加拿大Avro VZ-9 Avrocar

跳到导航跳跃搜索Avro Canada VZ-9 Avrocar是由Avro Canada开发的VTOL飞机，是冷战初期美国秘密军事项目的一部分。[2]Avrocar打算利用Coandă效应，从单个涡轮增压器将排气吹出盘形飞机的边缘，提供升力和推力。在空中，它会像一个飞碟。

该项目最初设计为一种类似战斗机的飞机，能够以非常高的速度和高度飞行，随着时间的推移，该项目一再缩小规模，美国空军最终放弃了它。美国陆军随后开始开发战术战斗机，这是一种高性能的直升机。[3]在飞行测试中，Avrocar被证明存在未解决的推力和稳定性问题，这将其限制在降级、低性能的飞行范围内；随后，该项目于1961年9月被取消。

在该计划的历史上，该项目被许多不同的名称所引用。Avro将这些努力称为Y项目，个别车辆被称为铁锹和欧米茄。Y-2项目后来由美国空军资助，美国空军将其称为WS-606A、1794项目和银虫项目。当美国陆军加入这一努力时，它最终取名为Avrocar，并将其命名为VZ-9；，这是美国陆军VZ系列VTOL项目的一部分。

Avrocar是设计师杰克·弗罗斯特(Jack&34；Frost)一系列蓝天研究项目的最终成果，他在为几家英国公司工作后，于1947年6月加入Avro Canada。[4]他从1942年开始在德哈维兰工作，曾在德哈维兰大黄蜂、德哈维兰吸血鬼喷气式战斗机和德哈维兰燕子飞机上工作，在那里他一直是超音速研究项目的首席设计师。[5]。

在Avro Canada，他在创建被称为特殊项目组(SPG)的研究团队之前，曾致力于Avro CF-100。弗罗斯特首先与一群志同道合的特立独行的工程师围在一起，然后安排了一个工地。SPG最初安顿在行政大楼行政翼的一个嘲弄绰号&阁楼，后来被重新安置到公司总部对面的一座二战时期的建筑-谢弗大楼(Schaeffer Building)，那里有保安、锁着的门和特别通行证。有时，SPG也在实验机库外运作，在那里它与其他深奥的Avro项目团队共享空间。

当时，弗罗斯特对喷气发动机的设计和如何在不牺牲涡轮发动机的简单性的情况下提高压缩机的效率特别感兴趣。他发现弗兰克·惠特尔的倒流设计太复杂了，他对如何清理布局很感兴趣。这促使他设计了一种新型的发动机布局，将火罐直接放在离心式压缩机的外缘外面，像车轮上的辐条一样向外指向。压缩机的动力来自一种类似离心风扇的新型涡轮，而不是传统发动机更典型的风轮式设计。涡轮机使用齿轮而不是轴来驱动压缩机。由此产生的发动机被布置成一个大圆盘的形式，他称之为煎饼发动机。喷气推力从发动机的整个轮缘出来，这给试图使设计适应典型飞机的设计带来了困难。

与此同时，整个航空业对垂直起降飞机越来越感兴趣。预计未来的任何欧洲战争都将以核交换开始，这将摧毁大多数空军基地，因此飞机将需要在有限的空军基地、道路甚至是毫无准备的田野上操作。大量的研究工作被投入到各种解决方案中，以确保第二次打击的能力。其中一些解决方案包括火箭发射的飞机，如零长度发射概念，而许多公司开始研究垂直起降飞机，作为更合适的长期解决方案。[7]。

弗罗斯特认为，他的新发动机的出色性能将是垂直起降飞机的天然合适之处，因为它的预期功率重量比很高。问题是如何利用环形推力来驱动飞机前进，以及将非常大的发动机安装到合适的机身上的问题。弗罗斯特建议使用一系列管道和通风口，将从发动机前部流出的推力重新定向到后部。为了保持管道尽可能短，设计将推力沿本质上是一个厚的三角翼的前缘向外移动。由于发动机是圆盘状的，三角形的形状被推到靠近发动机盘的前部，形成一个大致像扑克牌上的铁锹的形状。[6]为此

发动机是圆盘形的，进气口位于中间，这意味着发动机进气口必须位于机翼中部附近。在Ace的设计中，这些位置正好位于飞机顶部和底部中心的前面。驾驶舱位于进气口后面的主轴承上方。顶部和底部的脊椎从驾驶舱区域一直延伸到飞机的后缘。基本布局的其他几个版本也被研究过，包括欧米茄，它更像圆盘，因为它也去掉了三角翼的后部。

对于垂直起降操作，飞机预计将直立坐着，由伸出脊椎的长着陆腿支撑。着陆将以非常高的角度进行，使进场过程中的能见度变得非常困难。那个时代的其他一些垂直起降试验尝试了各种解决这个问题的方法，包括旋转飞行员座椅和驾驶舱，但没有一个被证明是非常有效的。各种垂直起降飞行实验的另一个问题是，悬停状态下的稳定性很难安排，尽管并非完全出乎意料。要解决这个问题，就需要将推力从更大的区域向下引导，就像在直升机中一样，升力是在转子盘的整个区域提供的。[3]大多数设计师转向从发动机的压缩机中排出空气，并通过飞机周围布置的管道引导空气。弗罗斯特的发动机设计使用了如此大量的喷嘴，这样的布置不太容易建造。

