傾轉旋翼機當道 未來機場長啥樣

2016年08月23日

說起機場，在腦海中首先浮現的是長長的跑道，還有許多飛機圍繞航站樓排排站。當前主流的國際機場，跑道的長、寬及其數量是制約機場吞吐量增長的重要原因。其中，世界上最大的客運飛機——空客A380——對起降跑道的標准要求為長1800米以上的級別最高的4F級機場。全球最繁忙的亞特蘭大機場擁有6條跑道，而只有2條跑道的上海虹橋機場每小時飛機起降架次已經達到了極限，無法再新增任何航班時刻。然而，所有的這些限制都是基於當前客機滑翔起降的飛行模式，如果未來的主流客機能夠像星際旅行中的飛行器那樣垂直起降，在飛行過程中又能夠以很快的巡航速度且飛行較長的航程，那麼現在這些關於機場跑道的問題可能都不再是問題了。

未來機場該如何設計

面對這個問題，大多數人思考的時候很自然地會想到如何改進現有的基礎設施，建設更大、更好和更靈活的航站樓及更多的跑道。但這個答案的前提是，未來主流客機的飛行方式和起降模式依然采用目前的滑翔起降模式。如果到2050年主流客機是下一代垂直起降（VTOL）飛機，那麼就能夠大大縮小飛機起降的飛行距離，便不再需要面積廣闊的停機坪來建設多條長長的跑道。

在這種情況下，未來，全世界新建的國際機場這些龐大建築體的設計和建設模式將發生極大的改變，那時候增加機場吞吐量的方式就不再是向外擴張——建設更多的跑道和航站樓了，而是能夠在既有的土地面積上通過將航站樓建設得更高，以停放更多的飛機、容納更多的客流。如果未來主流客機的起降模式是垂直起落的話，那麼未來的大型國際機場就會與現在的直升機機場相似，這也意味著，在距離市區較遠有廣闊空地上將不再是機場建設的必要條件。那個時候，許多大型城市有可能在鬧市中建設機場，以大幅縮短市區旅客往返機場的時間。

從飛機發展這100多年的曆程來看，機場等相關基礎設施一直都是跟隨飛機的發展來進行設計和建設的。在20世紀初，全世界第一架飛機起飛的時候，他們只需要提供最低保障的基礎設施，那時候主要是由一個圓形且相對平坦的地面作為機場的，附帶提供一些飛機維修的基礎設施，簡單得不能再簡單了。在經曆了二戰以後，戰爭的驅動使得飛行技術有了非常大的進步，新技術的應用使得飛機可以吸收大部分的側風起飛，這就使同等條件下新飛機能得到更大的起重力，從而讓飛機起降時所需的機場跑道長度大幅縮短，也就縮小了機場建設所需的土地面積。而近30年來，飛機發動機技術的發展也使得單個發動機所能提供的動力大幅提高，不僅波音777等飛機的載客量有所增加，而且飛機的耗油量也明顯減少。

在21世紀，隨著飛行技術水平的不斷提高，第三代機場也將隨之出現，這款應用了突破性技術的主流客機就是傾轉旋翼機。它通常在機身安裝可旋轉的發動機吊艙或固定翼飛機的發動機，通過一個或多個驅動轉槳為垂直起落的飛機產生升力和推進力。

傾轉旋翼機早已"出世"

或許你會驚訝地表示，號稱新一代的主流客機居然是早已被發明出來的、看起來並不新奇的傾轉旋翼機。確實如此，傾轉旋翼機的首項專利發明可以追溯到1930年，但直到1954年才進行首次飛行測試。多年來，傾轉旋翼機的快速發展在很大程度上都是受到軍事利益的驅動。傾轉旋翼機能夠將直升機的垂直起飛能力與常規固定翼飛機較快的飛行速度和較長的飛行航程這兩項優勢很好地結合起來。
對於民航旅客而言，選擇乘坐飛機出行是為了以更快的速度到更遙遠的地方。在過去的幾十年裏，各國軍方一直在努力研制能夠垂直起飛和降落的大型運輸客機。根據發布的最新研究進展，美國聯邦航空局（FAA）很可能在2016年研制出第一款能夠應用於民航運輸的傾轉旋翼機。盡管如此，傾轉旋翼機發展到現在這樣的程度並不是個很大的驚喜。今天，比較成熟的傾轉旋翼機技術仍然只發展到飛行航距1000海裏，相當於可飛越整個西歐地區。

