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[发射任务] 修建特殊机场 作为空天飞机发射和回收基地

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发表于 2020-07-09 11:29 | 显示全部楼层 |阅读模式

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1.修建军民两用的“斜坡机场”成为 空天飞机 发射和回收基地,赶超马斯克 的火箭垂直回收。
2.在班公湖修建斜坡机场威慑印军
上世纪70年代我是航模爱好者,在玩小飞机的同时,我观察大飞机起飞后大迎角爬升、降落则大角度俯冲,特别是看到二战螺旋桨飞机影像资料,向上大角度爬升很快就减速,而向下俯冲则被强力加速遭遇音障有的飞机解体。加上骑自行车上坡、下坡对减速、加速的亲身感受,所以率先提出了斜面机场的概念(1.上翘斜甲板,现在的航母滑跃起飞,2.半边长斜坡)得到空军、海军航空兵、民航等部门的好评和质疑。
后来查阅资料看到进行失重训练的飞机先以45度大仰角爬升再以45度角大角度俯冲,相当于沿着虚拟的斜面凌空飞行,如果把这些虚拟斜面移植到合适山坡或建造类似曲面的建筑,就可以变虚为实。 若为了适应不同风向只需再把该曲线旋转360度就形成伞状曲面,就这样让飞机运行在真实的斜面上也就可行啦。
超轻型飞行器利用斜面助跑起飞是常见的,而飞机降落在斜面则极为罕见,但中、外飞机在山坡迫降成功的实例也被我找到了,一是原北京军区空军参谋韩明阳回忆:“46年在东北航校,因空中停车,在牡丹江一小馒头山坡迫降成功原本要滑行500多米,却只滑了20多米就停在坡顶,未冲下悬崖,人机都安全无恙,飞机还是请当地老乡抬下山的”。二是1995年8月21日美国一架飞机载客29人,因机械故障迫降,9人死亡20人幸存, 就是因为现场是一片上坡地,有助于飞机尽快减速停下,才未造成更大伤亡。这就从理论和实践都证明了飞机能在真实的斜面跑道安全起、降。
美国为了降低航天发射费用很早研发制造了航天飞机,也运行了几十年,由于起飞时要庞大的垂直火箭助推,成本降不下来、后来发生事故后被搁置。马斯克搞成功了第一级火箭回收,成本降低显著,所以夸口一箭多星的尽快发射几万卫星链,抢占6G通讯轨道空间资源。
我们要搞自己的卫星链只有用更节省更快速的方法才能赶超马斯克。如果把航天飞机做成由大飞机搭载的空天飞机,那么水平起飞、水平降落就能达成目标。可是高空高速飞机和空天飞机都是飞行在高速、超高速范围的,低速性能都不佳,需要很长很长的跑道,还要配减速伞、刹车装置,这么一来装备的空间、重量、复杂性、可靠性都成问题,根本无法降低成本。
如果把斜坡机场对万有引力的巧妙利用,拿来发射和回收高速、超高速飞机,就能极大缩短机场跑道,高速、超高速飞机无需配减速伞、刹车,没有了刹车就不会加大昂贵的航空轮胎磨损,不仅安全还非常省钱。
每次发射可用高空高速大飞机驮载空天飞机,从机场坡顶向下俯冲,有斜坡的帮助两架满载的飞机叠加重量不是负担,被万有引力分力均匀作用在机身,相当于柔性“弹射”(势能转为动能)很快起飞爬升,高速飞机上的涡轮、冲压组合发动机能在高空加速到5--7马赫,超过3万米以上高空即可释放驮载的空天飞机,相当于空天飞机在高空被高速发射(前些年英国维珍银河太空船就已经做到了),依靠这个速度惯性再开动火箭发动机,只需很少高能燃料即可进入预定轨道,释放更多卫星形成卫星链。
把航母着舰和计算机辅组降落系统搬来斜坡机场,大飞机返航可按特殊灯光指引并听从辅组降落指令操作,先着陆到过渡平跑道,而后冲斜坡到顶停下把巨大动能转换为势能储存起来。大飞机使用的是常规航空燃料。空天飞机返航接近地面时与大飞机几乎相同操作,不仅非常节能而且全部完整的回收,马斯克只能回收一级火箭,其他零部件等只能留在太空了,另外要垂直回收一级火箭必须留有部分燃料,这个重量占用了有效发射重量。所以能高空高速发射,又能完整回收大飞机和空天飞机是目前最廉价的空天运输。