1952年，该设计非常先进，加拿大国防研究委员会以一份价值40万美元的合同资助了这项工作。到1953年，Y项目的木制模型已经完成，只剩下图像。似乎该项目在军方内部被认为过于昂贵，当时军方参与了几个极其昂贵的防空项目。1953年2月11日，一篇关于该项目的报道连同欧米茄设计的图片一起泄露给了“多伦多星报”，显然是为了获得进一步的资金。[a]五天后，国防生产大臣通知下议院，Avro确实在研究一种飞碟的模型，能够以每小时1500英里(2400公里/小时)的速度飞行，并垂直爬升。[a]五天后，国防生产大臣通知下议院，Avro确实正在研究一种能够以每小时1500英里(2400公里/小时)的速度飞行和垂直爬升的飞碟模型。然而，没有提供进一步的资金。

在Y项目继续进行的同时，弗罗斯特开始对Coandă效应感兴趣，在这种效应中，流体流动将遵循强烈的凸形，这可能是乍一看出乎意料的事情。弗罗斯特认为，这种效果可以用于他的发动机设计，以生产更实用的垂直起降飞机，排气在飞机的上表面向外流动，然后在襟翼状的布置上向下流动。这将在飞机的整个边缘产生一种升力，使它能够降落在平坦的地面上。为了选择合适的机身形状，他用压缩空气代替发动机设计了许多小型实验设计，并最终确定圆盘是最好的解决方案。[8]。

当他继续这些实验时，他发现他打算用于垂直起降飞行的相同的推力方向系统同样适用于前向飞行。在这种情况下，圆盘形状本身并不是一个好的升力面，因为它在升力方向上是中性的-也就是说，它会像向前飞行一样容易地横向飞行。然而，通过应用少量的喷射推力来改变气流，飞机上方的整体气流可以被戏剧性地改变，从而创造出一种任何所需配置的虚拟翼型。例如，通过引导即使是少量的喷气式推力向下，大量的空气将被拉过机翼的上表面，并极大地增加机翼上的流动，产生升力。[9]。

这似乎为那个时代最令人烦恼的问题之一提供了解决方案，即设计一种在亚音速和超音速下都有效的飞机。亚音速升力是由沿流线型的机翼周围气流产生的，而超音速升力是由临界曲率点处的冲击波产生的。没有一种单一的设计可以为两种制度提供高性能。吹气圆盘可以解决这个问题，方法是只为超音速性能而布置，然后使用喷射推力将亚音速气流修改为类似于正常机翼的气流。由此产生的设计将调整为高超音速性能，具有合理的亚音速性能，并将提供垂直起降，所有这些都在一个设计中。[需要引用]。

1953年末，一组美国国防专家访问了加拿大Avro公司，参观了新型CF-100战斗机。[10]在途中的某个地方，弗罗斯特选择了观光路线，改到了特别项目区，在那里他继续展示了项目Y的模型和图纸(有些以前从未见过

美国空军内部对这一概念存在一些争论，因为许多组织试图为自己喜欢的项目获得资金，比如核动力轰炸机。[11]1955年，《Look》杂志刊登了一篇内容广泛的文章，重复了早先发布的《多伦多星报》(Toronto Star)，其中一篇文章推测，目前目击到的UFO是苏联制造的飞碟。文章接着用图表描述了这种飞机，这些图表明显受到Avro设计的影响。[12]。

为了测试目的，设计了一种由6台阿姆斯特朗Siddeley Viper喷气发动机穿过叶轮外缘的新发动机，名称为PV-704，PV代表私人冒险。PV-704是一种权宜之计，安装在Avro实验测试设施后面的地堡状建筑中。它的目的是测试各种项目1794的概念，并向美国空军提供测试数据，以显示该概念的可行性。最初测试毒蛇发动机试验台的最初计划是继续进行自由飞行测试。不幸的是，测试一点也不顺利；测试模型遭受了危险的石油泄漏，导致三起火灾。[13]最终，即使安全地安置在由防弹玻璃和四分之一英寸厚的钢材建造的隔间里，工作人员也害怕这台机器。1956年，最后一次灾难性的、几乎致命的发动机测试，其中包括一台毒蛇喷气发动机疯狂运转，这让弗罗斯特相信有必要使用危险程度较低的测试车辆。

为了在发动机继续开发的同时收集基本概念的飞行数据，1958年，弗罗斯特提议建造一种更小的概念验证飞行器，他称之为Avrocar。在这一点上，美国陆军参与了各种各样的小型垂直起降飞机的实验，这些飞机将充当飞行吉普车[14]，他们也开始对Avro的概念感兴趣。[15]弗罗斯特将他较小的设计既作为适合陆军需要的车辆原型，也作为WS-606的空气动力学试验台。Avrocar的初始性能要求是在地面效果下具有10分钟的悬停能力，有效载荷为1000磅(450公斤)，射程为25英里(40公里)。[15]。

