落，就像有人抓住一把阳伞从高处跳下一样。它的最大飞行速度（225千米/小时）和着陆速度（48千米/小时）之比可以达到4.687，而同时期活塞飞机的这一比值约为3。

第二次世界大战将结束时，美国的钱斯·沃特公司研制的XF5U“飞行薄饼”堪称圆翼飞机发展的新高度。美国海军曾对这种飞机寄予厚望，但因喷气式飞机的出现而停止研制。

1952年春，加拿大防务委员会批准阿弗罗公司制造一种比CF-100更先进有效的截击机。公司委派弗罗斯特领导一个特殊项目研究组开展研究。弗罗斯特曾经在英国许多著名的飞机公司工作过，参加设计了“蚊”、“吸血鬼”、“海上雌狐”等著名的飞机。他在1946年曾参与盘讯在二战设计过战斗机和“飞碟”的德国设计师。不知这对弗罗斯特是否产生了影响。他后来领导研制了一系列“飞碟”状的飞机，被称为“阿弗罗飞车”。

1960年，美国空军邀请新闻界代表团参观曾高度机密的VZ-9AV（“阿弗罗飞车”的第二架验证机）。它超凡脱俗的外表令参观者惊愕不止。新奇的设计激发了人们的灵感。与此同时，关于美国罗斯维尔空军基地“51区”内收藏着“飞碟”和外星人尸体的故事不断地传播开来。然而，全世界成千上万的UFO档案中，至今没有一件能证实来自外星。有关UFO的报告有的可能来自“冷战”鼓吹者的借题发挥，也有的可能是目击者的误判、错觉，甚至是恶作剧。究竟是外星人乘“飞碟”造访过地球，还是地球人自己发射了“飞碟”，被称为20世纪最大的秘密。这一话题显然还要继续探讨。但从飞机设计角度考虑，我们更应关心的是地球人可以制造的飞碟。

苏联从上个世纪70年代初开始，在远东地区秘密研制“飞碟”。1994年4月29日，俄罗斯电视台正式公布了正在研制的EKIP“飞碟式飞行器”。按照设想，它可以载重100多吨，利用气垫式起落装置使其可以脱离陆地机场，在一般地面或水面短距起降，此外它还可以借助地面效应，以650千米/小时的速度飞行，也可以在8 000～10 000米的高度上飞行。

进入新世纪，一位英国航空爱好者在自家车库里造了一架“飞碟”模型。它的原理是让发动机带动风扇，使气流吹在碟状飞行器的上表面，由于康达效应（附壁效应），气流附着在“飞碟”上表面，产生升力。他的发明引起了美国军方的重视，有关部门立即和他谈判试图合作开发。采用这一原理设计的“杰奥夫”飞碟无人验证机“沼泽星”-50，已在2008年6月首次试飞。

圆翼飞机的优缺点

圆形机翼的展弦比较小，通常在1.27左右，因而具有良好的失速特性。前面提到的“阳伞”号飞机的失速迎角大于45°，最大升力系数高达1.8。又如前面提到的采用环形机翼布局的“安全”号，它不但机翼的展弦比小，而且其前半翼设计成较后半翼先失速，因而避免了全机失速进入螺旋。它之所以被称为“安全”，可能意义就在于此。笔者曾与西北工业大学合作进行的圆翼、环翼吹风实验，试验结论也支持了以上结论。此外，圆形机翼适用于很大的飞行速度范围。国外的实验表明，圆形机翼的最大升力系数（对应于临界迎角）与最小阻力系数（对应于零升力迎角）的比值可以达到110。这说明它在高速飞行（小迎角）时阻力较小，在低速飞行（大迎角）时升力较大，因而圆形机翼飞机有较广阔的飞行包线。

至于圆形机翼的缺点，主要是侧向安定性不足。这是因为圆形机翼很难设置上反角，只能像“阳伞”号飞机那样依靠降低飞机的重心来获得一定的侧向安定性。当圆形机翼飞机的一侧机翼受到扰动向下倾斜时，飞机向该侧侧滑；同时，另一侧的机翼在方向安定力矩作用下向前方转动，其上表面升力增大，使飞机更加倾斜；全机升力倾斜后，在垂直方向的升力分力减少，飞机开始下沉，并在迎角安定性的作用下机头下俯。这时，如果飞行员不知道应首先改平飞机坡度，而是一味地向斜后方拉杆，企图在改平坡度的同时拉起机头，结果是倾斜升力的水平升力起向心力作用，促使飞机以小半径盘旋下降，直至坠地。这种现象叫“急盘旋下降”，是航空早期造成圆形机翼飞机飞行事故的重要原因。但在当时却传出了圆形机翼有“机翼自转”的恶名。

圆翼飞机的未来

对于未来的战斗机来说，由于矢量推力控制技术、电传操纵与主动控制技术的应用，为实现飞机的超机动动作，创造了必要的条件。然而，飞机的气动布局仍保持自第一次世界大战以来奠定的“十字架”式的形态，不同之处只是尾翼组有无或前、后置之区别。这样的布局方式在做非常规机动时，都会出现机体相对于相对气流轴的几何外形和气动力的不对称——即出现侧滑现象。

2013年8月27日，在莫斯科茹科夫斯基机场上空，俄罗斯的第五代战斗机T-50由亚历山大·波格丹驾驶，完成了所谓的“平螺旋”动作，成为第20届莫斯科国际航展的最大亮点。不过T-50在做快速机头指向过程中，飞机难免失去气动平衡，为了保证各种条件下控制飞机姿态，飞机的“飞发一体化”控制系统软件设计得极其复杂。目前，T-50的很多机动动作只限于表演阶段，距离实战应用还很远。

显然，圆翼布局或许能为传统布局战斗机的困惑打开新的思路。现代飞控技术的完善完全可以弥补圆形机翼安定性不足的缺点。同时相对于传统布局，圆形机翼布局的优势在于相对其机体轴（纵、横、立）都是对称的，如果在其圆心设轴，使之可以围绕立轴随气动力的变化而转动，就可以完全消除侧滑效应，让飞控软件设计大为简化。

在信息战方面，圆形机翼更是得天独厚。它可以在圆翼外缘布置雷达结构天线；或者在圆翼中央设置大型雷达罩；也许索性让整个圆翼都变成雷达天线。这一切优势都是常规布局飞机求之不得的。

在隐身性能方面，圆翼前缘可以有效地分散敌方雷达探测的电磁波，因而有极佳的隐身特性。美国的“暗星”无人机就是利用扁平半圆的前机身取得超乎寻常的隐身性能的。

责任编辑：王鑫邦endprint