[發明專利]地效飛行器的地效飛行管理系統

有效

• 申請號: 201210102271.9
• 申請日: 2012-04-10
• 公開（公告）號: CN102629139A
• 公開（公告）日: 2012-08-08
• 發明（設計）人: 顧世敏
• 申請（專利權）人: 中國航空無線電電子研究所
• 主分類號: G05D1/00
• 分類號: G05D1/00
• 代理公司: 上海和躍知識產權代理事務所(普通合伙) 31239
• 代理人: 杜林雪

技術領域

本發明涉及一種管理系統，特別是涉及一種地效飛行器的地效飛行管理系統。

背景技術

地效飛行器利用了空氣的可壓縮性，通過貼近地面(或水面)飛行的方式，獲得“氣墊”效應；同時，利用地面效應，減少機翼誘導阻力，有效提升升力性能，實現高速航行。

機翼上下表面的氣壓壓差形成升力，但也導致下部氣流朝上方環流，這種向上環繞包圍機翼的氣流稱之為渦流。渦流降低了機翼升力效率，嚴重時影響飛行安全。飛行器在貼地飛行時，由于地表的壓制作用，這種渦流的運動軌跡由空中的圓形軌跡(如圖1所示)延遲為橢圓形軌跡(如圖2所示)。這種地面效應延遲了渦流的上繞速度，增加了渦流的上繞路徑，減少對機翼上表面的氣流干擾，顯著提升了機翼的升力效率。這種地效的效果達到最大時，通常相當于增加了多達40％的升力。或者，反過來說，在同等升力需求下，利用這種渦流的延緩效果，可以顯著減少機翼的物理尺寸要求，由此顯著減輕了結構重量。從運行角度說，在同等功耗下，地效增加的升力越多，地效飛行器的航程越大，或是地效飛行器的商載越大。

飛行器在十分接近地面時，例如，機翼下表面距離地面只有十多厘米時，機翼下方空氣受到極度壓縮，形成一個特別強大的氣壓高壓區，機翼下方空氣流動幾乎停滯，形成最大的“氣墊”效應。

因此，通過地面效應來延緩機翼渦流影響，以及產生最大的“氣墊”效應這兩個要求，是地效飛行器利用地效飛行的基本原理，并作為地效飛行的工作環境。換言之，為保障地效飛行器安全、有效和正常地利用地效來飛行，最低離地高度不能低于最大“氣墊”效應高度，而最大飛行高度不宜高于延緩機翼渦流的最有效高度。如果偏離這個高度區域，地效飛行器雖然可以使用，但失去了利用地效這一特色獲得的效益，從而失去了與常規飛機或航船運輸方式的競爭力。

我國兩院院士顧誦芬、中國科學院院士、中國力學協會會長崔爾杰曾聯名撰寫《填補運輸效率的黃金空白--地面效應原理與地效飛行器》一文，宣傳和推動我國的地效飛行器的研發，我國的一些高科技企業也在大力研發這類先進的運輸工具。地效飛行器不僅可以廣泛承擔各類運輸任務，而且在國民經濟建設和國防領域具有特殊的戰略價值，例如用于海難救援，支持快速部署。國際上公認的地效飛行技術先驅是蘇聯和德國，其他歐美工業發達國家均在大力研究這一先進的運輸載體。蘇聯早在上世紀六十年代就開始秘密研制大型地效飛行器，一種被西方命名為“里海怪物”的大型地效飛行器長106.1米，翼展40米，起飛重量高達500噸。

但是，地效飛行作為當代一種新的學科和先進的高科技領域，當前僅有搭載2-10人左右的小型地效飛行器初步投入使用，大型地效飛行器的主要優勢在于載荷大且要求中長程運輸能力，尚有操控方面的技術壁壘亟待攻克，才能進入實用階段。因為，地效飛行器的最大優勢不僅在于利用地效完成起飛和降落，更在于利用地效性能穩定地巡航。這就要求方便可靠的技術手段來精確判斷地效性能，解決大型地效飛行器的飛行操控手段，保障貼地巡航的飛行安全。不能僅僅限于風平浪靜的良好天氣條件運行，也不能通過培養駕駛員的高超個人技能來實現地效飛行器的實用化和普及。

國際上現有對地效性能的公知是，地效飛行器的最大“氣墊”效應高度不超過十幾厘米，而最大延緩機翼渦流的高度大致為機翼翼弦的二分之一。即，如果機翼的翼弦長2米，利用地效飛行時，地效飛行器的最大離地高度以1米左右為宜；在大于翼展10倍的高度上，通常認為地效作用完全喪失。

國際上，通常把增加地效性能的飛行過程稱之為IGE(Into?Ground?Effect，增加地效性能)；把減少地效性能的飛行過程稱之為OGE(Out?Ground?Effect，減少地效性能)。既然地效性能由渦流路徑變化和“氣墊”作用兩部分組成，當前借用航空器飛行高度和飛行速度來控制地效飛行的性能，并非是一種簡明、直接的精確操控方式。

可見，作為一種運輸工具，尤其是具有商業價值的中大型地效飛行器，進入實用化所必須解決的關鍵難題是，有技術手段保障在一個非常狹小的高度變化范圍內，安全地、有效地、精確地利用地效性能，低空巡航飛行；其次，這種技術手段還應降低駕駛員對地效飛行器的操作技巧，減輕駕駛員工作負荷，方便日常運行。第三，應有直接、簡便、精確和可靠的地效性能操控參數，改進現有的借用航空器飛行高度和速度的操控方式。

出于對地效性能的效果和飛行安全性考慮，當前的地效飛行器可實用的運行方式是貼水面運行，并非貼陸地飛行，本發明討論的地效運行也是指貼水面的運行，不再專門聲明。