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[信息] 为什么要自制飞机?(转贴)

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发表于 2007-5-24 16:08:53 | 显示全部楼层

为什么要自制飞机?(转贴)

为什么要自制飞机?
我又给自己出了个难题。我觉得自己好像那个傻傻地问George Mallory为什么要登珠峰的人,George Mallory回答说因为山在那儿(because it's there.) 希望大家看到这个题目不会愠怒的说,"废话,因为我想造." 每个人有每个人的理由,每个理由都是正当合理的.这里我只想介绍几种在美国爱好者中比较有代表性的原因供大家参考.中国国情不同,每个人的理由应该会更多样化,但一些基本的东西应该相同.不管理由如何千变万化,我希望大家都能理性的看待自制飞机,作出最适合自己实际情况的决定.自制飞机的制造费用以千或以万记,制造时间以月或以年记,还不算制造过程中会失去的与家人朋友交流的机会,完成的飞机关系到自己的身家性命还可能关系到其他人的生命财产安全,相信大家都会慎之又慎.

1.享受制造过程的乐趣(痛苦?)和欣赏完成作品的愉悦.换句话说,为造而造.这种变态很容易分辨,只要看他造了多少架就行了.我训练的机场有个家伙造了7架各式飞机.对这种人来说,机型和材料不是最重要的,只要有得造就就好. 他们往往在完成一架飞机后很快就卖掉,又开始寻找新的机型制造,有的人甚至对一种机型乐此不彼,造了又造.如果您认识这种朋友,恭喜,您有了一个最佳帮手.记住收他钱,不能让他白玩.不过这类爱好者的观点对正在考虑是否要自制一架飞机的爱好者可能很有启发性:如果你喜欢制造的过程,那么你就造;如果你喜欢飞行本身大过制造的过程,那么你最好还是直接买一架可飞的飞行器飞. 这个判断标准对对飞机性能要求越低的爱好者越适用。

2.寻求比商业制造飞机自己更喜欢的更优秀的机型.这可能是美国自制飞机爱好者最普遍的动机.这类制造者寻求商业加工帮助的可能性也最大,因为他们可能并不愿意花几年的时间在套材拼装上,但又就是喜欢某个在商业制造飞机中找不到的设计.自制飞机的机型选择范围比商业制造机型大得多.如前文所说,数百种自制飞机设计,总有一款能满足您的要求.这种动机在两座轻型飞机上体现最明显.现在市场上商业制造两座飞机选择范围非常有限.对制造商来说,造一架两座飞机的成本比一架四座飞机只低15%左右,而售价要低30%左右. 自60年代以来,几乎没有新的商业生产两座轻型飞机的设计.有趣的是90年代出现的几种新机型都是从自制套材飞机发展而来的,比如Liberty和Zenith 2000.无怪乎现在自制飞机的主力都是两座.这种动机在高性能四座及以上轻型飞机上体现得也很明显.现在这一级别的商业制造飞机仍然是50年代设计的Bonanza, Mooney等唱主角.90年代出现的新秀Cirrus SR22和Lancair Columbus也都是从自制套材飞机发展来的.而同级自制飞机的性能更胜一筹.使用350马力发动机,Lancair IV-P(增压座舱)在24,000英尺高空巡航速度可达300节,是至今唯一能参加雷诺航空赛(Reno Air Racing)无限制级别的套材飞机,至今仍保持运动级别(sport class)的数项速度纪录.对古董飞机爱好者来说,套材飞机可能是他们的唯一选择.从一战"红色男爵"的Fokker飞机到二战的P-51,都有不同比例,不同性能,不同价位的套材供其选择.

