熊江文　張圣東　程海萍　黃強

摘 要：地面效應是基于仿生學原理進而產(chǎn)生的一種理論，學者通過觀察、研究鳥類近水或近地長距離滑翔時極少煽動翅膀的現(xiàn)象，從而獲得靈感，將地面效應應用到汽車領域，不僅很好的解決了汽車能耗問題，提高了汽車經(jīng)濟性，

而且具有極好的環(huán)保效用。關鍵詞：地面效應；汽車；仿生學；低能耗

1 引言

當機翼貼近地面飛行時，由于機翼下表面與地面之間的氣流阻塞作用，使得機翼升力增大，阻力下降，這種升阻比急劇增大的現(xiàn)象稱為機翼地面效應。正是由于機翼地面效應的作用，近地面或近水面飛行器具有優(yōu)良的經(jīng)濟性，較之其它飛行器有更大的經(jīng)濟優(yōu)勢。[1-4]

利用地面效應的優(yōu)勢，地效飛行器應運而生，從產(chǎn)生地效的原理上，地效飛行器可分為靜升類地效飛行器和動升類地效飛行器。

氣墊船是靜升類地效飛行器的典型代表，氣墊船與地面或水面之間存在一層壓縮空氣，壓縮空氣形成氣墊將氣墊船與地面或水面進行隔離，減小了兩者間的摩擦力。在氣墊船上有專門的動力裝置負責向船體下吹風，以便形成氣墊，整個船體靠此氣墊升離地。有另外一套動力驅(qū)動裝置，使船獲得向前的動力。

動升類地效飛行器的典型代表是地效飛機。這類飛機在外形上更像一般的飛機，在產(chǎn)生地效作用起飛之前必須有動力裝置為其提供向前的速度。當飛機貼地飛行時，消耗很少的功率便可獲得較大的升力。

后來將地面效應應用到汽車領域，不僅使汽車獲得了良好的速度特性，而且解決了汽車領域的能耗問題和環(huán)保現(xiàn)狀。美、蘇、法、德、英、日等國，在上世紀六七十年代均對地效飛機做過相關研究，其中最為成功和較早將地面效應成功應用到飛機的是前蘇聯(lián)，在 60年代前蘇聯(lián)研制的“母鷂”式地效飛機，飛行時距離地面 7～15米，最大載客 900人，最大時速達 550千米。

地效飛行器所展現(xiàn)的優(yōu)良性能，使它備受國內(nèi)外學者的青睞和關注。尤其是以俄國為領頭羊的科研團隊，俄國自前蘇聯(lián)時期便開展了此項研究，科研實力和基礎雄厚，發(fā)展迅速。其他國家美、德、英、日和澳大利亞等也在這方面做出了卓越成果，各國間的競爭角逐非常激烈。因此，它已成為當代最重要的軍民兩用高科技項目之一 [5]。

2 地面效應在汽車領域的應用

眾所周知，火車雖然速度很快，但其也有缺陷：多數(shù)火車，如高鐵、動車、城際動車等須運行在預先鋪設好的鐵軌上。假若火車運行過程中不需要鐵軌，那么火車與鐵軌之間則不存在摩擦力，這將大大降低火車能耗損失，有助于提高能源利用率和提升車速。目前，我國在磁懸浮列車上已成功實現(xiàn)了鐵

軌與火車之間的零摩擦力，但是由于運營成本過高，無法在全國實現(xiàn)。

基于以上問題，日本提出了利用地面效應研發(fā)“飛行火車”[6]，如圖 1所示。

由菅原游助率領的團隊，在日本東北大學，嘗試利用地面效應原理研制“飛行火車”。所謂飛行火車即為一種新型汽車，利用車身上的螺旋槳和機翼為車提供推力和升力。在機翼的作用下，車與地面之間形成一層空氣墊，車與地面的摩擦力大大降低，有望實現(xiàn)車的超高速性能。同時，車輛行駛穩(wěn)定性也是一項關鍵技術(shù)，在保證車輛高速運行過程中，防止側(cè)翻也是一項需要重點研究的內(nèi)容。

在我國利用地面效應設計、建造汽車起步較晚。目前，在日本東北大學的主導下，重慶理工大學的賴晨光團隊利用地面效應原理，研究的氣動懸浮列車是一種新型高效率的地效飛行器。由于這種地效飛行器的特殊性，它既不近水面飛行又不在高空飛行，而是貼地飛行，所以尚無針對它的機翼設計及

機翼翼型，國內(nèi)外有關學者參考其他機翼翼型，通過優(yōu)化法得到優(yōu)化后的機翼翼型。國內(nèi)重慶理工大學的賴晨光 [7]團隊以 LA203A為基礎翼型通過遺傳算法優(yōu)化得到的新翼型 LA203A-1開展研究，建立了 LA203A-1三維數(shù)值模型，利用計算流體力學方法對其地面效應下的流場以及氣動特性進行研究。

3 結(jié) 語

地面效應對飛行器的利處在于高效率地

提升飛行器的升力，誘導阻力大大減小，飛

行器的升阻比隨之大幅度降低；任何事物都

有其兩面性，地面效應對飛行器同樣存在不

利影響，在飛行過程中飛行器的俯仰力矩特

性會受到嚴重影響。在起飛和著陸階段，飛

行器的穩(wěn)定性將受到很大影響。

利用空氣動力學原理和地面效應設計研

發(fā)的氣動懸浮列車與所有飛機一樣，這種列車也面臨著機翼傾斜、搖晃和擺動問題，導致底部很難與地面保持平行。

同時，由于氣動懸浮列車車速高，摩擦力小，所以制動是一項亟待解決的問題。

論文得到國家自然科學基金（NO：51566004）和江西省高等學校科技落地計劃項目（NO：KJLD14093）資助。

參考文獻：

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[5]崔爾杰，韓光維 .地面效應空氣動力學研究： 2003空氣動力學前沿研究研討會 [Z].2003，1-7.

[6] 劉霞. 日利用地面效應研發(fā)“飛行火車”：科技日報[Z]. 2011，1.

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