2. 鉴于印度军方将在中印边界一侧扩建多个军用机场和配套设施,离中方边境仅23公里的“尼欧马”简易机场也将因此得到扩建,成为能起降大型运输机的空军基地,印军现在的前沿部署对我不利,我军前沿机场偏少。
那我军也要在西藏西部班公湖旁的山坡上修建《跑道/机库一体式蘑菇伞状堡垒机场》,才能有效对抗印军在附近的重兵集结。
高原空气稀薄,对飞机起降不利,如果在海拔4千多米高地修平面跑道需要5000多米的长度及更加宽阔的空间,那在班公湖地区不容易找到这样的地址,这么大面积的机场容易遭受破坏 战时生存能力堪忧。如果利用当地的合适山坡来修建机场选址就比较容易了,面积大大缩小,飞机隐蔽在山坡洞库机库内被超厚岩石层包裹防御超强。有了这样的堡垒机场,不怕印军先发制人的偷袭。大型察打一体的无人机、有人机可就近在湖区巡航,一有事情运输机可搭载重型坦克等装备直达前沿,我军就能快速反应威慑印军。平时民航客机可直达班公湖景点增加人气,无需其他机场再几百、上千公里的车辆长时间转接造成的吸氧医护保障困难,有利于大批国人直达班公湖景点,亲身感受祖国大好河山和边防严峻态势、扩大爱国主义、国防教育,培养热爱国防事业的年轻人、接班人。
      
随着两个大国之间的角力——大国竞争时,航天永远是非常重要的一环,所以下一步业界判断,“星链(Starlink)”的竞争也会同样被摆上议程。
用最简单的话来介绍星链(或者说“天基互联网”)——在太空地球低轨上,通过一个由大量卫星相互连接而组成的星座,来为全球提供5G级别的高速互联网服务。
为什么星链在2020年特别重要?因为它不仅仅是构想,而是美国今年就要实现了。
覆盖全球的低轨卫星群构想
      伊隆•马斯克(Elon Musk)的SpaceX,是全球最大的民营火箭发射和卫星公司,它将在今年密集发射星链(Starlink)卫星,并开始为北美地区提供互联网骨干网服务,如果星链计划成功,这将给全球互联网带来一个很大的变化。
     SpaceX计划向地球低轨发射4.2万颗卫星(1.2万颗已获批准,3万颗已提交申请),其中前800颗将满足美国、加拿大等国家的天基互联网需求,这将在今年实现。
SpaceX星链计划的迅速进展给中国带来了空前压力。因为地球低轨的轨道、频率资源是有限的,国际卫星界遵循“先占先得”的理念,但因为星链计划卫星数量庞大,跟以前的地球静止轨道卫星概念不同,星链对于低轨的占据几乎是“先占永得”。

      中国星链必须加速建设才能赶上SpaceX的步伐。参考美国的发展经验,民营公司在商业航天中扮演了重要角色,SpaceX的星链计划之所以能够实现,在于它打破了垄断,接受了大量美国宇航局(NASA)和美国军方的订单,并且研发出低成本的可回收火箭,大大降低了发射成本。
       为什么说中国尽早发射星链卫星迫在眉睫?2019年5月24日,SpaceX成功发射了“一箭60星”,即一枚火箭一次搭载60颗卫星上天,这是很多人没有预料到的。因为按照传统工程经验,要想运载60颗卫星,火箭内部用来固定卫星的柱子就需要5吨重,所以很多人预测一次性最多发射25星。
但没想到SpaceX利用堆叠的方式实现了“一箭60星”,这意味着SpaceX部署卫星的进程将大大超出预期。
为什么SpaceX发展太快我们会着急呢?因为相比于原来的地球静止轨道,星链所在的近地轨道,轨道资源更加“紧张”。
但低轨卫星的不同点在于,它是成千上万颗小卫星组成的网络,不会一次性寿命终止。当一小部分卫星损坏或寿命结束,会发射新卫星补网,而不是把整个轨道资源让出来。这就是“先占永得”,后发国家将十分被动。

