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比亚乔的阿凡提,独树一帜的三翼面公务机

 hercules028 2020-06-11

纵观航空史,公务机在设计上一直倾向于保守,这虽能降低研制风险却不会让人激动。似乎直到近年来才出现诸如“本田喷气”(HondaJet)和“亚当喷气”(AdamJet)之类能让人眼前一亮的反传统设计。但其实早在40年前,意大利人就进行了这方面尝试,并最终导致一种优美的三翼面涡桨公务机的诞生。

意大利空军的P.180
意大利空军的P.180

比亚乔

  意大利久负盛名的比亚乔公司由里纳尔多·皮亚乔(Rinaldo Piaggio)于1884年创立,最初生产火车,在第一次世界大战期间开始制造飞机,到二战时已经成为意大利举足轻重的飞机制造商。

  战后,由于比亚乔工厂在盟军轰炸中被毁,并受到战后初期物质匮乏、经济萧条的影响,比亚乔公司决定离开航空领域,专注生产意大利百姓消费得起的交通工具。当时公司的想法是为大众设计一款廉价摩托车,于是传奇般的“黄蜂”(Vespa)踏板车诞生了。

里纳尔多·皮亚乔的儿子恩里科·比亚乔与“黄蜂”踏板车
里纳尔多·皮亚乔的儿子恩里科·比亚乔与“黄蜂”踏板车

  依靠“黄蜂”热销积累的资金,比亚乔公司大幅扩展业务,从摩托车到汽车制造,并重返航空领域。1948年,比亚乔P.136双发水陆两栖飞机问世,这是一款非常激进的飞机,具有推进式螺旋桨,这一设计特点被一直沿用至今。1953年,西德空军订购了4座比亚乔P.149作为教练机,四年后非常成功的P.166运输机投入使用。

比亚乔P.136
比亚乔P.136

比亚乔P.149
比亚乔P.149

比亚乔P.166
比亚乔P.166

阿凡提

  比亚乔公司在1979年启动了P.180项目,该机被命名为“阿凡提”(Avanti,也就是意大利语“前进”的意思)。项目目标是制造一种能在速度上媲美轻型喷气机(约741公里/小时)的涡桨公务机,同时提供与中型喷气式公务机相同的机舱尺寸,并具有更经济的运营成本。

  要想实现这个目标,首先要要采用当时气动效率最佳的布局,同时还要以传统方式制造飞机。实际上,P.180“前进”的机身90%是金属材料,复合材料仅占10%。该机流线型低阻机身采用非常不寻常的制造工艺,在内部结构铆接到位时,外部蒙皮面板是通过真空压力被保持在适当位置的,这与传统工艺相反。比亚乔公司声称这降低了公差,从而减少了阻力。在P.180上,复合材料仅被用于在必要时创建强而轻的复杂曲线。

P.180早期方案,此时还采用平淡无奇的普通布局
P.180早期方案,此时还采用平淡无奇的普通布局

  出于对推进式螺旋桨的偏爱,无处不在的PT6A-66涡桨发动机不可避免地以这种方式被倒置安装在“前进”的两侧翼根。1485轴马力的发动机被调低到850轴马力的功率,使飞机可以轻松在高温高原机场起降。

  利尔喷气公司(Gates Learjet)于1982年加入该项目,为比亚乔制造机身,更重要的意图是在利润丰厚的美国市场上销售“前进”。但遗憾的是,该公司在1982年退出项目时仅完成了3个机身。

  “前进”高效率气动设计的关键是三翼面布局,并造就了该机令人惊叹的独特外观。三个独立翼面都能产生升力,提高了升阻比,这个布局是比亚乔公司与美国国家航空航天局(NASA)和俄亥俄州立大学航空实验室合作研究出的,主翼采用层流翼型以充分利用流过机翼的未受干扰的气流。常规拖拉式螺旋桨会在机翼上产生不稳定的空气,而“前进”的推进式螺旋桨意味着流过机翼的空气是“干净的”,能实现50%的低阻层流面积,远超传统飞机的20%。

最终定型的P.180三翼面布局
最终定型的P.180三翼面布局

  推进式螺旋桨的另一个优点是使“前进”的机舱内部噪音低于传统涡桨飞机,因为螺旋桨和发动机排气装置都位于机舱后面。但由于推进式螺旋桨的工作受到发动机排气的强烈干扰,导致该机具有较高的外部噪音。

P.180的发动机舱与推进式螺旋桨
P.180的发动机舱与推进式螺旋桨

  尽管“前进”的前翼通常被称为鸭翼,但这并不是严格意义上的鸭翼,不能参与俯仰操纵。但鸭翼安装有后缘襟翼,与机翼襟翼一起偏转以帮助减慢飞机的降落速度。

机鼻鸭翼
机鼻鸭翼

  鸭翼安装角略大于主翼,确保其在主翼之前失速,从而在危险的低速大迎角失速中产生低头力矩辅助改出。鸭翼还具有5度下反角,使后洗气流远离发动机进气口和水平尾翼,后者以T布局安装在垂尾顶部。层流翼、鸭翼和T型尾翼的结合使P.180的总翼面积减少了34%,从而减轻了总重量,提高了飞行效率。