雖然目前已經研發成功的傾轉旋翼機的座位容量依然遠遠無法和主流的噴氣式寬體客機相媲美，但許多人認為，目前的傾轉旋翼機已經能夠有效地提高短距離航線的運輸能力了。

傾轉旋翼機的機場概念

傾轉旋翼機可以完全改變機場這個航空基礎設施的發展規則，機場設計者需要面對的挑戰是大幅度改變機場設計理念，讓符合傾轉旋翼機起降標准的新機場成為現實。想象一下傾轉旋翼機起飛和降落的樣子，它沒有像當前主流機場那樣的長長跑道，飛機始發或到達機場的通道只需要面積僅為100多平方米的圓柱體空間就可以了。而且，更為重要的是，想象一下，那樣的機場就建設在市中心，這意味著你不再需要花費較長的時間和較高的金錢成本往返機場，那時，坐飛機就跟現在坐公交車一樣方便。

從技術發展進程來看，下一代傾轉旋翼機每次可以運送150名乘客，並且巡航速度是現今直升機的2倍，它的起降只需要一個小小的卸貨平臺。傾轉旋翼機投入民航應用的第一階段是利用現有的機場。由於傾轉旋翼機起飛和降落時不需要跑道，這將有效地緩解一些大型機場的交通擁堵壓力，從而提高空域的交通容納能力。下一階段，是針對傾轉旋翼機的特點和旅客出行需求，在市中心建造足以容納整個機場所有基礎設施的摩天大樓，即所謂的垂直機場。

垂直機場的概念，是將傳統機場的平面布局轉換成90度的垂直機場。從功能劃分來看，整座機場的最下幾層可以建設成為地面交通運輸中心，包括出租車、公共汽車、地鐵、火車和停車場等基礎設施。中間層將主要作為旅客服務的功能區域，主要建設旅客值機區、旅客安檢區、旅客候機廳以及機場零售、餐飲等配套設施。最後，旅客登機區域將主要位於機場的高層位置。

未來機場的運營模式

垂直機場如何運營的？它是基於下一代的傾轉旋翼機倡導者（如美國宇航局的奧古斯塔學院提出的）對其主要特征的描述，概念設計的主要目的是將機場運營的所有功能區域集中在緊湊的單體建築中。

為了評估新機場設計概念的優勢，位於西班牙馬德裏的由拉斐爾-德爾-皮諾基金會贊助的建築工程專業學生團隊一直在努力研究下一代的傾轉旋翼機需要什麼樣的機場基礎設施，才能像倫敦城市機場那樣實現高效運轉目標。為此，該研究團隊在2015年對大約400萬名乘客和400萬架飛機運營場景做了調研工作。研究結果表明，為了實現或接近倫敦城市機場那樣高效運作的垂直機場，需大約1200個停車場，以及3.9萬平方米的機場服務配套區域和8個飛機停靠的航站點。

在新概念模式下，這些航站點將通過能夠承載飛機的升降機連接到飛機的起飛和降落平臺上，這將保證旅客可以在環境好且較為舒適的建築內登機，從而提升了旅客的體驗。一座垂直機場的建築地面面積將不會超過1公頃，而建築本身是高達135米、由17層樓組成的垂直建築。那麼，機場建築的形狀是什麼樣子呢？或許只有時間會給我們答案。但是，自過去100年以來，我們在建設機場時更多的是通過擴展地面建築來支持民用航空發展的。在未來，或許我們將更多關注的不再是地面建築，而是垂直空間的開發，垂直機場將成為現實。（《中國民航報》、中國民航網 特約撰稿人羅俊勤）

延伸閱讀：什麼是傾轉旋翼機？

傾轉旋翼機的設計和飛行原理主要是，通過航油發動機或電力驅動的傳動裝置，驅動安裝在機翼翼端的發動機上的旋翼，通過調整旋翼的方向，改變發動機旋翼的驅動力方向，從而使得旋翼機能夠根據飛行指令向上、向前，甚至旋轉飛行。當發動機位於垂直位置時，旋翼軸向上，由旋翼產生的拉力可使飛機垂直起飛。當飛機需要巡航飛行時，發動機連同旋翼軸一起傾轉至水平位置，使旋翼變成螺旋槳，旋翼產生拉力，機翼產生向上的升力，以維持飛機水平飛行。