     斜面机场是一种能显著减少占地面积、环保节能、并具有重大战略军事意义和巨大经济效益的新型机场;它还是高速、超高速、特别是空天飞机的理想的“发射+回收塔”。自上世纪七十年代末由我这个中国人首先提出的方案。
可是这一科学且创新的绝佳方案,由于种种原由,未得到应有的重视!航空刊物也不愿刊登,因为当时国内外尚无此类报道。……后来还是主持军委工作的小平同志让办公室首先批转给海军等部门,才得以在国内知晓,并于1982年由《科学实验》杂志率先发表了斜面机场一文, 随即引起了我国空军、海军、民航领导层的广泛关注,并层层批示当年军内外专家们认真研究。……多年以后德国、美国相继提出类似的方案后,《现代化》杂志又重新刊载 “斜面机场”全文,<<科技与创新>>杂志2003年3期也全文刊载。尽管如此, 情况仍不容乐观, “斜面机场”运作方案还停留在理论研究阶段。
我了解飞机的发明历程, 飞机的梦想在当时也是遭到知名专家的否定的,因为根据当时的“科学计算”,重于空气的飞行器是不能上天的!如果没有莱特兄弟等一批富于冒险精神的勇敢者,飞机上天还要等很久很久; 如果没有美国人在船上的大胆尝试, 就不会有航空母舰, 也就不会有如今貌似强大的美国海军。虽说我有充分的思想准备, 可也没想到会等待这么长久, 时间跨度了世纪, 我呢也从一个满腔报国从军的中学生,变成了中年人。……
在这漫长的期盼、等待中,我一直在思考着斜面机场的各种问题;电视播放体育节目时,我非常注意观看高山跳台滑雪、伞翼滑翔等运动, 我想,没有翅膀的人尚且能利用两个特殊的斜面来实现腾空飞跃和安全落地,有翅膀的飞机为何不能?!运动员用双脚或自行车带着伞翼从陡坡往下冲就能起飞滑翔, 这不就可以视为超轻型飞机在斜面机场短距离起飞的实例吗? 大型飞机起飞后随即大仰角爬升, 降落时则要大角度俯冲下来, 这就可视同为飞机是在一个虚拟的斜面上滑行, 那么让飞机在真实地斜面的支撑下滑行起降岂不是更加安全可靠?
我在查阅大量国内外资料时,还真的找到了强有力的证明实例;早在1946年东北航校的韩明阳(后来好像担任过北京军区空军司令)驾驶教练机, 因空中停车,在东北牡丹江一小山坡迫降成功, 原本要滑行500多米,却只滑了20多米就停在坡顶, 结果未冲下悬崖,人机都安全无恙,飞机还是请当地老百姓抬下山的。1995年8月21日美国一架飞机载客29人, 因机械故障迫降,9人死亡20人幸存, 就是因为现场是一片上坡地,有助于飞机尽快减速停下, 才未造成更大伤亡。综上所述, 我认为斜面机场方案在理论和实际中都是完全可行的!尽快试验并修建斜面机场是安全可靠、并符合经济规律和国家战略利益的。说实在的,飞机在斜面机场上起降要比在航空母舰上容易得多, 有些轻型航母为帮助飞机起飞也采用了另一种特殊的斜甲板, 或许是人们习惯了现有起降方式, 又祈求绝对的安全, 在这巨大惯性思维的作用下, 难以接受其他创新的方式。当然航母是例外,那是为了战争胜利而不得已采用的手段。
新方法新技术应用于航空,人们总是格外关心安全问题, 为消除人们的恐惧心理, 还需要针对斜面机场做许多试验, 以强有力的数据和科学事实来让大家信服。初步研究表明,跑道坡度与长度之间的关系近似于反比的线性关系, 其值为坡度每增减1%, 长度将“减”增7—10%, 方案中的坡度约为10%, 这能缩短一大半长度, 且这个坡度适中,与城市立交桥的坡度相当, 飞机在上面不会侧翻;试验可选用无人机在山区不同坡度的公路来做, 取得数据后输入计算机, 在相应的软件帮助
下进行模拟仿真获取更多参数, 指导载人飞机的试验。必要时我和我的兄弟将仿效莱特兄弟, 自造飞机在斜面机场上做首次飞行。
斜面机场可先在山区修建, 例如:攀枝花地形极为复杂,虽然早就想建机场,却被浩大的投资所困, 最近咬牙建了机场可何时能收回投资呢? 据<<南华早报>>报道,前不久广西私企老板想自筹资金在家乡修建飞机场, 可广西的地形也是非常复杂的, 要想得到一块符合要求的平地是很不容易的。以后在类似地区修建斜面机场将会大大节省国土资源和工程造价。我国许多旅游胜地都在山区、海岛。如果在这些地域因地制宜修建“斜面机场”,则可乘飞机一步到达,不必再经车船、飞机多次接驳, 不仅给游客带来了极大的方便, 利于挖掘开拓新的边远疆域探险旅游资源,同时也提升了旅游点的品位,带动了周边经济发展,更好地巩固了老少边海地区的国防建设。又如:南沙群岛自古以来就是我国的固有领土, 因其海域蕴藏丰富的油气资源, 引得周边地区的觊觎和蚕食, 但它主要是远离祖国大陆, 我岸基飞机难以在南中国海长时留空, 不能形成有效地空中威慑。如果选择南沙中沙或西沙的小岛屿(原来建不了机场现在以旅游为由)修建斜面机场, 则可视其为我军永久停泊在南中国海的不沉的超大型“航空母舰”!它不仅适合海航飞机,也适合俄制重型空军飞机起降。这使得我军空中力量在南中国海形成强大的威慑, 配合我海军舰艇有效抗衡他国的航母作战群, 吓阻周边地区对我南沙的进一步蚕食, 为今后收复被占领土埋下了“特洛伊木马”奇兵。“斜面机场”对飞机起飞的弹射力是利用万有引力作用于飞机全身, 既强而有力又非常均匀, 无需对飞机作任何加固和加强, 我现有的海空军飞机都能利用斜面机场弹射起飞挂载更多燃料和武器, 如能在曾母暗沙修建斜面机场, 则我军飞机可在马六甲海峡巡航并到达印度洋, 给中国油轮和商船提供强大的保护伞。能源是现代社会的血液, 对一支现代化军队来说怎么强调都不过分, 而如今的南洋暗流汹涌,极大地威胁着我能源基地和能源供应线, 面对如此局面我装备精良的“南洋水师”必然要作出强有力的反应。我军的苏—27, 苏—30飞机在斜面机场的 “弹射”下起飞,能大幅度提升其作战能力, 对这样的飞跃就连“老大哥”和“山姆大叔”都会十分吃惊。而这也正是我们在现代巧妙运用中国古代卓越军事思想的典范——出其不意攻其不备, 扬我之长克敌之短, 用“田忌賽马”的博弈方式, 以我独特先进的一流岸基飞机去对付敌方二三流的海军舰载飞机。这在中国暂无大型作战航母和弹射器的状况下,确是对付和替代航母的一个独门暗器, 对关心国防建设的我国广大军民是巨大的鼓舞,对那些小瞧我海空军的人是一个巨大的心理震撼, 他们会在心里不断嘀咕中国军队发明了什么新式武器? 竟使他们飞机的作战半径和火力在一夜之间变得如此之大?
我国人均土地占有量极少,可供修机场的平地更少, 这给中小城市支线机场和私人飞机的发展带来极大制约, 如果修建类似蘑菇伞状的“高塔台+放射状斜坡跑道”建筑群, 伞面做机场,伞下做候机楼、飞机修理厂等用途, 占地极少、一举多得, 伞状斜面机场可供四面八方起降, 无论风向如何变化莫测都能满足起降要求。类似苏州这样经济发达的中小城市建机场将非常方便。
我国是公认的“火箭之乡”,这是我们的祖先,如”万 户”等人,以大无畏的勇气和生命为代价得来的崇高声誉, 我们作为21世纪的中国人,理应将祖先航空航天的声誉发扬光大, 乘着载人航天成功的东风, 中国完全可以用较小的费用建成现代化的斜面机场。而这也能促进航空航天国防事业及旅游运输等业的发展。一次性飞船对于需要多次往返的空间运输是很不经济的,只有水平起飞的空天飞机才行。据报道,印度的空天飞机方案是,飞机水平起飞后在大气层高速巡航吸取空气制备液氧几十吨, 然后用液氧飞出大气层, 实现地—空—天飞行和往返。我们认为这个方案很有创意值得借鉴。高速飞机、空天飞机的起降较困难, 降落时还要施放减速伞并刹车(我国一架民航机因刹车爆胎,万幸的是两边轮胎同时爆破才使飞机又平衡了。台空军一架F-16降落刹车不当致鼻轮爆胎)这套减速装置重近百公斤, 既增加重量又降低了飞船系统的可靠性(最近美国的太阳风观测器返回时,就是减速伞未打开导致回收失败) 以每公斤一万美元的发射费用来算, 则每次发射都有数百万美元作了无用功。如果用斜面机场来发射和回收空天飞机则可省去这套繁杂又笨重的减速装置既安全又经济。
综上所述, 为了有效开发和利用资源经济、捍卫我国领土领海的完整直至国家永久战略利益、为了“火箭之乡”的荣誉、为壮我“军威国威”, 我国应当加快“斜面机场”的研制步伐, 决不能让“洋人”抢了先啊!(美国航空狂热者已建成验证机场试验抢先了)我们斗胆直谏,这个系统工程可由总装备部、科技部来牵头,空军、海军、民航和航空航天大学等单位共同合作, 尽快建成全球第一个现代化的“斜面机场”,为军队和国家增光。在飞机发明的前一个百年,我国努力追赶取得了很大成绩, 在下一个百年,我们中国一定要成为航空航天的大国和强国!
贡茅、贡翔 敬书

