登陆注册
17563200000004

第4章 引子

2007年11月27日,当前中国互联网综合服务的主要提供商之一的腾讯网邀请了一位中国工程院院士、著名气动弹性专家做客院士访谈栏目,主持人郭桐兴一如前几十期节目一样,对嘉宾表示欢迎并向网友做了介绍。

坐在主持人一侧的嘉宾年过古稀,带着一副宽大的深色边框眼镜,精神矍铄、面容慈祥,微笑中透出自信、坚毅。面对主持人的提问,他侃侃而谈。

节目进行中,院士嘉宾的话引起了主持人的一个联想:

您说这个我们想起来了,我们坐飞机的时候看着那个飞机(的机翼)是翘起来的,而且翅膀各个部分都有变化。

这可能是所有乘坐过大型客机的有心人都会注意到的现象。

随着社会的发展和生活水平的提高,乘坐飞机出行的人越来越多,在享受着现代航空科学技术带给人们极大的便捷舒适的同时,也有不少乘客对飞机的安全表示担忧。在民航论坛上,有一位网友的帖子与主持人的观察结果相似:

2007年5月3日乘坐××公司的波音737-800飞机由长沙飞昆明旅游。在整个过程中我一直很害怕,一个是飞机看起来比较旧,另外整个飞行过程中气流颠簸比较厉害,可能碰到10次气流了吧,飞机总是在摇摇晃晃。这些倒是正常的,关键怕的是我正好坐在机翼旁边,我发现飞机整个机翼(飞机左右两个大翅膀)居然在上下左右晃动(主要是上下振动),有点像鸟儿飞的样子(当然只是轻微晃动),我一直怕飞机翅膀会在飞行中突然掉落!大家不要误会,大机翼上有个可以活动的部位可以控制气流的上下活动是正常的,关键是整个机翼都在晃动,我问了其他一些人说大飞机的整个机翼应该是不会动的。我现在就是想问,这个现象正常吗?是不是因为飞机陈旧造成机翼不稳还是本来就是这样设计的?还是其他什么原因?如果是飞机本身的问题,希望××公司立即检查修理,不然让翅膀在飞行过程中掉了就不得了呢!

主帖一出,跟帖近百,众说纷纭,莫衷一是,其中不乏具有航空和飞机设计知识的网友,但也许要说清楚这样的问题太过专业,因此解释显得过于简单,而调侃打趣者居多。

腾讯网院士访谈栏目的主持人要比这位网友幸运得多,他的面前坐着的是一位院士级的空气动力学专家。也许是考虑到网络受众年龄层次、知识层次和对航空科技知识了解程度的不同,他用尽可能浅近、直白的语言解释着复杂的航空科学理论和术语:

……你趴在窗户那儿看着,它不会老老实实在那儿待着,它还会抖,它抖得厉害了,等于是汽车的弹簧软,这样飞机里坐的人就感觉比较舒服了。通过调整翅膀的角度可以提高乘客的舒适度。但是话又说回来了,这个机翼也不能无限制地软,软得厉害了,它就断裂了,强度不够了。所以又要保证它能够承受这么大的力,然后它的变形量又要给得还可以,让坐在飞机里面的人比较舒适。飞机设计的时候要想这个事,先有一定的强度,又要有适度的变形,碰到湍流以后,它能够起一个弹簧的作用,让乘客比较舒服。

还有一个办法可以让乘客舒服,就是在机翼上搁一个可以偏转的舵面,通过传感器,感受气流的运动,然后它通过舵机产生相反的信号,让那个舵面运动以后,这个舵面控制它,一个往上,一个往下。这样的话,等于是你虽然很乱,但是机翼感受不到。

……这样座舱里的客人感觉比较舒服,机翼也没有那么大的变形了。这种东西在现在比较新的课题里面,有的已经在用了,就是为了改善这个环节,这叫湍流响应的主动控制。

主动控制湍流响应,机翼变形也小一些,旅客也感觉比较舒服些。

要完全理解他的讲述,首先要了解人类利用任何材料制造出的任何一种结构,都不可能是绝对刚性的,也就是在外力作用下,任何材料和结构都不可能保持几何形状绝对不变形。飞机也不例外,在飞行中,飞机的机体——机身,尤其是机翼,在空气动力作用下必然会发生弹性变形,也就是前面这位网友看到的机翼随气流出现的振动。这种弹性变形使飞机的气动外形有所变化,影响到空气动力随之改变,从而又导致进一步的弹性变形,由此形成了结构变形与空气动力交互作用的现象。在航空技术中,将这一学科称为气动弹性力学(注)。

在1903年12月17日,美国的维尔伯·莱特和奥维尔·莱特兄弟制造的世界上第一架载人动力飞机——“飞行者1号”在美国北卡罗来纳州的基蒂霍克飞上了蓝天。“从固定翼飞机问世的第一天起,就遇到了气动弹性的问题。”(管德《非定常气动力计算》)

