環(huán)形跑道大膽腦洞令人心動

　　荷蘭研究員亨克·赫賽連克提出的現(xiàn)代環(huán)形跑道設計構想，得到了歐盟第七框架委員會的資助，荷蘭國家航空航天實驗室的團隊，與德國、法國、西班牙及波蘭等國的相關機構合作，利用現(xiàn)代航空理論與技術，對該構想進行了詳細的科學分析。

環(huán)形跑道怎么飛？

　　把飛機跑道修成環(huán)形，赫賽連克并不是第一個提出這個聽上去異想天開設計的人。早在1919年，美國《大眾科學》雜志中就有文提議，在摩天大樓密集的城市上空，以樓頂為支點，修建環(huán)形跑道，方便商務人士駕駛自己的私人飛機直達辦公室。在1960年1月10日的亞瑟-拉德博的周日漫畫上，一副題為“環(huán)形跑道”的漫畫出現(xiàn)在“CLOSER THAN WETHINK”（比我們想象的更近）系列中，不過與自主起降的理念不同，漫畫中表現(xiàn)的飛行器在跑道上被“火箭動力單元”牽引，靠離心力“甩”出去。1965年，美國海軍也進行了環(huán)形跑道的探索，不過他們并沒有使用漫畫中的“火箭動力單元”。
　　這個第一條進行了飛機起降實測的環(huán)形跑道，道面傾角15°，以抵消飛機滑跑時的離心力�！都~約時報》曾報道，美國海軍在環(huán)形跑道上進行了試驗，發(fā)現(xiàn)起降“非常容易”。但由于當時航空業(yè)發(fā)展已經(jīng)初具規(guī)模，直線跑道成為主流，因此美海軍的環(huán)形跑道最終只是停留在了試驗階段。
　　一百年過去了，當年的種種設想最終沒有變成現(xiàn)實，但是對環(huán)形機場設計的嘗試與探索，卻沒有因為時間的流逝而消亡。時至今天，環(huán)形跑道概念又一次被提出，提起人赫賽連克最初的目的是為了解決飛機在側風環(huán)境下起降困難的問題，飛機在環(huán)形跑道起降可以不受風向的制約，如果有一條足夠長的大圓跑道，通過高效的管理手段，甚至可以提高機場運行效率。理想都是美好的，但現(xiàn)實中，赫賽連克和整個團隊是怎么做的，環(huán)形跑道概念又會遇到多少困難呢？

飛行員和空管的討論

　　進行現(xiàn)代環(huán)形跑道設計，至少需要對以下3方面進行詳細深入的研究：飛機起降可行性與安全性、基建規(guī)劃、空中交通管制方案。事實上，赫賽連克團隊也是從這3個方面開始評估的。其中，起降性能和規(guī)劃都是地面工作，其所面臨的第一個問題是，環(huán)形跑道建多大？
　　赫賽連克團隊給出的數(shù)據(jù)是：直徑3.5千米，跑道全長10千米。這是一個經(jīng)過計算分析后的數(shù)值，3.5千米的半徑配合10°的道面傾角，客機起飛時300千米/小時的時速，會將乘客所能感受到的離心力降到一個相對舒適的程度。周長接近3條傳統(tǒng)跑道的長度，但具備在任何一點著陸的能力，以及擁有4條跑道的運行容量。
　　這的確是個不錯的設計。在跑道基建方面，修建什么樣的跑道已經(jīng)不是問題，環(huán)形跑道真正的問題在于，飛行員怎么飛？空管如何指揮？
　　我們與幾位軍民航飛行員進行了討論，對于環(huán)形跑道，飛行員們的第一反應是，降落階段，會顯著增加操縱難度。在傳統(tǒng)直線跑道降落，飛行員首先需要做到的是一對正跑道，即便是在側風條件下，通過航面補償，可以很大程度抵消側風對航向的影響。但要對正環(huán)形跑道降落，飛機接地范圍從一條線變成了一個點——下滑航線與圓周跑道的切點。即使使用弧形下滑線，即戰(zhàn)斗機飛行員常用的短五邊大坡度降落方式，在直線跑道降落后，飛行員不需要做太多修正滑行姿態(tài)的操縱，但在環(huán)形跑道上，飛行員還需要在滑行時對飛機姿態(tài)進行修正，特別是在不同速度時，離心力不同，操縱量大小不同，各種機型也會有不同的操縱差異。
　　如果在環(huán)形跑道起降時產生不同離心力的作用，可以通過優(yōu)化跑道寬度、坡度和曲率等設計手段解決，那么，下面這個問題恐怕就有點棘手了。
　　傾斜的機身會降低機翼有效升力。這是一個客觀存在的問題，而且飛機個頭越大，在傾斜跑道起飛時損失的升力就越大。升力損失后，問題接踵而至，如果說增加正常情況下跑道的使用長度還不是個大問題，那么對于747、A380這類重型機需要復飛時，因升力損失導致所需跑道長度大幅度延長，如何在離心力上下突變的環(huán)境中操縱飛機，如何管理跑道，這些都是百年航空發(fā)展中未曾考慮過的問題。
　　赫賽連克關于環(huán)形跑道構想的提出是為了改善側風環(huán)境下飛行員的操縱難度，但幾位參與討論的飛行員們提出了一個與初衷相悖的疑問：現(xiàn)代飛行器的性能，在小于15節(jié)（1節(jié)=1.852千米/小時）正側風條件下降落基本沒有難度，若遇二三十節(jié)的強風天，即便是平行風向降落，也具有一定難度，強風天里存在風切變的風險。若在強風環(huán)境中在帶坡度的環(huán)形跑道降落，可能還不如在直線跑道上，一心應對側風帶來的困難，可能要比一邊應對強風，一邊帶坡度降落安全的多。
　　飛行員們還提出了一個問題——單發(fā)失效的處置。在環(huán)形跑道起飛時，垂直尾翼很大程度上是在糾正飛機的偏航，使機頭始終沿著跑道中線，如果此時外環(huán)一側的發(fā)動機失效，推力失衡，垂尾很難再應對“離心力+不平衡推力”帶來的偏航效應，飛機瞬間甩出跑道的可能性很大。同樣，環(huán)形跑道也會對單發(fā)失效飛機的降落帶來比較大的操縱風險，其原理與起飛時單發(fā)失效類似。解決或緩解這個問題的辦法也有，增大垂尾，增加糾正偏航的效率。
　　對飛行員來說，在環(huán)形跑道起降，還有一個與上述情況相比較小的問題——學習、訓練的成本增加了。因為在環(huán)形跑道降落，事實上并不是在一條直線下滑道上進近，接觸跑道后再沿曲線跑道滑行，而是整個下滑航線都是一條曲線，這種帶坡度、帶曲率的進近飛行，在目前飛行員的培訓中并不是常規(guī)內容。因此，若使用環(huán)形跑道起降，需要對飛行教材這類最基礎的內容進行修改，增加訓練時間。如此一來，可能會對飛行員的培養(yǎng)造成較大影響。

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