      下文附件:原载<<现代化>>1994年11期   斜  面  机  场
编者按: 本刊1993年第5期曾刊登了一篇译文,题为“未来的机场”,相信大家看后定会大为赞叹,因为这个设计方案来自科技大国---美国。现在我们刊载一篇国内十几年前发表过的短文“斜面机场”,就是要让大家了解这种新奇的设想最早出自中国!只是设想提出来后,在当时并未得到专家们的一致认可。
正文:随着飞机飞行速度的不断提高,机场跑道越来越长,面积越来越大。这么大面积的机场不仅选址困难,造价高昂,而且要占用大量优质农田,特别是在战时,大面积的机场非常容易遭到敌方的轰炸破坏。因此在大力研制短距离起落、垂直起落和水上起落的新型飞机的同时,也应该研究对机场的改进。
斜面机场就是一种利用斜面的性质、原理来缩短飞机起降距离的新型机场。它可修建在有一点坡度的地面上,也可修建在合适的山坡上。飞机起飞从斜坡高处向低处滑行,飞机受到的加速度有发动机的,还有因本身重力引起的。因此飞机加速度增大,可缩短起飞时间和距离;降落时相反,飞机从坡底向坡顶滑行,受到重力引起的反向加速,所以也可缩短降落时间和距离。
斜面坡度大,效果就好,但坡度也不能太大,要根据安全性及地勤工作等各方面的具体情况来决定适当的坡度。由于斜面减速性能好,飞机降落时可少用或不用刹车,以减少轮胎的磨损。
飞机在斜面机场上降落可将巨大的动能转变为势能储藏起来,起飞时再将势能变为动能;因此,斜面机场还有节能的作用。
将斜面机场建在丘陵地区或山区,能改善山区航运,在高原上则能帮助飞机起飞,并且能减少飞机的噪声对人口稠密的平原地区的危害,提高机场在战时的生存能力。
在一些原来不能修建平面机场的小海岛(甚至涨潮隐身、退潮显露的岛礁)上修建斜面机场,则可迅速地把敌机拦截在公海上,尽量不使其深入内陆。当然,斜面机场的使用会给地勤工作等带来许多困难和问题,但是它的优点是主要的,好处是很多的,确实是一种极有发展前途的新型机场。
<原载<<科学实验>>1982年2期>

