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這架銷量第一的噴氣機竟是本田生產的!那飛行汽車離我們還遠嗎?

作為車迷,我們都知道本田這家公司玩發動機、玩汽車、玩摩托車是出了名的鑽精,但鮮為人知的是,這家公司設計生產的噴氣式飛機「Honda Jet」,也不是飛行家眼裡的「軟蛋」——根據「通用航空製造商協會」發布的最新數據,2017年上半年,「Honda Jet」在同類小型噴氣機中交付量居全球首位。

那麼,這個由本田美國航空業務子公司生產的小型商務噴氣機,到底有什麼能耐,幫本田把知名度又打進航空圈了呢?或許……這只是因為一幫瘋狂的工程師,從技術和設計層面打通了噴氣機與汽車的任督二脈?

Honda Jet

理清來龍去脈之前,我們先凝視上面這架「Honda Jet」15秒,因為我們接下來的故事,很多都需要從這個飛機的設計講起……

首先,我們能看到,這架飛機的發動機設計位置是比較特殊的,一對兒發動機分別置於機身兩側主機翼之上,這就帶來了第一個設計優勢,那就是讓發動機進氣口遠離地面,吸入異物的可能性更小;類似設計,在很多越野車改裝的高位進氣系統也有體現,都是以凈化發動機進氣環境為目的,從而降低發動機的邊際維護成本。

一些越野車在A柱側面設計的高位進氣系統

其次,這個設計帶來的第二個好處就是讓機翼與機身的固定位置盡量靠下、靠下、再靠下……直至機翼的下緣和飛機機身的下緣融為一體,這叫做「翼身融合」,這麼做的最大好處就是讓飛機的機身也成為產生升力的一部分(如下圖)。

可以看到「Honda Jet」的機身下腹造型非常扁平

在汽車上,類似的設計也很常見,譬如很多超級跑車的尾翼,都採取了與車身融合在一起的設計:車輛低速行駛時,尾翼藏在車身內降低風阻係數,優化車尾氣流;當車輛速度達到規定值之後,尾翼就從車身內探出頭,給車輛提供額外的下壓力。

事實上飛機的機翼如何與機身連接在一起是很有講究的,我們不能簡單把這個設計需求理解為「在一根火腿腸上橫插進一把直尺」,機翼和機身融合不好,不但固定複雜,空氣阻力大,而且還無法容納起落架(很多老式飛機的起落架最後不得已都塞到了發動機的後面),但隨著「翼身融合」的逐步實現,上述問題便都得到了解決。

第三,和「Honda Jet」相比,同級別或高級別的商務噴氣機都喜歡把發動機安放在機尾兩側,這就好比是汽車上的「發動機後置」,而「Honda Jet」的設計卻等於發動機中置——讓整架飛機的重量布局更加平均,這可以大大提高飛機的「靜態穩定性」

我們用兩個比方來說明「Honda Jet」在這方面的優勢:譬如我們都知道發動機後置後驅的保時捷911是一代非常經典的運動跑車,但我們也知道相對於發動機前中置設計(發動機重心位於前軸後)的本田S2000來說,後者駕駛起來更容易(更加穩定);

同樣,我們能看到很多走鋼絲運動員手裡都握著一根平衡木,這根平衡木的作用就是把重量從重心附近給分離出去,從而增強運動員的整體穩定性。如果去掉這根平衡木,那麼運動員的身體重量會聚集在身體重心附近,力矩變短控制平衡更難,人就很容易從鋼絲繩上掉下去(瞬間丟粉)。

第四,相比於發動機固定在機尾兩側,「Honda Jet」把發動機直接裝在機翼上,可以讓燃油直接從機翼油箱流入發動機的通道更短更順暢,這個設計投射在汽車上,帶來的優點也是顯而易見的。

第五,這也是最重要、最需要專業知識的一點,就是「Honda Jet」的發動機設計,充分融合了車用渦輪增壓器和傳統軸流式渦輪風扇噴氣發動機的設計優勢,使性能和體積取得了一個較好的平衡,如果你想挑戰一下自己的專業技能,可以繼續往下看。

法國達索公司生產的獵鷹2000商務飛機,比「Honda Jet」大,但是比787小多了

我們順次對比下面這三款發動機:第一款發動機是裝在波音787上的羅羅Trent 1000發動機,第二款是獵鷹2000商務飛機使用的霍尼韋爾TFE731發動機,第三款發動機是Honda Jet上使用的HF-120發動機(該發動機其實是本田和通用電氣GE合作開發)。

Trent 1000

從上圖可見,推力最強的Trent 1000發動機,在軸流式結構中,使用了非常多級的壓氣機和渦輪葉片來產生強大的推力,這使其尺寸也大的驚人;而在下圖中,相對工作負荷不大,且對體積有要求的TFE731發動機,大大減少了壓氣機和渦輪葉片的數量,同時在最後一層壓氣機結構上,採用了一個高壓壓氣機設計(外形類似於汽車渦輪增壓器)用來提高「臨終」增壓率。

