这架销量第一的喷气机竟是本田生产的!那飞行汽车离我们还远吗?

  • 发表于: 2017/09/12 07:43:00 来源:车云网

这是一株不务正业的车云菌,你跟它聊汽车,它却非要跟你扯飞机……

作为车迷,我们都知道本田这家公司玩发动机、玩汽车、玩摩托车是出了名的钻精,但鲜为人知的是,这家公司设计生产的喷气式飞机“Honda Jet”,也不是飞行家眼里的“软蛋”——根据“通用航空制造商协会”发布的最新数据,2017年上半年,“Honda Jet”在同类小型喷气机中交付量居全球首位。

那么,这个由本田美国航空业务子公司生产的小型商务喷气机,到底有什么能耐,帮本田把知名度又打进航空圈了呢?或许……这只是因为一帮疯狂的工程师,从技术和设计层面打通了喷气机与汽车的任督二脉?

Honda JetHonda Jet

理清来龙去脉之前,我们先凝视上面这架“Honda Jet”15秒,因为我们接下来的故事,很多都需要从这个飞机的设计讲起……

首先,我们能看到,这架飞机的发动机设计位置是比较特殊的,一对儿发动机分别置于机身两侧主机翼之上,这就带来了第一个设计优势,那就是让发动机进气口远离地面,吸入异物的可能性更小;类似设计,在很多越野车改装的高位进气系统也有体现,都是以净化发动机进气环境为目的,从而降低发动机的边际维护成本。

一些越野车在A柱侧面设计的高位进气系统一些越野车在A柱侧面设计的高位进气系统

其次,这个设计带来的第二个好处就是让机翼与机身的固定位置尽量靠下、靠下、再靠下……直至机翼的下缘和飞机机身的下缘融为一体,这叫做“翼身融合”,这么做的最大好处就是让飞机的机身也成为产生升力的一部分(如下图)。

可以看到“Honda Jet”的机身下腹造型非常扁平可以看到“Honda Jet”的机身下腹造型非常扁平

在汽车上,类似的设计也很常见,譬如很多超级跑车的尾翼,都采取了与车身融合在一起的设计:车辆低速行驶时,尾翼藏在车身内降低风阻系数,优化车尾气流;当车辆速度达到规定值之后,尾翼就从车身内探出头,给车辆提供额外的下压力。

事实上飞机的机翼如何与机身连接在一起是很有讲究的,我们不能简单把这个设计需求理解为“在一根火腿肠上横插进一把直尺”,机翼和机身融合不好,不但固定复杂,空气阻力大,而且还无法容纳起落架(很多老式飞机的起落架最后不得已都塞到了发动机的后面),但随着“翼身融合”的逐步实现,上述问题便都得到了解决。

第三,和“Honda Jet”相比,同级别或高级别的商务喷气机都喜欢把发动机安放在机尾两侧,这就好比是汽车上的“发动机后置”,而“Honda Jet”的设计却等于发动机中置——让整架飞机的重量布局更加平均,这可以大大提高飞机的“静态稳定性”

我们用两个比方来说明“Honda Jet”在这方面的优势:譬如我们都知道发动机后置后驱的保时捷911是一代非常经典的运动跑车,但我们也知道相对于发动机前中置设计(发动机重心位于前轴后)的本田S2000来说,后者驾驶起来更容易(更加稳定);

同样,我们能看到很多走钢丝运动员手里都握着一根平衡木,这根平衡木的作用就是把重量从重心附近给分离出去,从而增强运动员的整体稳定性。如果去掉这根平衡木,那么运动员的身体重量会聚集在身体重心附近,力矩变短控制平衡更难,人就很容易从钢丝绳上掉下去(瞬间丢粉)。

第四,相比于发动机固定在机尾两侧,“Honda Jet”把发动机直接装在机翼上,可以让燃油直接从机翼油箱流入发动机的通道更短更顺畅,这个设计投射在汽车上,带来的优点也是显而易见的。

第五,这也是最重要、最需要专业知识的一点,就是“Honda Jet”的发动机设计,充分融合了车用涡轮增压器和传统轴流式涡轮风扇喷气发动机的设计优势,使性能和体积取得了一个较好的平衡,如果你想挑战一下自己的专业技能,可以继续往下看。

法国达索公司生产的猎鹰2000商务飞机,比“Honda Jet”大,但是比787小多了法国达索公司生产的猎鹰2000商务飞机,比“Honda Jet”大,但是比787小多了

我们顺次对比下面这三款发动机:第一款发动机是装在波音787上的罗罗Trent 1000发动机,第二款是猎鹰2000商务飞机使用的霍尼韦尔TFE731发动机,第三款发动机是Honda Jet上使用的HF-120发动机(该发动机其实是本田和通用电气GE合作开发)。

Trent 1000Trent 1000

从上图可见,推力最强的Trent 1000发动机,在轴流式结构中,使用了非常多级的压气机和涡轮叶片来产生强大的推力,这使其尺寸也大的惊人;而在下图中,相对工作负荷不大,且对体积有要求的TFE731发动机,大大减少了压气机和涡轮叶片的数量,同时在最后一层压气机结构上,采用了一个高压压气机设计(外形类似于汽车涡轮增压器)用来提高“临终”增压率。

