環形機翼

環形翼像一個短粗的空心筒子，上下圓弧部分產生升力，左右圓弧部分阻隔翼尖繞流，並提供方向穩定性。採用環形固定翼設計的飛機被稱為環翼機，環形機翼可以看做是翼尖相連並經過圓整的雙翼，升力高於雙翼，並且不存在橫滾穩定性問題，非常適合立式垂直起降飛機，並且環形翼還具有風阻小、結構重量輕、失速特性好、高速特性好、易於操縱以及易於安排立式飛機的起落架等優點。

基本介紹

• 中文名：環形機翼
• 外文名：annular wing
• 研發單位：亨克爾飛機公司
• 代表機型：法國 C-450 研究機
• 特點：風阻小、重量輕、易於操縱等
• 套用：環翼機

簡介

環形翼像一個短粗的空心筒子，上下圓弧部分產生升力，左右圓弧部分阻隔翼尖繞流，並提供方向穩定性。環形翼不存在橫滾穩定性的問題，非常適合立式垂直起降飛機，並且環形翼還具有風阻小、結構重量輕、失速特性好、高速特性好、易於操縱以及易於安排立式飛機的起落架等優點。

環形翼最大的特別之處在於轉彎。常規平面翼的飛機需要先橫滾到一定的角度，然後拉高迎角，通過斜向升力的向心水平分量實現轉彎。環形翼不需要橫滾，可以直接指向所需要的迎角，實現轉彎。這不光是操作習慣上的一個改變，也省卻了橫滾的步驟，在理論上可以提高機動性。

另外一個特別的是，平面翼飛機需要急轉彎時，需要拉很大的橫滾角，並增大迎角以補償升力損失。環形翼不管怎么轉彎，在橫向指向的同時，一方面產生斜向升力的向心水平分量力用於轉彎，另一方面上下的圓弧段依然在提供升力，不會因為平面翼飛機在急轉彎時機翼幾乎側立而導致嚴重升力損失和失速的問題，也就是說，可以放心大膽地急轉彎，增加機動性的容限。

但環形翼的翼展不容易增加，否則將成為大而無當的巨大圓筒，在設計和製造上帶來很多陌生的問題；水平起落時起落架的設計也很困難，人員和貨物的裝卸困難就不提了，不過機身不在環形翼的圓心，而在圓弧的底部，可以避免很多這樣的問題。在環形翼和矩形翼之間，當然可以有橢圓環翼，其特點也介於環形翼和矩形翼之間。

發展歷史

1944年末的納粹德國已經是岌岌可危，德國空軍的抵抗依然頑強，卻已經不能阻止盟軍的轟炸機群將成千上萬顆炸彈投向第三帝國的心臟地帶。德國空軍的機場作為盟軍“重點照顧”的對象，經常遭到輪番轟炸，常常是滿目瘡痍。
在無法確保機場能夠使用的被動情況下，納粹德國空軍部向各飛機公司發出了研製垂直起降戰鬥機的招標，位於奧地利的亨克爾飛機公司提出了He “Wespe”和He“Lerche”兩個環形翼垂直起降戰鬥機的方案（順帶說一下，當時納粹德國的許多重要軍工單位並不在德國境內，而是位於德軍占領區，例如著名的福克—沃爾夫飛機公司就位於荷蘭，原本在德國境內的軍工企業也紛紛在占領區內開設分廠，德軍占領這些國家後，將占領區的工業企業納入納粹德國的軍工體系，成為納粹戰爭機器的一部分）。

He “Wespe”和He“Lerche”

He “Wespe” 有一個環形主翼和裝有起落架的“X形”尾翼，環形翼與主翼之間有板狀連線，兩片“連線板”呈短翼狀向外延伸，He “Wespe”採用一台功率為2000馬力的He S021渦輪螺旋槳發動機，一副六葉螺旋槳被布置在機身與環形主翼之間，飛機以直立狀態垂直起飛與降落，如同一架旋翼布置在機身中部的直升機，理論上可以在一小片經過平整的空地上起降。該機的武器是飛機頭部的兩門MK108型30毫米機炮，位置離飛行員座艙相當近。
1945年初，亨克爾飛機公司又提出了He “Wespe”的改進型號方案——He“Lerche”，He“Lerche”取消了短翼狀延伸，尾翼也由“X形”改為120°夾角的三片尾翼，環形翼與機身之間的“連線板”也減少了。可能是出於可靠性和當時德國生產能力的考慮， 　He“Lerche”採用兩台DB605A活塞發動機取代了He “Wespe”的He S021渦輪螺旋槳發動機，相應地取消了機頭進氣口。飛機首部完全被半球形透明飛行員座艙占據，兩門MK108型30毫米機炮幾乎就在飛行員座艙旁邊，而且更加誇張的是，He“Lerche”的座艙內可以說沒有座椅，飛行員以接近站立的姿勢被固定在座艙內，這樣設計可能會在飛機起降時為飛行員提供比較好的視野，但更可能使飛機的人機功效變得非常糟糕。有訊息顯示，He“Lerche”於1945年3月8日完成第一階段設計工作，但還沒等到原型機成形，納粹德國就宣告滅亡。