3.经济因素.跟我们想象的可能不同,比同级商业制造飞机低的价格的这个动机在美国自制飞机制造者中可能是最不常见的.原因很简单:自制飞机并不省钱,特别是跟同级二手商业制造飞机相比,往往更贵.性能越低的自制飞机设计这种表现越明显,只有越往高走,自制飞机的价格优势才明显起来。飞机最贵的两部分:发动机和航电仪表,自制飞机制造者基本无法自制,个人购买这两部分的价格往往比商业制造商批发的价格高不少.安装的费用也很高.一套基本IFR航电仪表的安装不会低于3000美元.如果考虑制造者上千小时的工时成本,自制飞机的费用更高. 当然,自制者在实践中也有不少降低这两部分成本的独有的优势,比如可以买旧发动机和仪表,自己动手改装汽车用发动机,航电仪表本着够用就好的原则等.越来越多的套材制造商也从发动机厂商以商业批发价购买新货然后以较低价格转卖给套材购买者. 就两座自制飞机来说,使用80马力以上发动机的机型,只安装白天用基本VFR仪表,用手持无线电,即使Kitfox这类钢管加蒙布的低成本设计,最后的总制造费用也很难低于3万5千美元.这个成本高于一架70年代状态良好的塞斯纳152的价格.高于5万美元的制造费用很常见.至于四座机型,航电仪表这部分投入完全看制造者的经济能力,差别可以很大,我看到的几款总制造费用都高于7万美元.而螺旋桨套材飞机极品之一的Lancair IV-P的机体套材售价就超过了10万美元.Lancair IV-P的总制造费用虽然普遍接近30万美元,与Cirrus SR22的29万美元售价相差无几,但跟Mooney的38万多和Bonanza(六座)的65万美元售价相比还是便宜不少,而性能上巡航高度和速度大大超出这几种同级的商业制造飞机.

2为什么要自制飞机?

因此,对于美国制造者来说,除非是高性能的设计,否则制造本身的费用不是他们想省和能省的.如果美国制造者有经济因素的考虑的话,那就是自制飞机使用和维护的成本一般比商业制造飞机低.在美国注册的所有飞机,不管是商业生产的还是自制的,都必须每年年检以确保适航状态.自制飞机制造者在申请适航证时可同时申请该飞机维修资质,这样制造者自己就可以做年检和平时维护保养,甚至可以做发动机大修.可以说,这种情况下制造者完全自己对这架飞机负责.自制飞机的维修资质有两点说明:1)必须是完成了51%制造部分的制造者本人申请.如果从别人手里买的未完工飞机,即使自己完成其余部分也很难申请到维修资质.FAA给自制者发维修资质的前提是申请者必须对这架飞机的制造过程和状态非常了解.2)申请者只能获得他制造的那架飞机的维修资质.换句话说,一个维修资质只针对一个申请者,一架飞机.相比而言,商业制造飞机的使用维修成本就高了. 除了FAR 91部中规定的可由机主自行或在有资格的维修人员的监督下由机主自己完成的一点维护外(如换机油),其它所有维护工作都必须由有机身和发动机维护资格(A&P,airframe&powerplant)的航空机械师完成,年检更不用说.商业制造飞机的每一个零件和设备都必须是通过FAA检验,符合TSO(technical service order)标准,任何改装都必须满足FAA的STC(Supplemental Type Certificates)要求.现在FAA发放自制飞机的维修资质有越来越严格的趋势,因为快装套材和商业加工帮助的大量出现,制造者自己动手的部分越来越少,而现在高性能套材飞机和现代航电仪表的维护也越来越复杂.

