昨天去看了《星球大战-原力的觉醒》,里面的X翼战机太帅了啊啊啊,现实生活中能不能造出这样的X翼战机啊?

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14个答案
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瘦驼科学松鼠会成员

2016-01-12 17:05

确实,X翼战机是星战系列里最帅的一件机器,它不像死星或者千年隼那么庞大,更灵活,更个人,更英雄主义。(下图来自www.starwars.com)如果在现实世界里造一架跟X-wing Fighter一模一样的飞行器能不能在地球大气层飞起来?理论上也不是不可以,毕竟只要马力足,砖头也能飞。

而且,在现实世界里,早就有人造过X翼战机了。

人类的历史上有很多“被埋没”的天才,司楚普(Robert C. Stroop)算是其中一个。这位航空设计师在正史中籍籍无名,甚至没留下张照片。但是,在美军的档案里,留下了他的X战机。那是1935年,美国陆军航空队(美国空军的前身)收到了这样一封信:

一位自称从事了20年航空设计制造的司楚普先生,向陆军航空队申请支持,声称制造了一种既可以高速飞行又可以低速安全降落的飞机,称为SP-6。

上世纪30年代,正是飞机从双翼机时代向单翼机时代过渡的时候。飞机的升力来自机翼,机翼面积越大,在相同的速度下升力就越大。在航空时代的早期,由于发动机动力有限,飞机的速度并不快,为了在低速下获得足够的升力,设计师必须给飞机装上足够大的翅膀,而一副大翅膀对材料强度和重量的要求太高,当时的木板麻布是不足以实现的。退而求其次,航空设计师把一副翅膀拆成两幅甚至更多,于是有了双翼、三翼甚至多翼机。比如下面这架从未成功离开水面,但仍旧在航空史上留下了一笔的意大利Ca.60水上飞机。(它由意大利传奇先驱航空设计师卡普罗尼(G.Caproni)设计,他是宫崎骏的偶像,关于这点,还可以看http://www.guokr.com/question/558806/

巨大的机翼面积在提高了升力的同时增加了阻力,特别是双翼、多翼机那些复杂的撑杆、张线,更是让高速飞行变得十分困难。于是,在有了大马力发动机的时候,航空设计师开始转向单翼机。机翼面积的减小带来的最大挑战就是,飞机的最小稳定速度大大提高,这使得起飞和降落变得非常困难,对机场跑道也提出了新的要求。过去双翼机时代,飞机只要加速到几十公里每小时就可以起飞了,起降距离也不过几百米。有块草坪就可以起降。而到了单翼机时代,飞机的起降速度提高了一两倍,事故层出不穷。

很多航空设计师琢磨,能不能折中一下呢?在给美国陆军航空队的信里,司楚普解释了SP-6的精巧之处。在平飞时,SP-6就是一架单翼机,可以以400-500MPH的速度飞行。

到了起降阶段,它的机翼会一分为二,上半部分向上翘,下半部分向下折,变成一个X型,于是机翼面积被扩大了将近一倍,因此低速性能变好,能以50MPH的速度起降。信里附上了SP-6在地面呈X翼,空中呈单翼以及验证模型的照片。

信里,司楚普告诉美国陆军航空队,自己还需要一些时间来做风洞实验和其他的飞行测试,但是需要军方资助。同时,他还画了SP-7的草稿,那是一个机翼折叠方案更复杂的飞机。

美国陆军航空队的官员给他回了一封很客气的信,认为1、这个设计过于复杂;2、我方太忙没空给你做风洞实验;3、我们现在需要马上就可以用的设计;4、你最好去找NACA(NASA的前身);5、总之,NO。

4年之后,美国陆军航空队又收到了司楚普的信——我还是要推荐我的X翼。

再一次,被拒。

然后,司楚普先生消失了。

如果他知道差不多在同一时期,在遥远的苏联,有人跟他做着同样的尝试,也许会消失的不那么孤独。上世纪30-40年代,苏联飞行员、航空设计师尼基京(Vasilii Vasilyevich Nikitin)和舍甫琴科(Vladimir Vasiloyevich Schyevchyenko)共同设计制造了几架折叠翼飞机。

通过下面的动画你会更清晰的理解他们的设计思路。

试飞的结果是,确实,这种设计在某种程度上兼顾了低速和高速性能,但是复杂的折叠机构增加了重量,故障率也大幅增加。另外,不同状态下的机翼,特别是折叠中的机翼让飞机的飞行特性产生了巨大的变化,飞行员难以掌握。

比起苏联同行的设计,司楚普的SP-6要更复杂,机翼展开后翼根处上下翼之间的干扰会非常严重,而且,倾斜的机翼让操纵面的操纵规律也变得难以捉摸。

之后,单翼机的时代彻底到来了,航空设计师们用各种全新的理论和思路让飞机变得无所不能。再后来,高速和起降之间又一次出现了分歧,那是司楚普之后一代人的超音速时代。飞机的高速性能要求机翼小、瘦削,这让飞机的起降性能更加糟糕,甚至需要几千米长的跑道才可能让飞机安全起降。再一次,折中派设计师给出了“变后掠翼”的设计。这是外话。

