你没发现飞机降落时都很奇怪吗?有人用这个物理规律造出了著名“怪物”飞机

大家平时在搭乘飞机的时候,有没有注意到在一个奇怪的现象,那就是飞机在降落前,会在跑道上“耽搁”很长时间,这是为什么呢?

实际上,这是一种著名的物理现象,并且还被用于制造被称为“怪物”的军用飞行器。今天我们就一起来了解一下每位乘客都曾遇到过,但很少有人了解的“地面效应”(ground effect)。

接近地面时,翼尖涡流(图中圈圈)被破坏,因此阻力下降。图片来源:US Naval Institute

此外,飞机在离地面很近的地方飞行时会遇到一个气垫,这个气垫也被称为隐形的“上帝之手”,它为飞机提供了一股强大的升力。这个贴近地面时获得的空气系技能增强也叫冲压效应(ram effect)。

早在 20 世纪 20 年代,飞行员们就已经通过一手的飞行经验了解地面效应了。1934 年,美国国家航空咨询委员会(NACA)的一份技术报告“Technical Memorandum 771”就指出了地面效应对飞机起飞和降落的影响。

一些飞行员甚至故意借用地面效应战术省油低飞。比如,1930 年德国巨型飞艇 Dornier DO-X 在飞跃大西洋时就利用了地面效应。而在二战时,当飞机没油或者引擎故障时,一些飞行员就会在海面低飞,借助地面效应让飞机飞得持久一些。

德国巨型飞艇 Dornier DO-X。图片来源:wikipedia

这样加血加魔的诱人物理规律军方自然不愿意放过。20 世纪 60 年代,前苏联和德国都在积极研发利用地面效应的飞行器 —— 地效飞行器。

1967 年,当前苏联研发的地效飞行器 Ekranoplan 的原型机出现在里海时,美国的情报部门大受震撼。

当美国中央情报局(CIA)的分析师看到 Ekranoplan 的卫星照片时,搞不清楚它到底是船还是飞机,因为它的吨位和船一样大,超过当时已知的任何飞机,但机翼又很小,而且还能高速飞行(最高速度为 560–740 千米 / 小时)。因此,他们给这种“元祖”地效飞行器取了个绰号 ——“里海怪物”(the Caspian Sea Monster)。

由前苏联研发制造的伦级地效飞行器 Ekranoplan,编号 MD-160,Ekranoplan 常被称为“里海怪物”。图片来源:wikipedia

里海怪物的优势显而易见,它可以以飞机的速度运行,载重却和轮船一样,因此“里海怪物”地效飞行器也常被称为“航空母舰的杀手锏”和“突击登陆的理想工具”。

一些赛车底部凸起,形成了文丘里管,制造了一个低压区(红色)。图片来源:steemkr

当机翼下部是凸起的形状,飞机就有可能被大地“吸住”。这是因为,这时凸面的机翼和地面之间形成了文丘里管,由于伯努利定律,此时机翼下方会出现一个低压区。

莲花 79 和 80 底部的文丘里管造型。图片来源:formular1

后来莲花 78 的改良升级版 79 在 1978 年拿下了总冠军。其他车队看到后纷纷效仿,F1 赛车一时间演变成了地面效应的装备战。

不过和飞机版的地面效应类似,赛车的地面效应也危机重重。当文丘里管的气密性被破坏,“抓地力”会突然松脱而导致车辆失控。比如在 1982 年的荷兰大奖赛时,名车手瑞内・阿尔努 (René Arnoux) 的赛车失控摔向轮胎墙就是车辆底部的文丘里管失效引发的。

1982 年荷兰大奖赛上瑞内・阿尔努 (René Arnoux) 的车祸。

因此在 1983 年,F1 管理机构(FISA)决定限制地面效应,规定各车队的底盘必须要平,不得再使用“氪金皮肤”来使赛车得到地面效应。

总而言之,这两个“接地气”的地面效应虽然都被高端玩家玩出了花,但是也能要人命呐。

– 那是什么魔法飞机?

– 伏地魔。

本文来自微信公众号:把科学带回家 (ID:steamforkids),作者:七君

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风君子

独自遨游何稽首 揭天掀地慰生平

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