20世纪初,美国科学家S.P.兰利(Langley)制造了安装活塞发动机的飞机,但在1903年的两次试飞均遭失败。第一次世界大战初期,英国的汉德利-佩奇(Handley-Page)轰炸机又因机身扭转刚度不够,发生了尾翼颤振。

“为了分析这些问题,开始了第一批的飞机气动弹性研究。G·布鲁尔(G·Brewer)在1913年发表了关于兰利飞机机翼扭转发散的研究报告。F·W·兰彻斯特(F·W·Lanchester),L·贝尔斯托(L·Bairstow)和A·费奇(A·Fage)在1916年发表了关于汉德利-佩奇轰炸机尾翼颤振的研究报告。

“20年代,单翼机问世。对于扭转发散和颤振的研究,也取得了新的进展。”(管德《非定常气动力计算》)

“20年代,单翼机问世。对于扭转发散和颤振的研究,也取得了新的进展。”(管德《非定常气动力计算》)

50年代,新中国为发展航空工业开始自主设计飞机,1956年组建了中国航空工业历史上第一个专业的飞机设计机构——沈阳飞机设计室。1961年,按照中央决定,国防部第六研究院(简称六院)成立,沈阳飞机设计室与空军第一研究所、哈尔滨军事工程学院(简称哈军工)的飞机设计研究机构合并组建了六院一所——现在的沈阳飞机设计研究所(代号601所)。

由中国飞机设计的一代宗师徐舜寿领衔的飞机设计室自行设计的第一架喷气式教练机是歼教1飞机。徐舜寿以其对航空科技发展的敏锐观察,确定了将气动弹性问题作为设计接近或超过声速飞机必须研究的关键技术之一。

沈阳飞机设计室和以后的601所是一个人才荟萃的集体,除了主任徐舜寿、副主任黄志千之外,还有陆孝彭等在美国、英国著名飞机公司从事过飞机设计的中国第一代飞机设计师以及叶正大等曾在莫斯科航空学院学习飞机设计制造的赴苏留学生。徐舜寿在倚重这样一批当时中国一流的飞机设计专业人才的同时,还非常重视年轻一代中的技术骨干。为解决颤振问题、培养气动弹性力学方面的技术尖子,他从平均年龄22岁的技术人员中,选择了清华大学毕业生管德。

半个多世纪以后,2007年的这一天,管德以中国工程院院士、著名气动弹性专家的身份接受了腾讯网邀请,坐在了院士访谈主持人郭桐兴旁边的嘉宾位置上。

注释:

气动弹性力学(Aeroelasticity)。研究空气动力与航空器结构变形相互作用及其对飞行及结构强度影响的交叉学科。飞机结构在空气动力作用下会产生变形,这种变形反过来又使空气动力随之改变,从而导致进一步的变形;这样就构成了气体、固体耦合的气动弹性现象。气动弹性不仅对飞机的载荷分布、操纵性、稳定性有显著的影响,而且会产生一系列静态和动态失稳问题,严重时会使结构破坏,造成飞行事故。因此,飞机设计必须考虑气动弹性问题,在飞机强度规范及适航条例中对此都有专门的条款及规定。在气动加热严重的情况下,个别部件还需要考虑热气动弹性问题。(《中国航空百科辞典》)

同类推荐
  • 百位世界杰出的经济学家(上)

    百位世界杰出的经济学家(上)

    人类的未来充满了希望,明天的世界令我们无比期待。从历史中汲取知识,感悟人生,追求真理,是每个生活在21世纪的现代人的价值取向。在无比灿烂的历史星空中,众多世界杰出人物犹如明烁夺目的明星,让历史的时空如此地浩瀚,并给后人留下了一份极其珍贵的文化遗产与智慧结晶。期望本书能让广大读者,尤其是青少年朋友们,从世界杰出的人物身上,学习与借鉴人生的智慧,创造卓越的人生。
  • 忍辱膑足:孙膑

    忍辱膑足:孙膑

    孙膑是我国战国时期出现的一位身残志坚、独步千古的著名军事家。他是兵圣孙武的后代子孙,因受奸人所害,膝盖骨被剔掉,造成了终身残废,所以被人们称为孙膑。后来孙膑逃回齐国担任齐国的军师。在齐、魏争雄的过程中,他指挥齐军取得桂陵之战、马陵之战两次大捷,使齐国成为东方强国。他在作战中运用避实击虚、攻其必救的原则,创造了著名的围魏救赵战法,为古往今来兵家所效法。《中国文化知识读本·忍辱膑足:孙膑》展现了孙膑在军事方面的卓越成就,以及他经历残酷刑罚,曲折坚毅的一生。
  • 走下神坛的关羽

    走下神坛的关羽

    马蹄扬尘狼烟处,血泪英雄,戍装上阵,仗剑划开万里开幕,惊天动地壮烈事,问鼎华夏,折戟沉沙,洒血凝注千秋史书。绚烂如繁花,闪耀似群星,但英雄总有归去之时。千古风流,终化尘土。不过,他们曾经那么轰轰烈烈地活过:大丈夫生于乱世。当提三尺剑立不世功——这足以感动我们,也足以慰藉英雄壮志未酬的雄心。
  • 慈禧全传2

