从科幻电影看涵道式飞行器的发展

近年来，科幻题材电影再度升温，最吸引人眼球的是不断涌现

出的高科技装备。其中，一种作为攻击、运输平台的新型涵道式飞

行器在多部影片中出现，借助电影的宣传效应真正进入了人们的视

野，这也从一个侧面说明，电影中所展示的新技术、新装备正成为

军事科技发展的风向标。

一、科幻电影中的涵道式飞行器

在近几年的美国科幻电影中，涵道式飞行器成为一种新兴的作

战平台。最初揭开这一大幕的是采用3 D 技术拍摄的影片《阿凡

达》，该片的全球票房超过27亿美元，引领了随后的科幻电影浪

潮。该片炫目的视觉效果，特别是各类飞行器的战斗场景，给观众

留下深刻印象，其中出镜率最高的就是一系列涵道式飞行器，全称

是垂直涵道升力风扇型直升机。

《阿凡达》中的涵道式飞行器有三种，分别是“参孙”运输

机，“毒蝎”式战机和“龙式”突击舰。前两者的设计思路类似，

都采用了双旋翼系统，且中间有机身隔开，即使有一台发动机被击

中损坏，也还有一台可以继续工作，保证飞行安全。此外，每个螺

旋桨都可以在一定范围内朝不同方向倾向，进一步保证了它们高

速、机动性强的优点。对于“龙式”突击舰而言，可以和“参孙”

运输机、“蝎式”战机一样垂直起降，虽然机动性稍逊，但它装备

了更强火力，且借助于四台涡轮机桨提供的巨大载运能力，使其成

为影片中人类空中突击力量的核心

[1]

。

也许是受《阿凡达》中“龙式”突击舰的启发，随后的大片

《复仇者联盟》中出现了一种更大型的空中指挥平台，即“神盾

局”的总部——天空母舰。它同样采用四台大型涵道风扇作为动

力，给人的直观印象就是为传统的航空母舰赋予了飞行能力，使其

成为真正意义上的海空两栖作战平台。它可以为地面作战提供近距

离空中支援，并可以协调空中攻击及空中防御，将特种作战部队直

接投入战场。

在之后上映的电影《饥饿游戏》和《蝙蝠侠：黑暗骑士崛起》

中，也出现了具有类似涵道风扇装置的新型飞行器，且都具有垂直

起降、低空悬停等特点。

二、涵道式飞行器解密

1 、技术原理

所谓涵道式飞行器，是指在自由螺旋桨的外围设置涵道，以涵

道风扇作为飞行动力的主要来源，具备垂直起降和悬停能力的飞行

器。涵道风扇与传统的自由螺旋桨相比有很多优点，从空气动力学

角度来讲，在螺旋桨后的气流（滑流）会产生明显的缩颈，它的面

积只有螺旋桨旋转面积的一半。普通螺旋桨产生的滑流会耗散一部

分功率，而涵道可有效地将滑流转换成推力。同时，涵道风扇中除

了旋翼产生拉力外，涵道壁还产生附加升力，这是同等直径的涵道

风扇效率大于螺旋桨的一个原因

[2]