         题目:斜面机场的可行性分析与飞行模拟
(北京航空航天大学航空基金申请上交学院材料。龚光红)
一:科学意义
斜面机场是指具有一定倾斜坡度的机场,它是一种利用斜面的性质、原理来缩短飞机起降距离的新型机场。它可修建在有一点坡度的地面上,飞机起飞从斜坡高处向低处滑行,飞机受到的加速度有发动机推力产生的,还有因本身重力引起的。因此飞机加速度增大,可缩短起飞时间和距离;降落时相反,飞机从坡底向坡顶滑行,受到重力引起的反向加速,所以也可缩短降落时间和距离。
飞机在斜面机场上降落可将巨大的动能转变为势能储藏起来,起飞时再将势能变为动能;因此,斜面机场还有节能的作用。
将斜面机场建在丘陵地区或山区,能改善山区航运,在高原上则能帮助飞机起飞,并且能减少飞机的噪声对人口稠密的平原地区的危害,提高机场在战时的生存能力。在一些原来不能修建平面机场的小海岛、丘陵地区上修建斜面机场,则可解决这些地区的航运交通问题,而这些地区的军用机场的建立,又可迅速地把敌机拦截在公海上,尽量不使其深入内陆。因此斜面机场对于军于民好处是很多的,确实是一种有发展前途的新型机场。而且由于其所占面积比平面机场少、可以依山势而建,工程量较平面机场投入少,经济效益也相当显著。
我们平时见到的机场基本上都是平面机场,其需要宽敞、平坦的场地,机场场址选择、机场飞行区物理特性(跑道、升降带、跑道端安全区、滑行道和滑行带、停机坪)、机场净空要求、机场目视助航设施、机场空中交通管制设施等都在机场工程建设标准中有明确的规定。平面机场经历了近百年的建设与发展,技术相对成熟、安全可靠,而斜面机场的修建则存在地质勘测、跑道设计、地勤保障、安全性保障,尤其是雾、雪、雨、大风等恶劣气象条件情况下的飞行安全等问题。因此斜面机场的想法很早提出,但基本未能实施,而且也少有理论探讨与可行性分析,更不要说是工程实践了。
系统仿真技术是以相似原理、系统技术、信息技术及其应用领域有关的专业技术为基础,以计算机和各种物理效应设备为工具,利用系统模型对真实的或设想的系统进行动态试验研究的一门多学科的综合性技术,具有有效性、无破坏性、可重复性、经济性、安全性和保密性的优点,不受气象条件和场地空域的限制。仿真技术以其短周期、低损耗、高效率等特点,成为与风洞、试飞手段相并列的三种实验手段,已在新系统概念设计、开发研制、训练等方面发挥了巨大作用。
因此,本课题采用系统仿真技术,对飞机、斜面机场、环境等建立仿真,对飞机在斜面机场的起飞与着陆过程进行模拟,从而对斜面机场的可行性进行理论分析与仿真验证,为其进一步发展提供基础。从斜面机场在军用、民用两个的发展意义来讲,本项目的研究也具有很好的经济效益和军事战略意义。
二:研究背景
<<现代化>>杂志在1993年第5期曾刊登了一篇译文,题为“未来的机场”,提出了斜面机场的构想,此文引起人们的极大兴趣,因为这个设计方案来自科技强国---美国。但是很多人不知道,最初提出这一设想的却是中国人,他就是江西南昌大学的“贡 茅”老师。在20世纪七十年代末,他首先提出这一设想,认为斜面机场是一种能显著减少占地面积、环保节能、并具有重大战略军事意义和巨大经济效益的新型机场,同时它还是高速、超高速飞机、特别是空天飞机的理想的“发射+回收塔”。可是这一具有创新性的设想与初步方案,未得到应有的重视,当时国内外尚无此类报道,航空刊物也未刊登。为此贡茅多次写信进行呼吁,后来当时还是主持军委工作的小平同志让办公室首先批转给海军等部门,此事才得以在国内知晓,并于1982年由《科学实验》杂志率先发表了“斜面机场”一文,引起了我国空军、海军、民航领导层的关注,并层层批示当年军内外专家们认真研究。但是出于种种原由,尤其是安全性方面的考虑,使得这一设想一直未得以发展。<<现代化>>杂志在93年刊登了“未来的机场”一文后,又于1994年11期刊载了贡茅同志11年前的短文“斜面机场”,以让读者了解斜面机场这一新奇的设想最早出自中国。距94年至今,又是11年过去了,虽然贡 茅同志仍在不停地呼吁,但设想还仍然只是设想。
在与贡 茅同志的多次交流过程中,得以被其执著的精神所打动,从而产生了从理论分析、仿真验证角度研究斜面机场可行性问题的想法,以便为斜面机场的理论研究、工程实现作一些基础性的研究工作,这一想法得到了贡 茅同志的支持。
查阅国内的科技文献,有很多文献在研究机场建设综合规划、机场建设工程地质、机场勘测等方面的问题,对机场环境对飞行安全的保障研究也很多,但基本上没有探讨斜面机场的建设与飞行安全等问题。机场工程建设标准中对角度研制的描述主要集中在跑道周围建筑及过渡地带的限制,如图1的障碍物限制,图2的内进近面、内过渡面、复飞面的障碍物限制。少数具有跑道略有倾斜的情况,也都是倾斜角度小于飞机3度下滑角的情况。