其實，今天站在我們的角度看，雖然縱使是再先進的武器都拯救不了邪惡的法西斯第三帝國，但He “Wespe”和He“Lerche”並不能算是成功的截擊戰鬥機，當飛機以直立狀態垂直起飛與降落時，飛行員事實上是背靠大地面朝天，根本無法看到飛機下方的情況，起飛時還好，降落時就完全只能憑感覺，當然也是非常危險的。在那個連“電傳飛行控制系統”的概念都沒有時代，採用環形翼設計可能導致飛機因為“操作過靈”而變得“非常不穩定”，因此即使造出樣機，其安全性也值得懷疑。

第二次世界大戰後期，為了獲得納粹德國的先進技術，西方盟軍、蘇軍甚至是一些中立國的情報部門都派出了特別行動隊，搜尋被德軍遺棄的德國新式武器圖紙和樣機、軍工生產設備，俘虜德國設計人員，因此不少納粹德國的“末日奇蹟”在戰後得以延續和發展。隨著美英軍隊一起重返歐洲大陸的“自由法國”軍隊也不例外，噴氣時代的法國航空工業的發展同樣得到了原納粹德國科技人員的幫助，C-450環形翼垂直起降戰鬥機就是其中之一。
在冷戰時期，歐洲的北約國家普遍認為，一旦以蘇聯為首的華約集團憑藉大規模的機械化部隊發動全面進攻，肯定會首先使用大量地對地飛彈和戰術火箭進行高密度火力覆蓋，華約空軍也會在進攻時以絕對的數量優勢鋪天蓋地襲來。在這種情況下，歐洲各國的機場可以說都是不能指望的，因此北約國家應當研製擁有垂直/短距起降能力的作戰飛機確保在機場被華約飛彈摧毀後仍然具有戰鬥力。在這種思想的指導下，北約各國紛紛掀起了垂直/短距起降戰機的開發熱潮，法國斯奈克瑪公司在這一時期推出了C-450環形翼垂直起降戰鬥機。

C-450在生產車間中

只要將C-450的照片與He “Wespe”和He“Lerche”的想像圖略作比較，就不難發現它們之間存在的某種淵源，法國人也承認C-450“借鑑了納粹德國的設計方案”。與He “Wespe”和He“Lerche”相比，C-450的環形翼面積更大，幾乎包裹了進氣道之後的整個機身，尾翼則更小了，基本上就是機身與環形翼之間“連線板”的延伸。與He “Wespe”和He“Lerche”一樣，C-450也以直立狀態垂直起飛與降落，起落架位於環形主翼後部，也就是“桶身”上。

C-450是一架噴氣式戰鬥機，採用一台渦輪噴氣發動機（筆者推測可能是“阿塔”9B）作為動力來源，進氣口位於機身兩側，不過有資料顯示，C-450設計時也考慮過機頭進氣。資料顯示，C-450原型機於1958年進行了首次成功的試飛，關於該機後來的發展情況，筆者手裡的資料上只有四個字——“命運悲慘”，有一種說法是原型機在降落時墜毀。這似乎很容易理解，前面已經說過，飛機以直立狀態垂直起飛與降落時，飛行員是背靠大地面朝天，根本無法看到飛機下方的情況，如果說採用螺旋槳動力的He “Wespe”和He“Lerche”還可以像直升飛機一樣，逐步減小發動機的出力，靠螺旋槳的剩餘升力慢慢降落的話，那么採用噴氣式發動機的C-450一旦失去了動力就會像秤砣一樣下墜，因此C-450降落時自然就更加危險。即使降落的問題得到解決，以當時的科技水平也未必能夠解決環形翼飛機因“操作過靈”而帶來的飛機穩定性問題（這一問題直到計算機技術被廣泛地用於航空領域，電傳飛行控制系統出現後，才算得到比較好的解決）。況且即使飛行與降落的安全問題得到解決，飛機的性能也不見得能令人滿意。而且，在那次垂直/短距起降戰機的開發熱潮中誕生的機型，只有英國的 P.1127 最終“修成正果”，也就是著名的“鷂”式垂直/短距起降戰鬥機，其他機型無一例外地半途而廢。事實證明，垂直/短距起降戰機的飛行性能往往不是很好，即使是最成功的“鷂”式，也只能說是差強人意，於是C-450的下場也就沒什麼可奇怪的了。關於C-450及其改進型的後續發展情況，法國人一直沒有完全公開，外界所知的大多是不重要且散亂的。換句話說，我們現在看到的，也不過是一些關於C-450的零星資料而已。

特點

升力特性

環翼機的總體特徵為失速性能較好，這是因為後翼處於前翼的尾流區中，減小了最大有效仰角。

阻力特性

在中、小仰角時，環翼阻力比傳統固定翼小，當仰角增大，環翼的阻力增長率也比傳統翼型低，可見總體來說，在低速條件下，環翼機的阻力特性較之傳統翼更加優秀。

力矩特性

在中、小仰角時，基本保持靜穩定，而仰角較大時，出現靜不穩定情況，這是由於出現了翼尖效應和翼根效應，使壓力中心出現了前後位移。