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  现代飞机设计的性能已经非常卓越,但从提高燃油效率的角度上说,飞机在设计上能否在更大程度上利用空气动力学原理

  简单的组合式飞机,共有3个结构构成,分别是机翼、机身和机尾。他们重新为飞机设计了一个鸟的外形

  据物理学家组织网报道,现在的飞机与鸟仍有很大差异,除非你能想像出一只真正怪异的鸟或者一架非常怪异的飞机。虽然事实如此,但我们还是不禁要问,能否缩小二者之间的差异,让飞机更接近鸟呢?最近,美国加利福尼亚州和南非的两位工程师决定从无到有重新构想已经普遍采用的喷管-机翼飞机设计,以进一步提高飞机的燃油效率。在此过程中,他们不可避免地面对这一问题。

  现代飞机设计的性能已经非常卓越,但从提高燃油效率的角度上说,飞机在设计上能否在更大程度上利用空气动力学原理,进一步减少阻力并提高升力呢?南加州大学工程师杰弗里·斯佩丁和南非西北大学的乔希姆·胡伊森过去就认为他们能够在理论上做到这一点,只是缺少实验证据。现在,他们终于找到了证据。

  斯佩丁和胡伊森制造了一架简单的组合式飞机,共有3个结构构成,分别是机翼、机身和机尾。他们重新为飞机设计了一个鸟的外形,但同时又与任何类似鸟的东西无关。在21日于加州长滩举行的美国物理学会流体动力学分会议上,他们公布了有关这3个设计的实验数据。

  他们首先从其中一个结构开始,也就是机翼,整架飞机就是一个大机翼。随后,他们又添加一个在设计上可将阻力降至最低的机身以及最为重要的小机尾,后者能够利用机身产生的气动扰动。斯佩丁和胡伊森对气流和不同相对角度下的机翼、机身和机尾进行了分析,以寻找提高升力(可搭载更多货物)和减小阻力(提高燃油效率)的方式。他们认为,在任何给定条件下,最理想的飞机就是那些所产生阻力最小的飞机。

  飞行翼本身提供了一条完美的基线,但有些不切实际,因为这种外形很难搭载人员或者货物。机身的存在则降低了升力并提高阻力。但如果能够采用合适的机尾,便可恢复升力并减少阻力,有时甚至可以达到近乎只有机翼的水平。

  几年前,一架采用简单尾部设计的滑翔机成功进行了试飞,但体型更大的商用测试原型并没有进行测试。斯佩丁承认飞机的设计应该是很多工程学、经济和心理限制的一种妥协,但他同时也相信未来可以采取很多方式提高飞机能效。斯佩丁说:“最重要的一点是,我们采用非理想的飞机设计可能浪费大量燃料。至少,我们能够证明存在一种可选性设计,在更大程度上利用空气动力学原理。人们可能认为从现在开始进一步探索这种设计或者其他设计已经势在必行,它们能够让全球能源消费现状发生重大改变。”

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