1977年,星战元年,人们在银幕上被X翼战机震撼。同一年,我最喜爱的航空设计师鲁坦(Burt Rutan)设计了一种小飞机——“快客”(Quickie)。关于鲁坦,大家可以看http://www.guokr.com/article/438210/

快客,仅仅是一种“车库飞机”。也就是那种发烧友购买散件,在自家车库就可以拼装的轻型飞机。有多轻型?五米见方的一个房间就可以放下它,空重112千克,只能载1人,发动机功率仅有14千瓦,也就是跟250cc的摩托车发动机类似。

个头虽小,性能却不简单,它的最大时速超过200千米,航程超过900千米。后来,负责销售快客的公司又开发了双人版的快客-2和更现代的快客-200,这三种飞机的累计销量超过1000架。

快客系列最显著的特征,就是,它们是真正的X翼战机,鲁坦在机身前方设置了带有下反角的前翼兼主起落架支柱,在座舱后方设置了带上反角的后翼。说它是鸭式布局吧,前翼面积比“主翼”还大。前后上下拉开的距离让两幅机翼之间产生了可控的、有益的影响。

看到快客-2飞行的样子,你也许会理解我为什么对科幻不太感冒了吧。

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感觉星战的架空科技里面,反重力技术无比普及……靠机翼获得的主要是可操控性,而不是升力……

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达不溜G金属材料工程/应用电子

2016-01-12 15:35

星战中的战机更多的是设计应用于大气层外的格斗,可以怎么“帅”就怎么做外形,不必顾虑空气阻力,用于大气层内的空气动力学飞行效果未必好。当然我们也可以假设星战中的战机都不必为动力发愁,这样的话确实板砖也能飞上天,只是最高速度会受到影响。如果是做航模,动力足够,也是可以做出来的,真实的战机,就肯定不会做成星战中的样子了,地球大气层内,相同的武器和推重比,二代机三代机都可以碾压星战战斗机,甚至我就怀疑这种“星战战机”根本没法离地起飞。

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冰煌笑雪歪楼专家,有点文艺的理科生

2016-01-13 18:49

恩,可以到坎巴拉里面做一个试试

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Poruin网络安全爱好者

2016-01-14 11:32
支持者: 八索 熊飘过 小埋

星战的飞机可以直接飞上太空,直接光速着陆,都牛成这个样子了,还用考虑风阻升力哪些?当然是挑好看的设计。

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只要全向推力够大够,板砖也能飞的很潇洒。

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X翼战机在电影,游戏,动漫历史上影响深远,就如同黑暗绝地武士一样。不过一直绝地一个问题这东西的空气动力学似乎有问题啊!

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看着看着我想做个模型,然而只是想想而已~

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星战那个X型的根本不是用于产生升力的机翼,是武器支架,和武装直升机差不多,X型武器装的多,飞船上也不用开太大的洞。

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起码在现实里脑洞不少,英国的P.1214这是上世纪80年代英国BAE脑洞里的接替鹞的垂直起降战机,有吹风洞的模型,证明在现实系这种"X构造"起码能飞,但绝不是星战那真一个X,升力不敢恭维.

脑洞大国的战斗妖精雪风中的FANDII,理念便沿袭自BAE的X翼配置,里面飞机虽然鬼畜,鸭翼和主翼做在下面,引擎和座舱坐在上面,但介于设计师的确算是少数懂行的,最低限度认为不至于摔,这就算脑洞里靠谱的X翼

至于布局最大问题倒不是气动复杂和工艺难,最大问题蓝星空战靠导弹,这鬼畜翼挂点数量太捉鸡,弹仓也开不出来

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理论上来说,X战机是一种外太空战机,即完全不考虑空气动力学。不过,在帝国反击战中,X战机似乎在大气层飞行过。


这点很令我迷惑,因为在我看来,比较有效率的做法是,外太空战机完全不考虑空气动力学,大气层战机完全不考虑外太空飞行,才是合理而有效的设计。


而一款兼顾大气层作战、外太空作战的战机,必然是不伦不类两边不靠。在大气层内不是大气层战机的对手,在外太空被专门的外太空战机完虐。


需要注意的是,TIE战机,就是非常明显的外太空战机,完全不具备大气层飞行能力。


至于楼主的疑问,个人认为,以现代的科技水平,如果不惜工本、不考虑战斗力,是能够制造出一款漂亮的、能飞起来的X翼战机的,但是,就不要指望这款战机的性能了。


嗯,无论战斗性能、飞行性能、安全性,都不要指望。

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