TFE731

在對推力要求不高但對體積尺寸要求最高的HF-120發動機上(下圖),其僅僅使用了兩個低壓壓氣機(Low Pressure Compressor)和一個鈦制的、完全形似車用渦輪增壓葉片的高壓壓氣機(High Pressure Compressor),來產生高達24倍的增壓比。

HF-120

與此同時,HF-120進一步利用高壓壓氣機帶來的氣體變向特點, 把燃燒室反置(火焰向前),讓高溫燃氣提前預熱即將進入燃燒室的氣體,同時利用進氣冷卻自身組件,使HF-120不但縮短了發動機的縱向長度,降低了重量和氮氧化物的排放,還提高了燃燒效率和工作穩定性……

總之,在以上諸多可以在汽車上找到蛛絲馬跡的優秀設計背後,Honda Jet成為這個細分領域飛行器中的一個「小奇葩」(旅客可載4-6人),也就有了前文所述的「銷量第一」的成績。

上面說了這麼多「Honda Jet」和「Honda Car」之間的技術共通性,那麼我們離量產化的「飛行汽車」是不是越來越近了呢?

首先,車雲菌沒有針對此事詢問過本田方面的意見,因為我覺得「飛行汽車」這個提法本身就欠妥;其次,以本田設計的「Honda Jet」來看,其是一款徹頭徹尾的飛行器,與地面行駛的交通工具並無任何交集。所以車雲菌認為:「飛行汽車」的現實意義只能停留於科幻層面,至於那些生生把一副翅膀跟四個輪子「汽車」結合在一起的設計,實在是腦洞大開的行為(不過很難解釋為什麼還有企業願意給這樣不靠譜的點子投資,如果事前問問車雲菌,是不是能省很多錢?

達爾文:「飛行汽車」就是在跟我的理論作對~

因為當初「造物主」捏這個世界的時候,就沒有設計一個能飛能跑的物種角色。

譬如說,我們都知道鴕鳥跑的快,可它不能飛!信天翁的飛行能力屌炸天,可它在地面上走起來慢吞吞的,如果按照達爾文的理論來解釋,假設有一個物種真的曾經既能跑又能飛,那麼在長久的進化過程中,這兩個功能一定有一個會退化,因為這兩個能力出現在同一個物種上,明顯是功能冗餘的設計。因此在重視仿生學的當下,「飛行汽車」的概念本身就是和這個世界的遊戲規則格格不入的。

而且對大多數人來說,握住飛機操縱桿的那一刻,絕對是噩夢的開始。

這個說法可能有些嚇人,但並不誇張,因為相比於考取汽車駕駛執照,考取飛行執照的難度實在太高了,高得以至於在國內玩飛行模擬遊戲的飛行愛好者都是鳳毛麟角。

不誇張的說,一個擬真度較高的飛行模擬軟體,從開始接觸到能夠在軟體中實現安全起降飛機,最少都需要一個月的勤奮練習,這其中還要面臨無數次的摔機和虛擬事故,但由於在現實中你只有一次生命,所以現實中為了熟練操作飛行器且保命,你付出的努力要多得多。

何況我們現在擁有的「引擎」,並沒有強大到能支持我們實現低成本飛天的夢想。

無論是我們現在使用的飛機還是汽車,它們一個共有的特點就是都裝備著一個體積不能被忽略掉的動力系統,由於我們眼下技術水平的限制,我們對於能量的轉化率是非常低的,這就導致我們在設計一個飛行器或者行駛工具的時候,必須留出足夠的動力冗餘,以驅動動力系統本身需要消耗掉的能量。

如果說,未來有朝一日真的會出現「飛行汽車」這個物種,那車雲菌認為我們必須要把「飛行」兩個字先給打引號,因為區別於高空飛行的飛機,具備實際意義的「飛行」汽車必須目的性明確,且具備以下兩個先決條件:

1、在所有地面交通工具都能實現完全自主的自動化駕駛之後,在一個性能更加強大的自動駕駛系統支持下,未來的「飛行」汽車才可以在密密麻麻的交通網中安全穿梭。

2、未來的「飛行」汽車,其「飛行」的範疇可能僅僅是指這種交通工具不會在工作狀態下直接接觸地面,但為了達到這種狀態採用的技術原理卻未必依靠機翼來實現。

譬如說,我們在上海能坐到的磁懸浮列車,一旦縮小化之後,或許就是未來「飛行」汽車的縮影;此外,在一些領域裡使用的「地效飛行器」,或許是另外一種開放式(不需要軌道約束),但只能在特定環境下使用的「飛行汽車」。

前蘇聯小鷹兩棲地效飛行器

至於眼下那些單純把機翼塞進類汽車設計的交通工具,並稱其為「飛行汽車」的設計半成品,我想大家能離它多遠就離多遠好了,且不說這貨不可能媲美一輛正常汽車在路面上的操控性,搞不好飛起來之後能不能在大風天里安全降落都是個問題。


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