新的计划似乎让每个人都很高兴，一份价值200万美元的联合服务合同[16]由空军管理，授予Avro制造和测试两辆Avrocar，陆军称之为VZ-9-AV(AV代表Avro，#34；不同寻常地偏离了美国陆军的正常命名法[17])，这是VZ-34；VZ&34；飞机系列中的最新一款。军队对Avrocar项目的兴趣显然非常高。空军飞行动力学实验室的伯纳德·林登鲍姆(Bernard Lindenbaum)回忆起20世纪50年代末的一次华盛顿之行，当时他要求为一项关于直升机减阻的研究提供额外资金。虽然拨款获得批准，但他无意中听到一位陆军上将说，休伊直升机将是陆军最后一架购买的直升机，因为直升机将被Avrocar取代。[15]。

空军大约70万美元的额外资金(606A计划未支出)也被转移到Avrocar项目。1959年3月，又收到了一份价值177万美元的第二台样机合同。在推出时，预计性能远远超出要求，最高时速225节(417公里/小时)，最高速度10,000英尺(3,000米)，有效载荷1,000磅(450公斤)时射程130英里(209公里)，有效载荷2,428亿磅(1,101公斤)时悬停在地面效果之外。计算出转换为前向飞行离地效应的最大起飞重量为5650亿磅(2560千克)，转换为地面效应(GETOL)的最大重量为6970亿磅(3160千克)。[15]。

就在第一批可运行的测试模型制造出来的时候，灾难降临了。加拿大政府在1959年2月20日黑色星期五取消了Avro CF-105箭计划。随之而来的结果是几乎所有的Avro Canada员工都被解雇了，包括那些特殊项目组的员工。然而，在取消Arrow的消息宣布三天后，许多特别项目的员工被重新聘用。但这并不是像往常一样营业。该小组现在包括CF-100和CF-105小组的人员，特别项目组被转移到几乎空无一人的主楼。此外，铜业公司也更多地参与了该集团的运营。[18]。

美国空军项目办公室专门负责Avro项目，建议取消WS-606A和所有相关工作(包括Avrocar)。A&34；Stop/Go；[19]工作令下达，弗罗斯特被迫再一次试图抢救这项工程。在一次精心策划的努力中，弗罗斯特提出了一个响亮的理由，要求美国继续提供军事资金。1959年5月下旬，美国空军授权Avro继续飞碟项目。[20]。

Avrocar是一种圆盘状的飞行器，其基本形状与飞盘相同，即上部

转子的动力由连接到桁架上的三个大陆J69-T-9喷气发动机提供。每台发动机都有自己的燃料箱和油箱以及其他支持系统，尽管预计这些系统将在未来的型号中相互连接。机身的大部分是由铝制成的，空重为3000磅(1400公斤)。[22]Avrocar的起落架很简陋，三个小铸轮安装在短轴上；后来在测试中更换了一套滑板，尽管它们没有正常安装。[23]。

飞行员的控制完全是通过一个侧面安装的操纵杆进行的。俯仰和侧滚可以通过常规的前后和侧向运动来控制，而偏航可以通过扭转操纵杆来控制。没有使用机械连接，相反，操纵杆控制着飞机周围的高压空气流动，这些高压空气要么直接连接到各种操纵面上，要么间接通过本地电缆连接来取代原本打算由电缆驱动的控制装置(如发动机上的节气门控制装置)。[21]。

姿态/推力控制系统由一个位于主盘外部的大环组成，形状大致像一个圆形三角形，内表面平坦。从侧面看，控制襟翼几乎是看不见的，出现在它的中性位置，与外形融为一体。飞行员的控制环相对于飞机的其余部分移动，影响从飞机中心向外移动的气流。垂直升力可以通过向下移动整个环来增加，这将在其上表面产生更多的气流，然后在这个表面上向地面弯曲。倾斜环导致方向控制的不对称推力。[24]。

人们发现，飞行器在前进飞行中本质上是不稳定的，因为空气动力学压力中心远远向前移动。[25]因此，Avrocar包括一个独立于飞行员控制的机械稳定性增强系统。涡轮推进器有相当大的角动量，并打算充当一个强大的陀螺仪，提供一个正常的飞行方向。当飞行器相对于转子移动时，附着在转子底座上的控制电缆将被拉动，从而启动操纵面以抵消运动。

运载火箭由两名机组人员驾驶，放置在单独的驾驶舱内，挤入机身的空白区域。在实践中，在测试期间通常只有一名飞行员在飞机上；许多飞行都是在第二个驾驶舱有观察员的情况下进行的。在控制问题完全解决之前，Avro试飞员获得了极其灵敏的控制输入触摸，Avro飞机首席开发试飞员Potocki最终能够展示不插手飞行。尽管如此，Avro试飞员彼得·科普、美国空军项目飞行员沃尔特·J·霍奇森和NASA艾姆斯研究中心首席试飞员弗雷德·J·德里克沃特三世都曾驾驶Avrocar，他们认为Avrocar仍然是一种棘手的飞行器。德里克沃特把飞行比作。

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