。

具体来看，普通螺旋桨在运动时存在的阻力主要有空气摩擦阻

从科幻电影看涵道式飞行器的发展

刘

烽

中国地质大学（北京）

信息工程学院

北京

100083

【摘 要】以科幻电影为引导，概述了新型涵道式飞行器的设计原理和基本结构，着重介绍了涵道风扇相对传统螺旋桨的技术优势。分析了涵道式

飞行器的研制历史和现状，阐述了该类技术的发展前景及在低空突防中的重要作用。

【关键词】科幻电影

涵道式飞行器

低空突防

中图分类号：V275+.2 文献标识码：A

力、压差阻力、诱导阻力和干扰阻力等。桨叶因高速圆周运动而使

叶尖处速度最大，对外界气流产生冲击造成的噪声大，诱导阻力也

比较大，在气动作用下叶尖处容易变形导致效率进一步恶化，这就

是自由螺旋桨动力效率低下和速度受限的主要原因。对于涵道风扇

而言，由于叶尖处受涵道环括限制，冲击噪声小，诱导阻力减少，

使得在同样功率消耗下，涵道风扇较同样直径的孤立螺旋桨会产生

更大的推力。

当然，从制造工艺来讲，良好的效率要求螺旋桨叶尖和涵道内

壁的间隙要非常小，以降低桨叶翼梢部位的气流绕流。风道三维形

状设计也较复杂，需要保证高转速和最小的振动。

2、基本结构

虽然电影中以涵道风扇为动力的飞行器在外型上千差万别，但

就涵道式旋翼本身来讲，其结构设计上基本是大同小异。主要结构

包括涵道风扇、上中心体、下中心体、固定片和导向片等。

上中心体通过支撑架与涵道外壳相连，发动机安装在上中心体

内，驱动涵道内旋翼旋转以提供所需升力。其飞行的基本原理是，

通过发动机的工作带动涵道内旋翼的旋转，给通过涵道体的空气一

个向下的力，形成下洗气流，产生了诱导速度，其反作用力就成为

了垂直起降时的升力。下中心体主要通过固定片与涵道外壳相连，

下中心体内可以安装姿态测量传感器、压电陀螺仪、加速度计等，

通过这些传感器和仪表可以实时监测到飞行器的飞行姿态，所测的

飞行数据可以用于飞行控制。

涵道风扇的外壳主要有三个作用，一是对无人机的内部结构，

尤其是涵道内的旋翼起到保护作用。二是通过影响气流的运动来提

升风扇的效率。三是其截面具有固定翼的翼型，在飞行器高速飞行

的过程中可以提供额外的升力。通常，涵道外壳的内部设计成中

空，其腔体有足够的空间，一部分可以作为油箱使用，储存飞行所

需要的燃料，另一部分用于安装飞控计算机、电源、变压器、伺服

机构和指令接收器等设备。

特别对于涵道式无人机而言，涵道本身就是飞行器的主体，因

而各类设备都要集中在一起。在上中心体内可进一步安装摄像装

置、红外成像传感器或雷达等有效载荷。而在下中心体固定片的尾

部安装导向片或称姿态控制组件，无人机的俯仰、横滚和偏航等就

是通过导向片的偏转来控制的。无人机的涵道外壳就会像固定翼一

样，为无人机提供额外的升力，使得无人机能够像固定翼飞行器一

样水平飞行，并提高了飞行的效率

[3]

。

三、研究与应用现状

目前的涵道式飞行器还是以无人机为主，已成为无人机研发领域

的热点，在体积、隐蔽性和飞行性能上优势明显。特别是在城市环境

中, 传统的无人机受限于常规固定翼气动布局，较难从复杂多变的楼

宇间获取战术信息。因此，具备从狭小地域起飞、在复杂空情中灵活

机动且隐蔽性很好的涵道式无人机正受到越来越多的青睐

[4]

