2010年4月20日 星期二

Avanti II的設計由來







當你看到Avanti II的造型時,和別的飛機作個比較,真的是相當獨特。最特別的是,飛機的機首有一對小翅膀,在其它飛機都沒有的!


沒錯,Avanti 是個前翼機(或稱Canard)!

為什麼要這樣子的設計呢?

飛機在天空飛時,機翼要產生足夠的升力來克服重量,但並沒有這麼簡單,飛機的前後平衡,在飛機的後面,要有裝置水平尾翼,加上保持飛機左右平衡的垂直尾翼,構成我們最熟悉的尾翼。

這種構型(Configuration)有優點,算是最簡單能保持穩定的飛機構型,發明飛機這一百年來,大部的飛機的尾翼都是放在飛機後面(不然為什麼叫作尾翼呢?)

尾翼會產生一個向下的力量,這稱為下尾力(Taildown Force),用以平衡飛機的升力和重量,有點像古早中藥行的秤,一端是重量,一端是個用以平衡的砝碼。
問題就出在這個下尾力,因為它是向下的,飛機產生升力的主翼必須要產生足夠克服重量及下尾力的升力,飛機才飛的起來!

主翼升力 = 重量 +下尾力

經過測量,下尾力的大小大約是重量的10%~20%,也就是主翼必須要多產生額外的升力,飛機的效率自然無法提高。
航空科學家很快就想到,將控制飛機穩定的尾翼放在前面,就是設計前翼機,但這件事說起來簡單,作起來卻相當困難。前翼要能保持平衡,同時控制上下俯仰,機械結構會變得相當複雜,效率提高,但是飛機的穩定性不足。

若不考量用Fly-By-Wire來解決(這是另外一個問題,在此不表),前翼構型在民航線似乎是無法達成的。

然而前翼所能帶來的效率提升實在太吸引人了,飛機公司仍思考如何作出前翼機。

在1980年代,美國的一家Beechcraft飛機公司,決定用前翼構型,來淘汰公司的King Air機型,King Air是款傳統構型,相當熱賣的機種,但是從1960年代開始就沒變過的構型。

Beechcraft推出了Starship,這是第一架前翼造型的商務飛機。Starship的設計相當先進,以相當複雜的設計,解決了前翼機的不穩定問題。開發的經費高達3億美金!



但是Starship在商業上卻是一大失敗,最後僅售出20架,最後Beechcraft的母公司-Raytheon,索性將所有的Starship以高價購回,以免付出後面支持維護的成本。

Starship失敗的因素,至今仍眾說紛紜,其中一說是Starship在1989年推出,為美國經濟最衰退的時期,所以無法吸引到買家。

對於前翼機,義大利的比雅久工程團隊有別的看法。

既然前翼能增加飛機的效率,尾翼能增加飛機的穩定性,那為何不把兩個好東西都作在一起呢?

食神史蒂芬周說:「爭什麼爭,把兩樣摻在一起做瀨尿牛丸不就得了,笨蛋!」


比雅久的航太專家,以巧妙的方法解決了傳統構型和前翼構型的衝突,而設計出獨特的三升力面構型。飛機的效率因前翼而提升,但是穩定性因原有的尾翼而維持。

經過1500小時的風洞測試,證實三升力面的設計,的確可大幅推升噴射旋槳飛機的性能,在1998年,Avanti I問世了,商務飛機終於有了前翼機。


問:「為什麼三升力面這麼好,卻沒有其他飛機公司使用同樣的設計呢?」
答:「因為這是比雅久飛機公司的專利啊!」

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