
客舱空间布局

在民用飞机这个大家庭中,有一个很特别的种类——丛林飞机。它们不算名声显赫,外观也不十分出众,但是在它们活跃的地区,却有着不可替代的作用。这其中,U-6A“海狸”就是早期相当典型的型号。“海狸”是加拿大德·哈维兰飞机公司设计的一种通用飞机,外形坚固、性能可靠并能飞到任何地方,具有惊人的短距起降能力。
“海狸”时代背景
要理解“海狸”的设计思路,我们不妨假设自己是飞机用户,看看需要一架什么样的飞机。
你所在的地区,面积广大、地形复杂,有辽阔的野生森林,也有大片山地。其间遍布河流和大小湖泊。冬季严寒时,湖泊都会都冻结。公路、铁路都同样稀少。城市有寥寥数个,还有一些分布稀疏的村落,再有的就是地质调查勘探的小分队会偶尔出没。
你所处的时代,是20世纪40年代中后期。在这个时间段上,涡轮喷气发动机还是最尖端的产品,涡桨发动机几乎还不存在。经过二战的洗礼,活塞发动机已经相当成熟。
然后,作为这里的一个单干的飞行员,也就是丛林飞行员,你会希望自己的伙伴有什么样的特点呢?
首先,在这种自然环境下,它要结实耐用,必须有一副好身板。同样,在这样的艰苦条件下,不可能指望有装备齐全、设施完备的封闭机库,所以能耐受环境考验是最基本的要求。此外,长期野外活动,小伤小病是不可避免的,但不能因此*工罢**不出勤。其次,它不能太挑剔工作的地方。它要去的地方,可没有铺设好的长跑道。所以,结实耐冲击的起落架,也是基本需求。需要的时候,水上雪里也要能去得了走得开。第三,它要完成的工作,可不是像大型客机那样在大机场运送航空旅行者,可能是给地质勘探营地送去急需的口粮,也可能去某个村庄把病人送到更大的聚居点接受诊断和治疗。所以,人和货物都能运输,也是基本需求。最后,它是比较大众化的。毕竟,日常维护和更换零件都很不方便。这个时候如果有比较小众的配件需要更换,就比较麻烦了。
如果我们是设计师,有客户需要此架飞机,我们该怎么设计它呢?
发动机是飞机的心脏。涡喷发动机太贵太复杂,不必考虑,也不适合预想中的低空低速作业。涡桨发动机是个不错的选项,既继承了涡轮动力的先进性,也继续采用了成熟的螺旋桨推进。但是在我们设想的这个时间点上,涡桨发动机还不够成熟。而刚刚经过二战,活塞发动机无论从技术还是产量都已经达到顶峰,不但发动机型号有比较大的选择范围,而且零备件也十分充足,必将是最好的选择。当然,活塞发动机还存在是选择气冷星型还是液冷型的问题,但在这个选择上几乎不需要犹豫。丛林飞机需要的是简单皮实,首选星型发动机的天生优势是不需要一整套液冷散热装置,也足以让维护工作轻松不少。再加上普惠的Wasp |Junior系列发动机产量巨大,已经用于多个型号飞机,选择它完全是顺理成章。
发动机确定之后,下一个需要做出决定的是上单翼还是下单翼?在轻型飞机领域,这并没有一定之规,比如赛斯纳习惯用上单翼,派帕则更多选择下单翼。从设计的角度,下单翼最大的优势在于可以把主起落架的间距布置得更大一些,而无需受到机身宽度的限制。在崎岖场地,这对飞机的地面作业的稳定性是有好处的。但不足之处也比较明显,机翼的存在对人员上下有点妨碍,虽然座舱的向上视界好一些,但机翼会遮挡一部分下视界,这对丛林飞机而言,就不太好了。一架丛林飞机,总是会飞得比较低;尤其在早期,导航设备还不够完善、又缺乏地面引导时,需要不断对照下方的地形和地图,好的下视界是基本需求。在这一点上,上单翼不会限制向下的观察。此外,还要考虑到丛林飞机需要起降的地点,那里没有太多坚固平整干净的跑道,把机翼布置得高一些,至少不容易被外来物打坏,水上起降时也更不容易被水冲刷。所以选择上单翼,好处远远大于不利之处。
起落架也需要仔细考虑。对于几乎只在低空低速活动的丛林飞机而言,收放式起落架没有多少性能上的收益,增加的重量、成本和复杂程度却不可忽略。所以坚固耐用的后三点式轮式起落架自然是首选。但是,在湖泊众多的广阔地区,浮筒式起落架在某些时候是无可替代的,所以在设计上就需要考虑到能比较方便地换装浮筒。最好,起落架还能够设计为能加装雪橇或超大轮胎,来适应雪地等更极端的起降场地。