图 1 障碍物限制示意图

图2 内进近面、内过渡面、复飞面的障碍物限制面
在国外,虽然少见研究斜面机场的文献,但是却在2004年10月份的互联网上见到了建好的斜面机场,以及飞机在此机场上的起降过程的图片(见图3),但发布此图片的人目前也不知道此机场建于何处,据说图片是由一名叫Roger的航空狂热爱好者提供的。有图片看出,此机场充分利用了山区斜坡地带,机场跑道不长,但能够满足飞机的起降需求。但此份资料没有其他文字及数据说明,更没有分析、评论。
  
  
图3 Roger提供的斜面机场与降落中的飞机图片
对于斜面机场以及斜面机场飞机起降性能分析,国外也少有分析报告。
美国佛罗里达国际大学FIU的航空科学、技术与知识实验室(Aeronautics Learning Laboratory for Science, Technology and Research, ALLSTAR)在为教师提供教程的资料中,有关于飞行性能介绍的高级教程,里面阐述不同条件下操纵飞机的性能分析,其中就包括平面跑道和倾斜跑道的起降分析。资料中以F16飞机为对象,升力系数、阻力系数等采用近似公式进行计算,模拟了给定100节起飞速度下的飞机升力变化、空气阻力变化、地面磨擦力变化等参数情况。在倾斜跑道的起降分析中,跑道仅在-1度至2度范围内微倾,还称不上真正意义上的斜面机场跑道,而且加入的风干扰也仅为常值风,最大风速模拟到20节。文献中也未对倾斜跑道上降落时轮胎压力的情况给出分析,也没有分析机轮不同落地情况对跑道面的影响。
有关飞行安全的大量资料表明,坐飞机,地面比空中更危险,美国联邦航空局1975~1989年的统计表明,地面飞机相撞是空中相撞的3倍。世界航空界最严重的灾难,荷兰航空公司与泛美航空公司的两架B747在大西洋特纳里夫岛机场相撞,死亡583人,也发生在地面。中国1992--1993年共发生7起机毁人亡事故,其中3起发生在地面,2起发生在降落过程中。20世纪全球的十大空难事件中有3起是在地面发生的。
可见,地面飞行过程对于把握整个飞行过程是非常重要的,尤其是斜面机场的情况。在国内开展斜面机场的建设之前,采用先进的系统仿真技术来对斜面机场进行方案设计,对斜面机场上飞机的起降过程进行模拟,对起降过程中的飞行性能、轮胎参数、地面载荷情况等进行分析,无疑是一条相当好的途径,相当于对斜面机场进行虚拟试验。这也是国外对新系统进行研制常采用的方法和手段。
本项目即是采用仿真手段对斜面机场的可行性进行分析并对飞机起降过程进行模拟,从而为斜面机场的进一步工作开展奠定基础。
三:研究内容
由于斜面减速性能好,飞机降落时可少用或不用刹车,以减少轮胎的磨损。斜面坡度大,减速效果就好,但坡度也不能太大,否则对飞行安全威胁较大。因此要根据安全性及机场地勤工作等多方面的具体情况来决定适当的坡度。
本项目重点研究斜面机场的可行性,通过仿真手段确定合适的跑道设计方案(跑道倾斜度、跑道尺寸)。
斜面跑道分成三小段:约100--200米的微斜的(1-3度)过渡跑道;15-20度的200--300米斜坡跑道;坡顶为200米直径的平台。微斜过渡跑道及倾斜跑道与平面停机坪相连。不同倾斜角部分采用圆弧过渡面相衔接。如图5所示。