4.最后是最少的一种情况,但我认为是最代表自制飞机精神的一个动机:就是自己制造自己设计的一架飞机.因为没有一种现成的符合某种要求的飞机,那么就自己设计制造一架.很多自制飞机的设计者一开始的目的并不是要销售套材,而是完全出于自己的兴趣爱好,比如最成功的RV系列.如前文所述,我人为自制飞机代表的精神是自力更生,相信科学,开拓创新. 正是这种精神使得自制飞机在航空史上有自己的地位和贡献,因为在设计时不用优先考虑商业效益,也不是政治任务,完全是设计者自己的追求.最有代表性的一些自制飞机设计无一不反映出这种精神."旅行者号"飞机的诞生过程就是这种精神的完美体现.可能有人会说"旅行者号"更像一项专业的航空试验,因为Burt Rutan本身有飞机设计的丰富经验和背景,Dick Rutan是经验非常丰富的飞行员和数项飞行记录创造者,特别是他们有自己的飞机制造工厂.这些条件当然非常重要,应该说是必须的.但Rutan兄弟自己认为"旅行者号"是地地道道的自制飞机,因为整个设计制造过程没拿政府一分钱.在设计制造开始阶段,他们屡屡碰壁,找不到一家赞助商(他们拒绝了许多主动上门的外国公司,包括最有可能的日本JVC公司,因为他们要制造一架代表美国精神的飞机,但最后的赞助商还是包括了Audi),直到飞行成功,他们仍欠着20多万美元的债.现在Rutan兄弟也不富有. 我想强调,不管他们的自身条件如何,没有人要求Rutan兄弟设计制造"旅行者号",许多条件跟他们不相上下的设计师和飞行员根本没有这种想法. Rutan兄弟,Jeana Yeager和许多为”旅行者号”无私奉献的人们不是为了商业或政治上的功利,只是因为"it’s there." 

我不是说出于这种原因设计制造的自制飞机一定要像RV或"旅行者号"一样出名才行.实际上从自制飞机出现以来,有许多设计只是一瞬既逝,有的是非常有个性的设计,比如飞行汽车,但正是这些无法获得商业成功的设计铸就了整个自制飞机的基础,使得自制飞机保持了与商业生产飞机不同的气质.

您现在说服自己为什么要自制一架飞机了吗? 您确定还是喜欢制造的过程吗?如果此文没有把您吓退,那么太可惜了,您下面可能就无路可退了,接下来就是考虑机型的选择了.这是第四部分要讨论的问题.





购买私家飞机 提前两年准备





  在北京,买辆汽车两小时就可以全部搞定———而卖车的更不会问你有没有驾照。但买飞机可不像买轿车,特别是购买私家飞机,空中管制部门权威人士透露说,“至少要提前两年着手准备。”因为我国空域是由空军指挥管理的,要购机必须经过严格的申请程序和登记手续,需要和民航总局、空中交通管制部门以及机场、海关等等不同部门打交道。