。

（下转第93页）今日中国论坛

CHINA-TODAY FORUM

CHINA-TODAY FORUM 93

学和工作产生应付思想。

2、在西方文化的影响下，教师的价值诉求发生改变，教师对实

际利益的关注度逐渐提高，一切商品化化的倾向使教师开始拷问

“自己的付出是否能得到相应的回报？”，对以往的甘于付出、默

默奉献产生了困惑和迷茫。

3 、高校内部不公平竞争以及学术腐败对青年教师的价值取向

产生了不良影响。高校行政化办学和管理使“权力”所带来的利益

凸显，特别是一些不公平竞争使青年教师产生一种“利益被剥夺

感”。学术腐败、职称评定中注重论资排辈、领导优先、在科研成

果的评定上只重量化不问质量等现象导致一些青年教师偏离了正常

的价值取向，产生急功近利的思想，教师应有的脚踏实地、求真务

实的作风受到冲击，学术不讲创新，无心潜心做学问，敬业、奉献

精神更无从谈起。

四、新时期加强高校青年教师师德建设的对策

1、加强思想政治学习和师德教育。高校应针对青年教师加强开

展政治学习，加强中国特色社会主义理论体系教育，不断提高教师

的理论修养和思想政治素质，从思想源头上使教师自觉杜绝不良思

想的侵害。加强师德教育，开展多种形式的教育活动，增强教师的

使命感、责任感和光荣感，坚定作为一名教师的崇高信念。

2、树立师德标兵，营造弘扬先进、创先争优的良好氛围。在高

校应当大力树立师德优秀典型，评选师德标兵，特别是青年教师师

德标兵，召开师德标兵报告会、交流会，大力宣传师德标兵的先进

事迹，使优秀教师的高尚品德得以弘扬和彰显，使广大青年教师受

到教育和熏陶，使那些默默奉献、不吝付出、敬业乐教的教师受到

尊重和爱戴，并给予突出的物质奖励，以此营造健康向上、弘扬先

进、创先争优的有利氛围。

3、高校应注重加大对青年教师的培养，对提升师德建设的高雅

文化内涵起到有效的推动和促进。高校应注重加大对青年教师的培

养、扶植力度，营造浓厚的教、科研氛围。吸引青年教师把精力投

入到教学和科学研究上，营造有利于青年教师继续教育的环境，积

极开展学术交流和进修培训，推进青年教师学历、学位的提升，加

大资金投入，支持、鼓励、激发青年教师开展工作的积极性和坚定

对教学事业的追求，出台相关政策保障青年教师的利益，免除青年

教师生活上的压力和后顾之忧。加强师资队伍建设，铸造高层次人

才，使教师形成自觉追求真知、追求科学的精神动力，远离低级趣

味的影响，从而对提升师德内涵的高品位起到有效的推动和促进。

4、开展形式多样、健康向上的校园文体活动，如青年教师讲演

赛、歌咏比赛、书法大赛、各种体育竞赛等，使青年教师有展现自

身才华的舞台，以高雅的校园文化活动带动积极向上的氛围，同时

也为青年教师提供沟通交流的平台，促进彼此间的相互学习、帮助

和进步。

5、构建师德建设长效机制高校应建立健全教育、宣传、考核、

监督与奖惩相结合的师德建设工作机制。研究制定科学合理的师德

考评办法，完善师德考评制度，将师德建设作为学校工作考核的重

要指标，把师德表现作为教师资格认定、业绩考核、职称评审、岗

位聘用、评优奖励的重要内容，使青年教师重视自身的行为规范，

提高思想道德素质，以此推动师德建设。

作者简介

崔红，女，

1969

，

5

，吉林长春人，助理研究员，

130062

，研究

方向是高等教育教学、教学管理。

（上接第60页）

涵道式无人机的研究起步于20世纪80年代。最初，美国海军陆

战队提出研制一种空中远程遥控装置(AROD)，用于短时间的空中侦察

和监视。虽然受当时飞行控制技术的制约，该计划在90年代初被终

止。但方案中首次使用涵道风扇提供小型无人飞行器的全部升力，

在结构上将涵道风扇作为飞行器的主体，不失为一次开创新的尝

试。美国国防部于1997年5月首次提出军队转型目标，而美陆军的目

标是于2030年前后打造一支信息时代的战略反应部队，其核心装备

是目前正在大力发展的未来战斗系统(FCS)。FCS的核心分系统中就包

括4种建制无人机（UAV）计划，涵盖了从旅级到排级的作战单位，

其主力无人机将以涵道风扇结构为主，并特别强调了其悬停和凝视

能力。

除了无人机以外，载人式涵道飞行器也已在部分国家的研究计

划之列。“X-鹰”是以色列“城市航空（Urban Aero）”公司在2007

年推出的大型的旋翼飞行器（Fancraft），它是一部双引擎的涵道飞

行器，初步设计分为民用型和军用型两种。在军事用途中，一旦技

术成熟，未来完全可以取代直升机或悍马等战术输送车辆，执行小

批兵力输送任务。以“X-鹰”为代表的飞行器属于新型纵置双涵道

式飞行器，飞行控制系统的设计较复杂，但在未来具有良好的应用

前景

[5]

。

2012年初，中航工业直升机设计研究所展示了一种新构型直升

机模型，该模型采用一台大型涵道风扇为动力，涵道布置于机身的

中央。中航工业领导在直升机所视察时也特别指出，直升机是我国

最有希望率先开拓国际市场的板块，要大力实施集团战略，为加快

直升机产业发展作出更大贡献。

四、发展前景

涵道式飞行器适应于军事和民用两个方面，而军事领域的应用

自然是科技发展的风向标。要适应未来战争所越来越强调的远程投

送与垂直机动能力，涵道式飞行器大有用武之地。可以预见的是，

除了已经发展多年的涵道式无人机，未来的大型载人涵道飞行器势

必会成为航空装备研究的热门领域。

在特种作战方面，比如美军海豹部队击毙拉登的行动中，就动

用了未曾公开的隐身直升机，其中有一架还在战斗中被击中坠毁。

试想如果在行动中使用涵道式直升机的话，可能会取得更好的战

果。当然，如何在最大程度地保证其稳定悬停能力的基础上，尽量

提高其低空突防能力，也会成为此类飞行器在未来研发及作战中应

重点考虑的问题。

科幻电影中的涵道式飞行器大放异彩，虽然距实际应用还有很

长的路要走，但此类装备的发展也从一个侧面反映了未来军事作战

思想和指挥方式的重大变革。

参考文献

[1]

铁血图文

.

光影中的铁血传奇：重武器博览

[M].

北京：人民邮

电出版社，

2011.

[2]

李远伟，奚伯齐，伊国兴，等

.

小型涵道式无人机的研究进展



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