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什么是可变翼飞机
送交者: 穿墙屁 2006年10月13日14:52:27 于 [教育学术] 发送悄悄话

可变翼飞机 2006-10-12 19:49:29

穿墙屁

今天早晨, 问题多网友问:什么是可变翼飞机。我从小是航空爱好者,也读过很多这方面的书籍,因此对这个问题知晓一二。这里就和大家谈一谈:

就在我们正说话的这时刻,世界各地飞翔的飞机,无论是波音的747 Combo Jet还是AH-64“阿帕齐”武装直升机,都属于固定翼飞机。因为它们的机翼都是不变的,不能够随意伸缩、扭动。固定翼飞机需要耗费很大的能量以达到起飞速度。然后依靠发动机产生的推力而进行飞行。一个波音747 从北京飞到纽约,大概要耗费200吨的航空煤油。在石油价格飞涨的今天,其操作成本是非常高的。这也是为什么“可变翼飞机” 呼之欲出的原因。

所谓可变翼飞机,是正在发展研制中的一种新型飞机。其设计思想和现在的固定翼飞机有着本质区别。它不是依靠发动机的推力,而是通过仿生,学习鸟类的飞翔原理,来实现飞行。大家都知道,鸟类并不需要凭借4台涡轮机的百万马力来推动,而仅仅靠几粒粮食,就能从南飞到北,横跨美洲,自由的飞翔。这种高效的飞行,正是“可变翼飞机” 所要模拟的。

现在的可变翼飞机,基本上是遵循两条设计路线,一条是 Lockheed-Martin 的“苍鹰” 方案 。“苍鹰”飞机的翅膀做得很大,但扇动频率很低,同老鹰的飞行类似。这种设计的好处是飞机载重量比较大、能耗很低。对机翼柔韧性的要求也不是很高。技术上的困难是,在保持机翼柔韧性的同时,如何把机翼做得很大而且坚硬。一般的金属合金(比如钛钢)虽然很坚固,但柔韧性不足,根本不能扇动。别说作飞机翅膀,就是人们夏天用的扇子,也没有用合金钢做的么!而一般的高分子合成材料(比如橡胶)则正相反,很柔韧,却硬度不够。比如人们常使用的避孕套,就是高分子材料,它很有伸缩性,却很少出现割伤阴茎、撮坏阴道的问题嘛!现在能够制造“苍鹰” 可变式飞机机翼的一个很有前途的材料是生物高分子:就是把生物体内的脱氧核糖核酸 (D eoxyribonucleic acid , DNA) 提取出来,经过高温、高压处理,做成机翼。DNA是生物遗传大分子,人类遗传全都依靠它了,几千几万年都不会变,可见它很坚固;DNA也可以变异,比如外嫁的中国女人可以和Caucasian白人生出后代,这就反映了DNA的柔韧性。因此,用DNA作机翼的一个最大好处就是,它兼备优异的柔韧性和坚固性。由于生物上PCR ( Polymerase chain reaction ) 技术的研制成功, DNA可以很容易的、如喂猪似的大量生产,这就使低成本的制造DNA机翼成为可能。但应用DNA制造“苍鹰”机翼,有一个最大Problem,就是它的旋光性问题。学习生物的人都知道,所有生物的DNA染色体呈双螺旋结构,但都是从左向右旋转;地球上没有一个生物的DNA是从右往左转的。由于这种生物的独特性,用DNA做成的机翼只能向一个方向扇动,而不能往复来。也就是说,乘坐“苍鹰” 式可变翼飞机,旅客可以从旧金山横飞美洲到纽约;但若想回来,则只能从纽约经伦敦、大马士革、香港、檀香山,然后才能到旧金山。这样绕地球一圈下来,就没有经济上、时间上的BENEFIT了。现在湾区很多的生物技术公司,比如【基因技术股份有限公司】(Genetech Inc.) ,都在从事开发“从右向左转的DNA”。如果能成功,无疑是人类文明史上的一次飞跃。

另外一类可变翼飞机是 Northrop Grumman-Boeing 合作提出的“蜂鸟” 设计,这类飞机因模仿蜂鸟而得名。它的机翼很小,但扇动的频率却很高,为了达到载人的目的,专家估计机翼需要至少每秒振动扭曲10万次。近年来科学研究很火爆的纳米材料,就提供一个解决方案。纳米材料很结实,有人做过实验,放在嘎杩光的超强照射下,纳米材料能够以10的10次方速度振动20000小时,物理化学性质依然不变。这说明纳米材料本身是足以用在“蜂鸟”飞机上的。由于一纳米只有一米的10万万分之一长,用X-RAY显微镜才可以观测到,所以在“蜂鸟” 飞机中使用纳米材料的一个关键问题不是纳米材料本身,而是如何把这些纳米材料连结在一起。向纳米材料里倒一坨浆糊,搅和搅和,自然是不行的。物理学上最近提出的超弦理论(The String Theory),就很Promising。我们知道,任何物质在超高温超高压环境下,都会被挤出一种科学上称作中微子的东西,中微子的质量为零,形状有些象精子,前部有个头,后面拖拉个很长的尾巴。但同精子比,中微子的头更小,直径只有一米的一万亿分之一,尾巴却更长,最新的研究发现,从太阳出来的一个中微子,其头部到了地球,尾巴却仍在太阳的内核。中微子的尾巴十分坚硬,即使太阳内部的高温高压,地球的南北极磁场也不能折断这个尾巴。所以,如果能用中微子这根带长线的针把纳米材料一个个串起来,无疑是制造“蜂鸟” 机翼的一种很诱人途径。自从上个世纪90年代有人提出设想后,现在科学家们已经可以用中微子把几十亿个纳米材料串在一起。但瓶颈问题是,如何在中微子穿过众多纳米材料后,把中微子的头和尾巴系在一起?这和小孩子串青豌豆作项链一个道理:如果不能形成一个环状结构,串在中微子上的纳米材料就会脱落掉!“弦理论 猜想” 预 言,在四 维空间,中微子的头和尾巴会合并,形成同一个点,这个点在科学上被称作奇点。 最近俄国人PERELMAN得菲尔兹 奖,就是因为他证明了中微子的头尾“封闭性” 问题。所以说,“蜂鸟” 机翼的理论已经很成熟了,如何在实验室、工厂做出来,只是个技术时间问题了。

“苍鹰” 式可 变翼飞机载重量大,能耗低,适合于长途客机。科学家估计,载400人的“苍鹰”飞机从北京飞到纽约,理论上只要一百斤兔子肉就可以了,这和现在波音747的200吨航空煤油比较,能源耗费可谓天壤之别了。而“蜂鸟” 式可变翼飞机则比较轻巧,操作灵活,很适合于家庭用。乘坐“蜂鸟” 可变飞机,人即使在WYOMING住,在旧金山工作,上班TRAVEL时间也仅仅10分钟。而且回家后,可以将飞机挂在阳台上,一点也不占空间。更重要的是,‘蜂鸟’ 飞机每天只要喂一把玉米粒,就可以畅通无阻了。

屁爷的文章今天就STOP在这里。科学技术的发展,一日千里。明天大家就可能乘坐可变翼飞机旅行了。 CHEERS!


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