3为什么要自制飞机?
  私人购机除了雄厚经济实力,首要条件就是购机者必须先取得由中国民航总局认可的飞行驾驶执照。在人们的印象中,飞行员要具备万里挑一的身体素质才行,但对于轻型飞机驾驶员来说,身体也要好,但要求相对宽松。
  记者采访了民航华北地区管理局航卫处,监察员高树明介绍了私人飞机驾驶员的体检要求。虽然对私人飞机驾驶员的体检要求比其他民用飞机驾驶员低,但也要严格按照2001年8月31日起实行的《中国民用航空人员医学标准和体检合格证管理规则》办。驾驶执照申请者年龄限制在16~60岁间(超过60岁可以申请特许飞行),申请私用驾驶员执照,必须至少持有Ⅱ级体检合格证。
  通过了体检关,还要参加6~8个月的初级培训。北航轻型飞机研究所的邓老师介绍了培训的内容:“培训分为理论教学和飞行训练两阶段,理论教学学习的课程有飞行原理、飞机构造、发动机原理、气象学等等,然后在民航总局批准的标准题库中选题考试,成绩合格再进行实际飞行训练,学员最终在培训中心获得结业证,然后持其他相关证件到本人所在地民航管理局办理驾驶执照。与汽车驾照分ABC级别相同,飞机驾照也分类,学的是哪种飞机,就只能开哪种飞机,要想飞其他机型需要改装飞行,相当于汽车执照增驾。最后经过民航总局的统一飞行测试合格后才可拿到国际通用的私人飞行驾照。私用飞机、初级飞机和滑翔机驾驶员体检合格证有效期为两年,其中年龄满40周岁以上者为一年。
  自己拿到驾照后,第二步就要替飞机办证了。飞机适航证的办理比考飞行驾照难上百倍,因为牵涉了民航总局、空管局、管理局、机场等等部门。顺利情况下,一般需要两年才可拿到飞行驾照和飞机适航证。不过,也有一些飞机制造商在飞机出厂时会将飞机适航证办好,没办的最好与制造商协商交由他们负责办理。
  蜜蜂占据轻型飞机半壁江山
  个人应该买什么样的飞机?业内权威人士告诉时讯记者,国产的蜜蜂超轻型飞机最便宜的蜜蜂3c型单价仅仅15万人民币;蜜蜂4型可乘坐3人,单价20万元,蜜蜂11型金属机翼封闭座舱价格为32万元,也就是一辆中高档汽车的价钱。
  蜜蜂系列飞机诞生于上个世纪七十年代中期,是中国最早的超轻型飞行器,它的总设计师是北京航空航天大学的胡继忠老师。当时,蜜蜂一号主要设计用于农业。1982年,蜜蜂二号实现了中国轻型飞机的首次载人飞行。中国在1986年前后,也曾经经历了超轻型飞机的销售热潮,那时候蜜蜂三号载重量增大,也由单座设计变为双座,并获得国家科研进步三等奖,轰动一时。
  经过20多年的发展,目前我国自行设计的超轻型飞机有200多架,其中2/3是蜜蜂系列。胡继忠也被业内称为中国超轻型飞机之父,他认为,飞行器的设计要适应社会的需要。目前,北京航空航天大学有4种机型取得了民航的生产许可证,用途在航空摄影、体育、培训、农用、旅游等方面。虽然蜜蜂系列飞行器的初始设计并非出于私人享乐而用,但从其性能价格比来看,无疑为私人飞机在中国普及提供了硬件保证。
  北京雁栖湖航空俱乐部的梁建英作为蜜蜂飞机的使用者告诉时讯记者,“20多年了,蜜蜂飞机在外观方面的确没有太大改进,但开飞机可和开汽车不一样,外表好看不好看在次,最主要是看它是不是成熟机型,蜜蜂系列的性能价格比不错,是值得信赖的成熟机型。”
  北航轻型飞机研究室邓老师在给我们介绍蜜蜂超轻型飞机优越性能时如数家珍,“首先是对起降场地的要求非常低,只要不是泥巴地就行,小石子地、戈壁滩都可以起降;另外对跑道长度要求也很低,起飞滑跑的距离在60~112米,也就是说三四百米见方的一块地就可以随意起降了;易于维护对于并不是非常专业的轻型飞机驾驶员来说也很重要,飞机的各个部件都有设计使用寿命,比如蜜蜂11的机翼、机身骨架、发动机架使用寿命是2000小时,发动机寿命500小时,起落架2000次起落,机身蒙皮1000小时等,按要求,飞机出厂后,每年须对各个部件检修一次,第三年进行全机大修,即使在长期停放情况下也应如此。