“海狸”结构
让我们从机翼开始。翼展不大,48英尺(15米)。前缘饱满圆滑,适合低速飞行。尽管强调低速性能和STOL性能,前缘却没有任何增升装置。但是整个机翼后缘,完全被单缝襟翼和下垂副翼占据,起飞时副翼和襟翼联动,所以在效果上相当于拥有全翼展后缘襟翼。每侧机翼下有1根支柱。支柱一端连接到机翼大梁处,另外一端连接在机身底部、主起落架根部后方。从结构力学的角度看,这根支柱能显著提高机翼的强度和刚度;简单地说,就是更皮实。
然后,是机身。机身的最前端是发动机舱。圆形截面的发动机整流罩之下,是1台普惠的450马力Wasp Junior气冷9缸星型发动机和汉密尔顿标准变距双叶桨。整个机身部分,也就只有这里是圆形截面。之后的机身截面,就相当方正了,这也是为方便生产和让内部空间利用最大化的考虑。
发动机之后,就是座舱。飞行员座椅位于左侧,他的位置很高,座椅前后位置可调,他前方的宽大风挡带来了良好的前方视界。至于客舱的其余空间,可以有很多种布局。以图中这种布局为例。图中单位为英寸。飞行员的右边是1个乘客座位。飞行员和这个乘客各有1个带透明窗口的登机门。两人之后是两个独立座椅,也各有1个侧面带窗口登机门。最后是1个三人长椅。也就是说此时除飞行员外最多能搭载6名乘客。如果把可拆卸单人座椅取下,再把三人椅折叠,腾出来的空间就能搭载127立方英尺的货物。
后三点起落架,主起明显外张,在地面滑行时相当稳当。主起本身相当坚固,还在内部设计有缓冲机构。自然,浮筒式起落架是不可或缺的。在“海狸”漫长的职业生涯中,曾安装过各种型号的浮筒;有的只能在水上起降,有的在水上和陆地均可起飞降落。就尾翼而言,是常规结构,布局也没有很特异之处。但如果仔细观察就能发现,它的升降舵的面积不小,这是为了平衡机翼的强大升力,升降舵必需有足够的效率。
那么,这架飞机性能达到什么水平呢?衡量它的两个最重要的指标,一个是起降性能,一个是载荷/航程。对于前者而言,确实相当出色。在5100磅总重下,在无风时,450英尺距离就能离地,然后以1100英尺/分的爬升率大角度爬升。至于载荷/航程性能,可搭载1000磅有效载荷,以138英里的时速飞行,留有余油,航程是600英里。这个性能,对于其预定的用途足够了。
多面手“海狸”
“海狸”自1946年开始研制,其原型机于1947年8月16日首飞。1948年3月获得型号合格证后,开始向民用客户和军方客户交付使用。1963年12月30日,换装了涡轮螺旋桨发动机的机型首飞。设计之初,它的用途就是在荒原地区进行少量的人员和货物运输。
生产商也尝试让“海狸”成为一专多能的农业机可播撒化肥,它依靠机身背部的充填口,每次播撒完毕后,可以很快返回出发地点,并飞快地再装填,从空载的“海狸”着陆,到装填好35立方英尺容量或者说最多1850磅化肥或者种子再重新起飞,只需要约65秒。该机还有喷洒液体时的构型,喷洒杆几乎与翼展相当,最多可搭载220英制加仑液体。“海狸”还可安装搭载和投放所需的设备,可在机翼下共挂4个容器,每个250磅,机腹中心线还可以挂1个800磅容器。凭借低空低速能力,农场用物品能够在20~30英尺高度被投放下来,且损伤可忽略。另外,早在朝鲜战争时期,美军就曾采购不少,并用其广泛参战。即使在战争结束之后,它都还没有彻底退役。
在北京军博一楼大厅里,就有一架黑色的螺旋桨单发飞机。它的说明是这么写的:“加拿大造U-6A海狸效用机。这架飞机由原国民*党**陆军航空兵少校分队长李大维驾驶,1983年4月22日从台湾飞回大陆。该型机是德·哈维兰加拿大公司设计的一种通用飞机,最初命名为DHC-2,美军引进后编号为L-20A,1962年重新编号为U-6A,主要用于侦察、联络和运输等任务。20世纪70年代初,原国民*党**陆军航空部队引进了U-6A飞机。”