尾翼和腹鳍设计
尾翼和腹鳍设计

  利尔喷气对该机的影响可从安装在机尾的两个腹鳍看出,这是大多数利尔喷气公务机的设计特色,发生失速时腹鳍也可提供改出力矩。

  经过严格风洞测试后,第一架P.180“前进”原型机于1986年9月23日首飞,并于1990年3月获得了意大利和美国认证。

P.180“前进”原型机
P.180“前进”原型机

竞争对手

  80年代初,比亚乔公司将“前进”的竞争对手定位于市场上一些重量级选手,摩拳擦掌试图分下一大块市场份额。在轻型喷气式公务机市场上,塞斯纳“奖状”已经达成现象级销售,而在涡桨公务机领域,最畅销的是比奇“空中国王”、费尔柴尔德“梅林”、罗克韦尔“指挥官”、三菱Mu-2和派珀“夏延”,比奇全新设计的“星舰”也在迅速发展中,即将完成。

比奇“星舰”鸭式公务机
比奇“星舰”鸭式公务机

  有趣的是,所有这些涡桨公务机中,除“空中国王”和“星舰”之外,其余的都在“前进”首飞前停产,但这并没有使比亚乔销售团队的工作变得更加轻松。在某些市场上,创新和性能可能会吸引客户,但公务航空领域的买家都十分保守。比亚乔在美国市场也处于一个明显劣势:它不是美国公司。

  “前进”于1990年9月开始交货,但销售十分缓慢。到1994年底,不到30架的订单中只有26架交付给了客户。到本世纪初,“前进”的销售数字已经上升到50架,其中15架卖给了忠实而爱国的意大利空军。

崭新出厂的两架P.180“前进II”
崭新出厂的两架P.180“前进II”

  此时的比亚乔公司已深陷亏损与负债危机,在一系列所有权变更后公司在1999年被摩根·格伦费尔私募股权公司收购,这成为另一个影响客户对P.180信心的因素。

  公司很快被再次被出售,新的所有者包括法拉利家族和印度塔塔集团,好在同时“前进”的声誉和知名度在不断提高。经过重大改革的比亚乔飞机公司(Piaggio-Aero)在2001-2005年间售出了66架“前进”,销量稳步增长,2007年售出了21架,2008年又售出了30架。但由于经济衰退的到来,销售数字再次下降,在2010年仅售出11架。到2018年底,公司记录显示 已经制造了236架P.180。

“前进II”

  为了增强“前进”的市场竞争力,比亚乔公司在2005年推出了“前进II”。该原型机改装自第105架生产型“前进”,换装更强大的PT6A-66B发动机,虽然这台发动机可生产1630轴马力,但仍降为850轴马力使用,这进一步提高了“前进II”的高温高原性能,并在巡航中提供多达13%的动力。

“前进II”的驾驶舱
“前进II”的驾驶舱

  “前进II”的驾驶舱升级了带玻璃化电子飞行信息系统(EFIS)的柯林斯Pro Line 21航空电子设备。飞机的最大起飞重量也有所增加,内油增加至589千克,是原来“前进”的近两倍半。

  比亚乔公司还以“前进II”为基础进军军品市场,在2013年12月首飞了基于“前进II”的P.1HH“锤头”(Hammerhead)长航时无人机,该机具有更大翼展,可携带500千克武器。但由于研发不顺和原型机坠机,该项目已在2019年被搁置。

P.1HH“锤头”
P.1HH“锤头”

  2015年比亚乔公司推出了P.180 MPA海上巡逻机原型机,该机是“前进II”的深度改进型,具有更大翼展和油箱,安装海上巡逻专用航电。和P.1HH一样,P.180 MPA现在也没有下文。

P.180 MPA原型机
P.180 MPA原型机

P.180三种改型的翼展对比
P.180三种改型的翼展对比

小而美

  在过去40年里,“前进”经历了各种各样的麻烦,但无一是设计方面缺陷。

  将“前进”与大量生产的“空中国王”和“奖状”进行比较是不公平的,该机最接近的竞争对手无疑是比奇“星舰”(Starship),后者是一种革命性的双发鸭式涡桨公务机,在设计上非常激进,于1986年首飞。由于过于激进,“星舰”最后只建造了53架。

独树一帜的三翼面公务机
独树一帜的三翼面公务机

  即便在忠实的美国本土市场上,“星舰”也从未取得过销售成功,部分原因是该机的速度比承诺的要慢55公里/小时,航程要短40%,而且价格比其要取代的“空中国王200”贵100万美元。

  有人说这是公务机市场尚未准备好接纳激进的设计的缘故,但比亚乔的阿凡提在首飞34年后仍在生产,这一事实证明了其三翼面设计的成功。

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