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　　現(xiàn)實(shí)的選擇

　　盡管存在諸多限制，美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)和英國(guó)帝國(guó)理工學(xué)院的兩個(gè)科研小組仍然推出了既能滿足業(yè)界實(shí)際需求、又能將燃料消耗減少一半的飛機(jī)設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)方案在很大程度上依賴現(xiàn)有技術(shù)。

　　麻省理工學(xué)院的馬克-德萊拉正在該學(xué)院的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)D系列的飛機(jī)，如果一架波音737-800飛機(jī)能變形為D系列中的一種，那么，在同樣尺寸、航線和載客量下，D8.1版飛機(jī)(也采用金屬鋁制成)的能耗將減少49%；D8.5(與D8.1外形類(lèi)似，但采用2035年才可能被廣泛使用的復(fù)合材料制成)的能耗將減少71%。

　　德萊拉的D系列飛機(jī)與現(xiàn)有飛機(jī)大不相同，它不采用單個(gè)圓柱形的機(jī)身，而是將兩個(gè)圓柱體的部分結(jié)合在一起作為機(jī)身，以提供額外的升力；它的機(jī)頭向上傾斜，這也會(huì)進(jìn)一步提供升力。基于這兩個(gè)設(shè)計(jì)，這種飛機(jī)機(jī)翼的厚度將有所減少，從而可以減輕飛機(jī)的重量。

　　3個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在飛機(jī)的機(jī)尾，與機(jī)身齊平。德萊拉說(shuō)，這樣的設(shè)計(jì)有很多優(yōu)勢(shì)，最主要的是使機(jī)尾變小。傳統(tǒng)飛機(jī)擁有高的、垂直的機(jī)尾，主要用于補(bǔ)償當(dāng)裝在機(jī)翼下的發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)造成的偏航；而D系列飛機(jī)將發(fā)動(dòng)機(jī)裝在機(jī)尾(這種設(shè)計(jì)思路在上世紀(jì)50年代很流行，當(dāng)時(shí)，法國(guó)南方航空公司的卡拉維爾飛機(jī)就采用了這種設(shè)計(jì)思路，但隨后，這種設(shè)計(jì)理念被其他大飛機(jī)摒棄)，這意味著偏航程度更小，因此只需要一個(gè)小垂尾。D系列的雙垂尾總重量比波音737的單垂尾還要輕70%。

　　機(jī)身尾部附面層吹除設(shè)計(jì)能使進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的氣流更加平滑。摩擦阻力能降低靠近機(jī)身的氣流的速度，發(fā)動(dòng)機(jī)吸入低速氣流時(shí)，能更好地利用燃料來(lái)產(chǎn)生同樣的推力。然而，附面層吹除設(shè)計(jì)也會(huì)造成進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的氣流紊亂�？諝怆x機(jī)身越遠(yuǎn)，其移動(dòng)速度越快，可能給發(fā)動(dòng)機(jī)零件造成不必要的壓力。

　　飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)制造商普拉特惠特尼公司也參與了麻省理工學(xué)院的這個(gè)項(xiàng)目，他們嘗試著通過(guò)重新設(shè)計(jì)和加固噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中的部件來(lái)克服空氣給發(fā)動(dòng)機(jī)零件造成壓力這個(gè)問(wèn)題。解決辦法之一是降低飛行速度，結(jié)果，D8.1版飛機(jī)可以以0.72馬赫(音速的0.7倍)的速度飛行；D8.5的速度為0.74馬赫。德萊拉表示，盡管上述兩個(gè)D系列飛機(jī)的速度都不及波音737-800的速度(0.79馬赫)，但是，D系列的寬機(jī)身可以彌補(bǔ)這一缺陷。與圓柱形機(jī)身的737相比，D系列機(jī)身多了一個(gè)額外的過(guò)道，這將大大提高人們上下飛機(jī)的速度，因此，在短途不換乘航行中，其航行速度還是會(huì)快過(guò)737。