4为什么要自制飞机?
  蜜蜂飞机的维护优势在于关键部件易于检查,可达性好,也就是说出了问题都一目了然;安全系数高也是超轻型飞机的优点,蜜蜂飞机可能出现的最大意外就是发动机空中停车,停车原因可能是出现发动机过热拉缸或是配油比例不对,但即使出现发动机空中停车,凭借良好的滑翔性能,蜜蜂飞机也可以非常平稳、安全地降落;最后是拆装非常简单,机翼拆下来,用一辆130卡车就可以把它运走。”
  海外私人飞机市场概览
  美国:开着私人飞机去放牛;客人来了先到天上转一圈。
  捷克:私人飞机普通得像中国的风筝;降落国际机场不用交费。
  北京航空航天大学轻型飞机研究所的邓老师向时讯记者介绍说,上个世纪七十年代甚至更早,美国的轻型飞机就已经普及到了家庭。1953年,一个由民间飞行爱好者组成的美国飞机实验协会(EA)宣告成立,协会的成员主要是飞行高度在300米以下的超轻型飞机拥有者。那时候,美国人在周末用车载集装箱拉着自家的轻型飞机到郊外组装,再飞几圈玩一玩就已经非常普遍了。
  1996年,邓老师到美国威斯康星州参加万人飞行大会,亲眼看到几万架轻型飞机到场,非常壮观。“从小学生在加工间里动手制作航模开始,美国的航空普及程度很高。很多是我们中国不能想像的。”邓老师介绍说,从全球范围看,美国也是私人飞机发展得最好的国家,驾驶私人飞机与马术、高尔夫并称为三大贵族运动。驾驶私人飞机的多是好莱坞明星及企业家。而根据私人飞机意向订单的统计,在中国希望能驾驶私人飞机的多是民营企业家及飞行发烧友。
  北京雁栖湖航空俱乐部负责人梁建英告诉时讯记者,“美国地广人稀,有的老太太往往开着飞机去超市;每年举行的万人飞行大会上,每个人都带着自己制作的轻型飞机参加;放牛牧羊也都可以开飞机;有客人来到,主人可能先带着上天飞一圈,俯瞰周围景致。”
  据资料显示,全美共有70多万人持有飞行驾照,有1.4万多个小机场。许多人把它像汽车一样作为城际之间的交通工具,自己开着飞机前往异地进行商务活动。还有许多人把轻型飞机当作一个娱乐工具,在假日里自由自在地在天空翱翔。美国飞机实验协会提出了一个幼鹰计划,就是要在近年内让100万个6岁至17岁的青少年至少上天飞行一次,这一计划进展十分顺利,为超轻型飞机的未来发展做好了人才储备。超轻型飞机在美国已带动了许多产业的发展,飞机制造业、培训业、商业、旅游业每年至少从中获得超过20亿美元的收入,并且它使美国空军及民航飞行员的挑选有了很大的选择余地。
  梁建英告诉记者,目前他们正准备和捷克的一家轻型飞机公司进行合作,预计明年将作为捷克威风飞机的中国销售代理。捷克也是世界上航空工业非常发达的国家,航空工业的重心就是在小型飞机领域。他们的小型飞机对美国都有相当大的出口量。在捷克,私人飞机有权利降落国际机场,提前一天申请即可,而且是不交费的。威风飞机的销售负责人保罗说,“在捷克,我们看天上的飞机,就像中国人看天上的风筝一样,很普通,谁都可以拥有自己的飞机。”



美国自制飞机的发展趋势(早期到70年代)
更正:第一部分中FAA颁布试验航空器条款是1947年。

首先声明我不是航空史研究者,无意把这篇短文写成编年史。我只想试图帮助大家理解现在三百多种图纸和套材自制飞机的局面是怎么来的。也许大家可以从中受到启发,找到适合中国国情的自制飞机发展道路。因为时间年代在此文中只是引线,文中提到之处没有专门核实,如有错误请见谅。我相信不会太离谱,也应该不会影响大家了解美国自制飞机的发展脉络。又是一堆废话,下面是正文。本文参考了Ronald Wanttaja的 “Kitplane Construction”(second edition)(顺便说一下,该书是自制飞机的入门读物,全面介绍了自制飞机的所有情况。)

概括来说,美国自制飞机如其它事物的发展一样,也经历了由少到多,由简到繁,直到现在百花齐放的局面。大致可以以70年代为分水岭,但有一种东西始终未变,只被发扬光大:就是我认为的自制飞机代表的自力更生,相信科学,开拓创新的精神。

5为什么要自制飞机?