TFE731TFE731

在对推力要求不高但对体积尺寸要求最高的HF-120发动机上(下图),其仅仅使用了两个低压压气机(Low Pressure Compressor)和一个钛制的、完全形似车用涡轮增压叶片的高压压气机(High Pressure Compressor),来产生高达24倍的增压比。

HF-120HF-120

与此同时,HF-120进一步利用高压压气机带来的气体变向特点, 把燃烧室反置(火焰向前),让高温燃气提前预热即将进入燃烧室的气体,同时利用进气冷却自身组件,使HF-120不但缩短了发动机的纵向长度,降低了重量和氮氧化物的排放,还提高了燃烧效率和工作稳定性……

总之,在以上诸多可以在汽车上找到蛛丝马迹的优秀设计背后,Honda Jet成为这个细分领域飞行器中的一个“小奇葩”(旅客可载4-6人),也就有了前文所述的“销量第一”的成绩。

上面说了这么多“Honda Jet”和“Honda Car”之间的技术共通性,那么我们离量产化的“飞行汽车”是不是越来越近了呢?

首先,车云菌没有针对此事询问过本田方面的意见,因为我觉得“飞行汽车”这个提法本身就欠妥;其次,以本田设计的“Honda Jet”来看,其是一款彻头彻尾的飞行器,与地面行驶的交通工具并无任何交集。所以车云菌认为:“飞行汽车”的现实意义只能停留于科幻层面,至于那些生生把一副翅膀跟四个轮子“汽车”结合在一起的设计,实在是脑洞大开的行为(不过很难解释为什么还有企业愿意给这样不靠谱的点子投资,如果事前问问车云菌,是不是能省很多钱?

达尔文:“飞行汽车”就是在跟我的理论作对~达尔文:“飞行汽车”就是在跟我的理论作对~

因为当初“造物主”捏这个世界的时候,就没有设计一个能飞能跑的物种角色。

譬如说,我们都知道鸵鸟跑的快,可它不能飞!信天翁的飞行能力屌炸天,可它在地面上走起来慢吞吞的,如果按照达尔文的理论来解释,假设有一个物种真的曾经既能跑又能飞,那么在长久的进化过程中,这两个功能一定有一个会退化,因为这两个能力出现在同一个物种上,明显是功能冗余的设计。因此在重视仿生学的当下,“飞行汽车”的概念本身就是和这个世界的游戏规则格格不入的。

而且对大多数人来说,握住飞机操纵杆的那一刻,绝对是噩梦的开始。

这个说法可能有些吓人,但并不夸张,因为相比于考取汽车驾驶执照,考取飞行执照的难度实在太高了,高得以至于在国内玩飞行模拟游戏的飞行爱好者都是凤毛麟角。

不夸张的说,一个拟真度较高的飞行模拟软件,从开始接触到能够在软件中实现安全起降飞机,最少都需要一个月的勤奋练习,这其中还要面临无数次的摔机和虚拟事故,但由于在现实中你只有一次生命,所以现实中为了熟练操作飞行器且保命,你付出的努力要多得多。

何况我们现在拥有的“引擎”,并没有强大到能支持我们实现低成本飞天的梦想。

无论是我们现在使用的飞机还是汽车,它们一个共有的特点就是都装备着一个体积不能被忽略掉的动力系统,由于我们眼下技术水平的限制,我们对于能量的转化率是非常低的,这就导致我们在设计一个飞行器或者行驶工具的时候,必须留出足够的动力冗余,以驱动动力系统本身需要消耗掉的能量。

如果说,未来有朝一日真的会出现“飞行汽车”这个物种,那车云菌认为我们必须要把“飞行”两个字先给打引号,因为区别于高空飞行的飞机,具备实际意义的“飞行”汽车必须目的性明确,且具备以下两个先决条件:

1、在所有地面交通工具都能实现完全自主的自动化驾驶之后,在一个性能更加强大的自动驾驶系统支持下,未来的“飞行”汽车才可以在密密麻麻的交通网中安全穿梭。

2、未来的“飞行”汽车,其“飞行”的范畴可能仅仅是指这种交通工具不会在工作状态下直接接触地面,但为了达到这种状态采用的技术原理却未必依靠机翼来实现。

譬如说,我们在上海能坐到的磁悬浮列车,一旦缩小化之后,或许就是未来“飞行”汽车的缩影;此外,在一些领域里使用的“地效飞行器”,或许是另外一种开放式(不需要轨道约束),但只能在特定环境下使用的“飞行汽车”。

前苏联小鹰两栖地效飞行器前苏联小鹰两栖地效飞行器

至于眼下那些单纯把机翼塞进类汽车设计的交通工具,并称其为“飞行汽车”的设计半成品,我想大家能离它多远就离多远好了,且不说这货不可能媲美一辆正常汽车在路面上的操控性,搞不好飞起来之后能不能在大风天里安全降落都是个问题。

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