這是在1988年出版的論文集「Advanced Aerospace Aerodynamics」中的第一篇文章。
雖然是8年前的文章,但所談內容是回顧一些外形奇特的飛機設計概念,十年後再來看
還是有價值的。將其譯為中文,是希望能讓更多人分享。可能有些文字翻譯不是很恰
當,請多包涵。若希望閱讀原文,可以和我連絡。
---------------------------------------------------------------------------
題目: What Drives Unique Configurations
作者:Jan Roskam
Kansas大學航太工程學系
---------------------------------------------------------------------------
摘要
---------------------------------------------------------------------------
本文以幾個例子,說明嚴格或特殊的設計需求,如何「驅使」飛機設計者選擇「奇特」
(unique)的外形。
用來說明的例子包括飛翼(flying wing)、二或三個翼面的前翼機(canard)、以及連結
翼(joined wing)。也會作些簡短的歷史回顧。
---------------------------------------------------------------------------
一、簡介
---------------------------------------------------------------------------
本文的目的,在回顧幾個「驅使」奇特形狀的原因。「奇特」的定義在第二節中說明。
大部份飛機的設計為符合一個或幾個設計需求。這些設計需求對外形的選擇有主要的衝
擊。有些設計需求可成為真正的設計「驅動者」(driver)。接下來,可以導致選擇「奇
特」的外形。第三節回顧一下典型的設計需求。某些設計需求如何驅使選擇「奇特」外
形的例子,將於第四節中述說。
---------------------------------------------------------------------------
二、「奇特」(unique)這個字的意義
---------------------------------------------------------------------------
根據韋氏字典(Webster's dictionary),「unique」這個字有下列意義:
1. being the only one
2. being without a like or equal
3. very rare or uncommon: very unusual
4. strange
由這些定義,可以猜想一般人所說的「奇特」,或甚至飛機設計者所說的「奇特」,多
少與他們的背景有關。在一架「奇特」外形的飛機旁繞一段時間後,就不再是奇特了。
圖一中的波音B-47第一次出現時,被認為是奇特的。因為波音B-47的外形受到廣泛的仿
效,沒多久就變成相當平常的了。所以,當一種外形成功後,同時也不再是「奇特」的
了。
在數學的觀點上,飛機設計程序本身當然不是個「奇特」的程序。圖一是個明顯的例子
。這兩架針對相同任務設計出來的轟炸機(B-47及火神式),在其剛出現的年代都被視為
奇特的。是的,事實是兩個設計小組針對相同任務目標得到完全不同的結果,說明飛機
設計程序是「非唯一的」。
一個「傳統的」(conventional)外型可定義為,設計者及使用者共同有一些程度上的熟
悉及信任的外型。傳統外型最常見的例子就是古典的機翼/機身/尾翼設計,有超過百
分之九十的飛機使用。當設計者嘗試以傳統外型去達到極端或特殊的設計需求時,可能
無法得到滿意的結果。在此情況下,結果很可能是個「奇特」的飛機外型。參考資料1.
中,針對「奇特」或「非傳統」飛機設計概念作了最近的回顧。
第三節將對一般飛機設計需求作個回顧。
----------------------------------------------------------------------------
圖一:波音B-47H 及 火神式(AVRO Vulcan B2) [圖片自己去找來看]
B-47H Vulcan B2
W-TO (lbs) 202,000 200,000 [起飛重量]
S (ft^2) 1,400 3,964 [翼面積]
S-wet (ft^2) 11,300 9,600 [表面積]
b (ft) 116 111 [翼展]
(W/S)-TO (psf) 144 50.5 [起飛翼負載]
(W/b)-TO (lbs/ft) 1,741 1,801 [起飛展負載]
A 9.6 3.1 [展弦比]
Cf (assumed) 0.0030 0,0030 [摩擦係數]
f (ft^2) 34.0 29.0 [ ? ]
dCD/dCL^2 (e=0.8 assumed) 0.041 0.128 [渦流阻力常數]
(L/D)max 15.8 16.4 [最大升阻比]
CL-(L/D)max 0.77 0.24 [有最大升阻
比時的升力
係數]
---------------------------------------------------------------------------
參考文獻
1. Sterk, F.J. and Torenbeek, E., ``Unconventional Aircraft Concepts,''
Compendium of papers presented at a 1987 Symposium at the Delft University
of Technology, Delft University Press, 1987.