    慈禧全传2

    本书的作者对于写作本书有得天独厚的条件。她是满洲正白旗侯爷裕庚大人的女儿。在同时代的为官者中,裕庚大人是最进步、最具改革思想的一位。他在很年轻的时候加入军队,参与镇压太平天国运动和抵制法国侵台战争。
  • 海明威从军人到作家的故事

    海明威从军人到作家的故事

    名人有成功的契机,但他们决不仅是幸运和机会。机遇只给有所准备的人,这是永远的真理。因此,我们不要抱怨没有幸运和机遇,不要怨天尤人,而要做好思想准备,开始人生的真正行动,这样,才会获得人生的灵感和成功的契机。
热门推荐
  • 无法说爱你

    无法说爱你

    主仁/虐心/纯爱夜光神/著人生,若只剩下一秒,你想说什么?花开就是一个夏天了呢,可是花谢了,就是无尽的疼痛。花开成夏,零寂寥......花败成伤,终断肠......
  • 腹黑小丫鬟:爷你先等等

    腹黑小丫鬟:爷你先等等

    贝果果是凌国公府三小姐的丫鬟,一次意外穿越到了现代,到底一身本事的她到了现代会闹出什么大事呢?会遇到些什么人呢?而她该何去何从?
  • 重生之炉鼎成仙

    重生之炉鼎成仙

    她曾经也是众人追捧怜惜的菟丝娇花,但以夫为天的、不敢违逆男子的懦弱心性让她最终落得身败名裂。碧空楼弃徒、被枯木门少门主玩腻的鼎炉、依附了一个又一个男修的无耻女修……这一个个名号,最终压得她心念俱灰,神念消亡。未曾想到,上苍竟然给了她第二次机会,让她直面那个不堪的人生。重活一世,她安柔必将不再依附于男子。即使再难,她亦会拼尽自己的全力,挺直脊背,挣得一世傲视芳华——
  • 至强神刃

    至强神刃

    修炼之路,艰难坎坷,为其至亲挚爱...人挡杀人,神挡弑神。天地为我颤抖…
  • 透视之瞳

    透视之瞳

    古玩店的小伙计偶然得到一双可以透视的眼睛,让他拥有了超级实力。从此过上了牛轰轰的人生,古玩玉石轻松玩,风水堪舆不是事,至于武术界那更让人闻风丧胆,幸福美好的生活开始了……
  • 残心传说

    残心传说

    在敌人的眼中,他心狠手辣,是恐怖的“血衣修罗”,在朋友眼中,他是面冷心热肝胆相照的兄弟,在竞争对手眼中,他是无可比拟堪称妖孽的绝顶天才,那么,他到底是什么呢?月残心回答道:“我只是一个想回家的地球人而已!”----------------------------------------------------------这里没有11,这里也没有11,想看这种类型的请去其他地方。这里没有YY,没有上来就无敌于天下,想看这种的也请前往别处!残心传说书友群:95205803!愿意支持残心的++++++
  • 网游之神将三国

    网游之神将三国

    林枫和他的兄弟在上一款游戏中失利后,再一次踏上征途,看他们如何统一这个乱世。
  • 明少要修真

    明少要修真

    乐明回到了修真界像一个旁观者一样,他看到师父柳青雪跳崖前的惊鸿一瞥,满满的全是爱意。烟雾之中,青雪将他推开,那生别离的痛不欲生,心如刀绞。青雪坠落,乐明流着泪冲了下去,一次一次的拼命伸手想要抱住师父,可师父每一次都从他的虚影穿过。……在青雪坠地的崖底,明乐跪在地上,抚摸着师父微笑的面孔。岁月如梭,春去秋来,青雪的尸身化作尸骨,又化作一抔黄土,风过,悄然飘散而逝。那跪伏在地的人,已经白发苍苍,持续数十年的无助嘶喊从未停歇,绝望的恐惧从未褪去,泪流干了,流成了血,人生最痛的莫过于爱别离……
  • 因风而生

    因风而生

    一朝穿越,唤起前世记忆。“我们的情因风而起,那就因风而灭,现在的我只想做今生的自己,我为什么要去模仿别人!”她的骄傲不允许她低头,她只能让自己拒绝他,但是她的心痛得像是被无数剑穿过,撕裂般的疼痛。直到他因她一句话而自杀,魂魄灰飞烟灭,永世不得超生了……她才懂得后悔为何物……风在空中吹,花在风中舞,在风中枯萎,在风中结束生命……风在空中吹,情在风中生,在风中销毁,在风中四分五裂……她想陪他一起去,可是,老天你为什么这么残忍……连死都不让我死……我们的命运就只是这样吗?
  • 冥河至尊

    冥河至尊

    一条无垠血河显化虚空之中,血浪翻滚。三千魔神虚影沉浮其中,亿万生灵魂魄嘶吼不已!幽冥血河,席卷洪荒……