[论文解读] Avrocar: a real flying saucer

Desire Francine Gobato Fedrigo, Ricardo Gobato+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 24, 2015

Mechanical Engineering and Vibrations Research被引用 11

一句话总结

本文研究了冷战時期由加拿大阿芙罗公司研發、後由美國空軍資助的飛碟形飛行器項目——阿芙羅VZ-9阿芙羅卡（Avro VZ-9 Avrocar），該飛機利用渦扇發動機透過邊界層控制系統產生升力。儘管未能實現超音速飛行或穩定垂直起降控制，該計畫仍 pioneering 了升力風扇技術，直接影響了洛克希德X-35聯合 strike fighter及後續STOL飛機（如C-17運輸機）的發展。

ABSTRACT

One of the most unusual military aircraft programs V / STOL was the Avro VZ-9 "Avrocar". Designed to be a real flying saucer, the Avrocar was one of the few V / STOL to be developed in complete secrecy. Despite significant changes in the design, during flight tests, the Avrocar was unable to achieve its objectives, and the program was eventually canceled after an expenditure of 10 million US dollars between 1954 and 1961. But the concept of a lift fan, driven by a turbojet engine is not dead, and lives today as a key component of Lockheed X-35 Joint Strike Fighter contender. Was held in a data research and information related to Avrocar project carried out during the Second World War, which was directly linked to advances in aircraft that were built after it, and correlate them with the turbo fan engines used today.

研究动机与目标

• 調查1950年代設計的環形翼垂直起降飛機阿芙羅VZ-9阿芙羅卡的技術與歷史發展。
• 分析儘管投入巨大且具先進空氣動力學概念，阿芙羅卡計畫失敗的原因。
• 追溯阿芙羅卡升力風扇與邊界層控制系統技術遺產在現代軍用飛機中的影響。
• 評估阿芙羅卡對後續計畫（如X-35聯合 strike fighter與C-17全球騎士III）的影響。
• 重新評估阿芙羅卡在失敗之外的歷史意義，強調其在推進垂直起降與短距起降技術方面的貢獻。

提出的方法

• 使用歷史文獻、圖書與公共數位檔案庫（來自圖書館與研究機構）進行質性描述性研究。
• 分析阿芙羅加拿大與美國空軍提供的風洞測試數據與飛行測試報告，以評估空氣動力性能。
• 追蹤阿芙羅卡設計從原始Project 606A至VZ-9型號的演變過程，包含推進與控制系統的變更。
• 檢視阿芙羅卡技術如何轉移到後續計畫，例如貝爾航空的ACLS（氣墊著陸系統）與洛克希德X-35。
• 評估關鍵人物（如德斯蒙德·T·康德與彼得·卡普斯）在阿芙羅卡計畫後續推動風扇式垂直起降概念中的角色。
• 將阿芙羅卡的渦扇推進系統與第五代戰鬥機及STOL運輸機所使用的現代渦扇發動機進行對照。

实验结果

研究问题

• RQ1 是哪些核心空氣動力學與推進系統挑戰導致阿芙羅卡無法實現超音速飛行與穩定垂直起降控制？
• RQ2 阿芙羅卡利用渦扇發動機的邊界層控制系統如何影響後續垂直起降飛機的設計？
• RQ3 阿芙羅卡在洛克希德X-35聯合 strike fighter與波音C-17全球騎士III發展中的技術遺產為何？
• RQ4 儘管設計創新且資金龐大，為何阿芙羅卡計畫仍被取消？其教訓為何？
• RQ5 阿芙羅卡在推動升力風扇與氣墊技術於軍用航空領域的發展方面，具體貢獻為何？

主要发现

• 飛行測試期間，阿芙羅卡最高速度達225節（約259英里/小時），但未能持續超音速飛行，亦無法實現穩定懸停。
• 該機在攜帶1,000公斤有效載荷時最大航程為130英里，懸停狀態下最多可攜帶2,428公斤有效載荷，但僅限於地面效應範圍內。
• 飛行測試顯示嚴重的方向控制不對稱，左轉需5秒完成90度轉向，右轉則需11秒，顯示關鍵穩定性問題。
• 阿芙羅卡第二架原型機在1961年12月計畫終止前累積約75小時飛行時間。
• 儘管失敗，阿芙羅卡的渦扇升力系統直接影響了洛克希德X-35聯合 strike fighter的發展，後者演變為F-35閃電II戰鬥機。
• 透過風扇驅動升力實現邊界層控制的概念，後由貝爾航空進一步發展為ACLS（氣墊著陸系統），曾在C-115布法羅與C-119飛機上測試，但未投入量產。