图5 斜面跑道示意
本课题通过建立相关模型,通过仿真手段,模拟不同倾角、不同跑道长度、不同地面大气(风、雾、雪、雨、能见度)环境状态下起飞与降落过程。
具体研究内容包括
1.        建立典型民机(B737)和典型军机(Su27)的飞机系统模型
模型包括飞机质心模型、飞机飞行方程模块、气动参数模型、发动机模型、操纵系统模型、地面效应模块等。
其中,在地面起飞降落过程中的飞机所受外力主要考虑有:机身与机翼空气阻力、尾翼阻力、机翼升力、尾翼升力、飞机重力、发动机净推力、前轮处载荷反力、主起落架轮部载荷反力、地面摩擦力。飞机所受外力在机体上的分布情况如图6所示。


图6 起降过程中主要考虑的外力及其分布
2.        建立过程仿真、数据分析的桌面式VR系统
功能包括:以游戏杆模拟飞机操纵杆接入计算机,作为VR系统人机交互的输入之一;计算机屏幕上菜单的输入界面,是初始条件设置、仿真项目选择、数据参数选择的输入窗口;仿真运行时,屏幕是舱内视景的表现窗口,可直观表现随眼点变化的机场跑道、机场建筑物,直观体会即时的飞行状态;事后分析阶段,屏幕是参数选择、数据曲线显示、地面载荷分布曲面显示的窗口。
3.        民机起降过程的模拟分析
a)        模拟分析典型民机3组(5度、10度、15度倾斜角)参数的斜面机场上起飞过程;
b)        模拟分析典型民机3组(5度、10度、15度倾斜角)参数的斜面机场上降落过程;
4.        军机起降过程的模拟分析
a)        模拟分析典型军机4组(5度、10度、15度、20度倾斜角)参数的斜面机场上起飞过程;
b)        模拟分析典型军机4组(5度、10度、15度、20度倾斜角)参数的斜面机场上降落过程;
5.        飞机起降过程中的地面承受的载荷情况
过去大多数机场设计时不考虑飞机荷重对机场土基沉降的影响,而机场进行观测的数据表明,大型飞机的降落对土基沉降的影响较大。按土质学、土力学理论进行分析,每个主起落架荷重在土基面产生的压力图呈钟形,可简化为多个同心柱形分布荷载,以B747-400型飞机为例,荷载迭加后的平面分布如图6所示。飞机产生的沉降量较大值范围为0.12~1.6CM,远大于道面板设计时挠度为0.1CM的限度,这会导致安全事故发生。所以需要对斜坡机场飞机起降过程中飞机对地面的载荷情况进行分析,以保证安全性。