無(wú)尾翼飛機(jī)

　　無(wú)尾翼設(shè)計(jì)

　　英國(guó)帝國(guó)理工學(xué)院的瓦拉瓦斯-瑟費(fèi)德斯也提出了一些設(shè)計(jì)方案，其核心是通過(guò)減輕飛機(jī)的重量來(lái)減少所需推力，從而節(jié)約燃料。其中的一個(gè)設(shè)計(jì)方案有一對(duì)安裝在尾部、但在機(jī)翼上方的噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)。這種飛機(jī)根本沒(méi)有尾翼。

　　瑟費(fèi)德斯解釋道，過(guò)去，飛機(jī)沒(méi)有尾翼很難飛行，但現(xiàn)在，情況發(fā)生了變化。機(jī)械飛行控制系統(tǒng)已經(jīng)被主動(dòng)式電腦控制飛行系統(tǒng)所取代，這種系統(tǒng)使用計(jì)算機(jī)來(lái)響應(yīng)飛行員的操作指令，使飛行員的操作更安全更高效。因此，取消水平尾翼和垂直尾翼并非一個(gè)激進(jìn)的想法。采用了計(jì)算機(jī)的飛機(jī)控制系統(tǒng)能將所需要的信號(hào)組合在一起，使機(jī)翼的副翼、襟翼和其他控制面協(xié)同運(yùn)動(dòng)，起到水平尾翼和垂直尾翼的作用。

　　瑟費(fèi)德斯在模擬器上測(cè)試了其設(shè)計(jì)方案并進(jìn)行了模擬飛行，結(jié)果良好。

　　同時(shí)，改善機(jī)翼上方的氣流也至關(guān)重要。由于紊流會(huì)產(chǎn)生阻力，因此，層流(很平滑的氣流)比紊流更利于飛行。完全符合空氣動(dòng)力學(xué)的機(jī)翼，從其前緣直到后緣只有層流。但大多機(jī)翼并不那么完美，在某個(gè)階段，空氣會(huì)從平流變換到紊流。因此，大約需要燃燒一半燃料來(lái)克服紊流邊界層產(chǎn)生的阻力，以便讓飛機(jī)保持水平航行。

　　理解層流變?yōu)槲闪鞯脑�因需要高超的�?shù)學(xué)水平和強(qiáng)大的計(jì)算能力。但如果瑟費(fèi)德斯和同事菲利普-霍爾以及他的團(tuán)隊(duì)能理解層流變紊流的細(xì)節(jié)，他們就能設(shè)計(jì)出形狀從頭到尾維持層流的機(jī)翼，以減少燃料消耗。

　　帝國(guó)理工學(xué)院的另一位工程師多米尼克-特瑞茲則認(rèn)為應(yīng)該更進(jìn)一步。他夢(mèng)想著設(shè)計(jì)出一種自主性更強(qiáng)的機(jī)翼，而不單單是重新設(shè)計(jì)機(jī)翼形狀。他的想法也許可以通過(guò)改變機(jī)翼表面的形狀，或使用能適當(dāng)開(kāi)啟和關(guān)閉保持層流的孔、縫系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。另外，在某些情形下(例如減速時(shí))，飛行員反而可能希望產(chǎn)生紊流。自主性更強(qiáng)的機(jī)翼設(shè)計(jì)也使飛機(jī)能取消襟翼，進(jìn)一步減輕重量。

　　航空業(yè)希望減少和控制制造飛機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)，因此，引入這些變化將是個(gè)艱難的過(guò)程，但其在效率方面的收益卻值得去冒險(xiǎn)。飛翼式飛機(jī)可能不會(huì)實(shí)現(xiàn)，但沒(méi)有尾翼、襟翼和發(fā)動(dòng)機(jī)吊艙的飛機(jī)可能很快會(huì)出現(xiàn)在你家附近的機(jī)場(chǎng)。(文/劉霞)

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