傾轉旋翼機是一種性能獨特的旋翼飛行器，它既具有普通直升機垂直起降和空中懸停的能力，又具有渦輪螺旋槳飛機的高速巡航飛行的能力。傾轉旋翼機采用了新的思維方法來設計直升機的旋翼和總體布局，設計理念已突破了傳統直升機的範疇，屬於新原理旋翼構型，是直升機技術突破性、跨越性的發展，也是直升機行業的一項革命性高新技術，更是直升機技術發展的必然結果。

與直升機相比，傾轉旋翼機的航速更快，航程更遠。目前，軍隊特種作戰及通用航空作業，一般都是以直升機作為運載工具的。但直升機航速慢、航距短的缺點也較為明顯。美國著名的CH－46D"海上騎士"直升機的最大巡航速度僅為268公裏/小時、最大航程僅為366公裏，這樣的飛行性能在很多情況下不能滿足特種行動的需要。因此，傾轉旋翼機也就肩負起了更大的曆史使命。目前，經過幾十年的發展，全世界最優秀的傾轉旋翼機在滿載、垂直起降的情況下，航程已經能夠超過2200公裏，在減載的情況下，甚至能達到約3000公裏。
傾轉旋翼機憑借著其高速性能，能使行動隊伍以較快速度通過危險地區，而且它還有能力在一夜間就把作戰人員輸送到數百公裏以外的行動地點，在完成任務後又可以迅速返航。據美國軍方稱，"魚鷹"傾轉旋翼機可滿足32種軍事任務的需求，並能賦予戰場指揮官更多的選擇和更大的靈活性。它出動時所需的支援力量較少，且不需要機場和跑道，加之維修簡單，生存力強，因而特別適用於特種作戰和緝毒行動。美國前國防部長科恩指出，"魚鷹"將會改變人們的行動方式，滿足21世紀美軍的多方需要，並大大縮短軍事打擊、解救人質、災難救援、人道主義援助及維護和平行動的反應時間。傾轉旋翼機能完成直升機所能完成的一切任務，由於其具有速度快、航程遠、有效載荷較大等優點，它特別適合執行兵員/裝備突擊運輸、戰鬥搜索和救援、特種作戰、後勤支援、醫療後撤、反潛等方面的任務。

傾轉旋翼機結合了直升機與固定機翼飛機的優點，是一種軍民兩用的高技術產品。因此，在未來高技術戰爭和國民經濟建設中必將發揮巨大的作用，在軍民領域的用途也將非常廣泛。傾轉旋翼機的飛行速度與支線客機相近，可在沒有機場的任何地區執行運輸任務，特別適用於經濟不發達地區的開發和建設，可以局部替代支線客機成為現代化空中運輸網的重要組成部分，在商業上具有極高的價值，它不僅解決了部分空港和跑道擁擠問題及邊遠地區的運輸問題，而且其運輸成本要比常規直升機和固定機翼飛機低得多。

傾轉旋翼機的發展並非一帆風順，在過去的半個世紀裏，只有貝爾公司研制出了XV－3、XV－15及貝爾/波音V－22系列傾轉旋翼機。為適應未來戰爭的需求，美國貝爾直升機公司設計了一種新型旋翼運輸機V-44。這種飛機既能像固定翼飛機那樣飛行，又能像直升機那樣降落，且又具有超大容積的裝載能力。這種全新概念的傾轉旋翼機，將成為美國實現軍事力量超前部署、高機動部署目標的強有力空中堡壘。V-44機身內部大得能容納1個2.5米×2.5米×13米的集裝箱、幾架直升機、幾輛各種型號的多用途輕型裝甲戰車以及8臺標准裝卸工具，或者是70名士兵的床鋪。也就是說，新型飛機可以運輸80名~100名士兵或者10噸~20噸裝備和物質以最快速度620公裏將到達1600公裏~3200公裏以外的地方，且不需要跑道和機場而進行垂直降落。這個計劃已經引起了包括海軍陸戰隊在內的一些用戶的極大關注。

傾轉旋翼機有望在本世紀全面投入使用，並且隨著技術的不斷成熟將會拓展到民用航空領域，並將繼續得到重視和發展。（羅俊勤）

新聞來源：中國民航報