图6 波音B747-400飞机荷重在土及面产生压力的分布
6.        在非良好大气状况下、非精准操作情况下的安全性分析
a)        考虑雾、雪、雨、大风、阵风等非良好大气环境状况下的降落情况,分析着陆的安全性;
b)        考虑着陆时,操作动作不够精准,造成下滑面倾角过大、短时间单轮着地等情况,分析着陆过程的安全性问题
四:技术可行性
早在1946年东北航校的韩明阳驾驶教练机, 因空中停车,在东北牡丹江一小山坡迫降成功,原本要滑行500多米,却只滑了20多米就停在坡顶,结果未冲下悬崖,人机都安全无恙。1995年8月21日美国一架飞机载客29人, 因机械故障迫降,9人死亡20人幸存, 就是因为现场是一片上坡地,有助于飞机尽快减速停下,才未造成更大伤亡。因此, 这些强有力的实例说明,斜面机场方案在理论和实际中都是可行的。对其进行进一步的可行性理论分析和仿真试验是有意义的,而且技术上是可行的。
从本项目的技术实现角度,本项目申请人所在的先进仿真技术实验室具有多年从事飞行模拟器研制的经验,民机、军机方面都具有一些高逼真度的飞机模型(包含有飞机动力学模型、气动参数模型、发动机模型、操纵系统模型、导航系统模型、地面效应模块等),在此基础上完全可以建立起适合于研究斜面机场的典型民机、军机飞机系统模型;同时实验室在虚拟现实技术、集成开发与运行环境、综合自然环境方面的研究,能够满足形成地面效应仿真的环境模块以及系统仿真桌面型VR系统。项目组研究人员在这些方面均有多年的研究经验与成果,从以往研究成果和技术基础上,可以保证研究方案的实施。
本项目采用的是仿真手段进行分析研究,具有经济安全的特点,对非安全因素与过程的模拟不会造成任何的经济损失,却可积累经验。
五:创新点
本项目的创新点在于:
1.        斜面机场的可行性问题国内外少有研究,关于这个问题本身就值得探讨,
2.        本课题以仿真技术为手段探讨斜面机场的可行性,并设计几种不同长度、不同倾斜度的跑道,模拟起飞、降落全过程的飞行过程,对过程中的飞行参数以及轮胎、跑道的受力数据等进行分析,目前未有直接的资料体现相关的研究工作;
3.        本课题突出斜面机场环境下的飞行安全问题,特别是考虑大雾、雨雪、大风情况下的飞行安全问题,将复杂的大气、气象等自然环境结合到斜面机场起降仿真中,更符合可能回出现的各种真实情况。恶劣着陆情况下的安全性与参数分析符合民航运输“万无一失”的要求。
4.        本课题模拟手段先进,模型逼真度高。外在表现方面,采用虚拟现实(VR)技术,直观表现飞机飞行状况及环境状况;在内部模型方面,采用环境仿真模型进行环境仿真,采用高逼真度的用于飞行模拟器中的飞机模型进行飞行模拟。

(北京航空航天大学 龚光红与南昌大学贡 茅合作申报国家航空基金上报学院材料)




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CDer:001098130
发表于 2020-07-09 16:27 | 显示全部楼层
你在开玩笑吧
班共湖?海拔高到解放军都要适应的地方
交通 后勤 医疗 配套的体系
老老实实利用现有基地不好吗
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CDer:001110964
发表于 2020-07-09 18:44 超大游击队员 | 显示全部楼层
这玩意纯属骗钱扯淡,直接用火箭发射上天更省事,还费那么多事!
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CDer:000988099
发表于 2020-07-09 18:55 | 显示全部楼层
这都好说,等腾云工程快结束了再弄都来得及
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CDer:001065833
发表于 2020-07-09 19:18 超大游击队员 | 显示全部楼层
那个等边三角形机场可能就是
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CDer:001166136
发表于 2020-07-09 19:31 | 显示全部楼层
修在那么偏的地方维护太麻烦了
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CDer:001163195
发表于 2020-07-13 12:49 | 显示全部楼层
还是先搞个10万方级别的日光蔬菜大棚吧
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头像被屏蔽
发表于 2020-07-16 11:02 超大游击队员 | 显示全部楼层

Re.修建特殊机场 作为空天飞机发射和回收基地

这是什么!??
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CDer:000475743
发表于 2020-07-17 19:00 超大游击队员 | 显示全部楼层
上面批下来了,就听楼主的,但是资金不够,楼主先把家房子卖了支援国家。
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CDer:000637816
发表于 2020-07-17 21:03 超大游击队员 | 显示全部楼层
民航机起降是有跑道坡度限制的
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CDer:000578620
发表于 2020-07-17 21:16 | 显示全部楼层
还不如在青藏高原搞高达那种电磁炮式的发射轨道,直接把无人空天飞机发射上去。
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CDer:001169082
 楼主| 发表于 2020-08-07 10:42 | 显示全部楼层

RE: 修建特殊机场 作为空天飞机发射和回收基地

潜艇紧急上浮 发表于 2020-07-13 12:49
还是先搞个10万方级别的日光蔬菜大棚吧

已经有这样类似的方案了,在道路(公路、铁路、包括青藏)上方搭建 光伏大棚 路光互补,在道路两边的农田搭建光伏大棚 农光互补。棚顶发电 零距离传棚背的接触网裸电缆,电气化列车白天直接用光伏电力开动,晚间用储存的电力。 公路车辆佩戴自动伸缩受电弓 移动、滑动接触电缆,快速行驶中供电充电。 已经申报专利。
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CDer:001169082
 楼主| 发表于 2020-08-07 10:46 | 显示全部楼层

RE: 修建特殊机场 作为空天飞机发射和回收基地

叶小晶008 发表于 2020-07-09 18:44
这玩意纯属骗钱扯淡,直接用火箭发射上天更省事,还费那么多事!

既然直接 火箭发射 省事,那为什么还要讨论 太空电梯 方案?骗了什么钱了?明明是为国家省钱。
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