飞行的未来：缓解交通拥堵的飞机

在讨论美国联邦航空管理局耗资数十亿美元的 NextGen 计划时，飞机设计常常被忽视。该计划是一项精心设计的卫星导航、进场和出场技术组合，旨在到 2025 年实现过时且备受批评的国家空域系统的现代化。然而，由加州州立理工大学研究人员领导的团队发现，提高系统效率最简单的方法之一可能是重新设计飞机本身。

作为 NASA 一项为期五年的研究项目的一部分，该团队设计了一架可搭载 100 名乘客的高效巡航短距起降 (Cestol) 客机，该客机可以在 3,000 英尺长的跑道上以大角度起降。加州理工大学航空航天工程系副教授戴维·马歇尔 (David Marshall) 表示：“这架飞机设计有环流控制机翼，可以在较低速度下产生更高的升力。我们可以将跑道长度缩短 50%。”

在过去的一年里，科学家们在美国宇航局艾姆斯研究中心对一个重 2,​​500 磅、翼展 10 英尺的模型进行了风洞测试，这个模型被昵称为阿米莉亚（极端升力和改进气动声学的先进模型）。

其他研究人员研究了 Cestol 飞机如何融入现有基础设施。结果表明，与 NextGen 的进场和离场路线相结合，飞机可以在传统航线之外飞行，Cestol 飞机可以降落在利用率低下的较短跑道或较小的地区机场。将空中交通分散到更多跑道上将缓解拥堵并大幅减少航班延误。

由于飞机设计周期可能长达数十年，Cestol 飞机可能要十几年甚至更久才能在商业跑道上投入使用。但当它们投入使用时，Amelia 可能会成为一种影响。“我不知道波音公司是否会制造一架与 Amelia 一模一样的飞机，”Marshall 说，“但我确实预计部分技术会转移。”

工作原理：Cestol 客机

机翼上方发动机
加州理工大学的科学家将 Cestol 的涡轮螺旋桨发动机安装在机翼上方，而不是机翼下方，原因有二。首先，排气经过机翼会增加升力。其次，机翼可以转移发动机噪音，保护下方社区。“NASA 希望将飞机噪音降低 52 分贝，”Marshall 说道。“到目前为止，我们已经将目标定为降低 30 分贝。”

循环控制
传统机翼通常有多个襟翼元件，它们向下旋转以增加机翼的曲线。Cestol 只有一个襟翼，并由贯穿机翼长度的窄槽增强。当襟翼向下旋转时，槽将高压空气引导到机翼顶部，并将风流向下引导，从而增加升力。

偏转喷气排气
为了将发动机排气和循环控制的效果结合起来，该团队将涡扇发动机移到了机翼前部。当襟翼向下旋转时，排气被拉入低压区，这会增加升力，使飞机的上升速度更慢、更陡。“通过这种设计，我们可以产生比传统机翼高 5 到 10 倍的升力，”马歇尔说。

本文最初发表于 2013 年 7 月的《大众科学》 。点击此处查看该杂志的其他内容。