1)早期。按EAA的说法,莱特兄弟制造的人类第一架动力飞机同时也是第一架自制飞机—连发动机都是自制的。这是废话,发明本来就是无中生有。但莱特兄弟发明飞机完全体现了上面提到的自制飞机所代表的精神。这种精神80年后再一次在“旅行者号”飞机身上得到完美体现。在第三部分“为什么要自制飞机“中我还会进一步阐述我对这种精神的理解。

直到一战以前,生产的飞机也许都可以算“自制飞机”,甚至可以说比今天的绝大多数套材飞机更符合“自制“的特点:手工作坊生产,没有统一生产的部件,使用各种替代品(如用钢琴琴弦做操纵索),同一工厂生产的飞机也是千差万别,而且制造图纸任何人都可以买到. 这种情况到一战后期因军事的量产需要有所改观,但仍然更像”自制飞机”而非商业生产飞机. 实际上一战对航空生产的最大贡献是实现了航空发动机的量产. 这里需要特别指出的是, 尽管这一时期的飞机生产更像自制飞机,但这是受当时整体航空工业水平所限的结果而非目的. 

2) 真正意义上的自制飞机崭露头角是随其它许多航空史上的重要事件一起出现在航空史上的黄金30年代:一二战之间。这一时期一战正式把飞机带入大众视野,航空理论逐渐充实,30年代后期经济逐渐从大萧条中恢复。

20年代末年第一架具现代意味的套材飞机Heath Parasol出现了。这标志着自制飞机进入了可以大规模扩展的时期。制造者或者更恰当地说,组装者,只要有一般的手工工具和基本机械加工常识就可以把一堆成型的部件组装起来。在此以前,自制飞机制造者必须要有很高的机械加工能力和相当程度的飞机设计和航空理论知识,可以说是一笔一笔画出图纸或想办法弄到工厂图纸参考,一锤一锤砸出来的。由于这一时期整个航空业仍处于幼年,自制飞机的发展非常缓慢。

3)自制飞机真正的大规模出现是二战后,这是航空史上的又一个黄金时期。二战期间航空理论和实践的极大充实,FAA试验航空器条款的设立和EAA的成立为自制飞机的发展铺平了道路。但直到70年代前,自制飞机基本都是很多人现在头脑中仍然认为的那样:简陋,勉勉强强能飞起来,更像大玩具而非正儿八经的飞机。这一时期的大部分设计者和制造者也确实只把自制飞机用于运动和娱乐飞行。这种现象的主要原因是:
第一,这时期自制飞机最大的困难是设计条件非常有限。虽然亚音速飞机设计理论已经成熟,但实际设计中风洞,静力试验平台等设备必不可少,而自制飞机设计者基本不可能有条件使用这些设备,也没有能力制造数架供试飞的样机。
第二,同时期轻型商业生产飞机的发展非常迅速。Cessna,Piper和Beechcraft三巨头鼎立通航飞机市场的局面形成。得益于战后过剩的飞机生产能力和同样过剩的经验丰富的飞机设计工程师,这三大公司可以大量提供质优价廉的产品。实际上一直延续到现在,最成功最流行的几种轻型飞机都是50年代或更早一些时候设计的,如Cessna 172 Skyhawk,Piper Cherokee系列和 Beechcraft Bonanza等。
第三,随着战争结束和喷气时代的到来,空军将大量退役的螺旋桨军用飞机以极低的价格向民间清理出售。您能想象50年代一架可飞的P-51野马当废品只卖500美元吗?现在一架可飞的P-51不会低于100万美元--这还只是估价,因为市场上很难见到她们。这时期没有以几百美元处理掉的P-51和其她数以万计的军用飞机都统统进了回收厂。

虽然这一时期自制飞机仍基本局限于运动和娱乐飞行,但很强的设计针对性正好造就了永留青史的Pitts特技机。1944年Curtis Pitts设计制造了第一架Pitts Special S-1, 很快开始出售图纸供爱好者自制.近六十年来,Pitts已经成了特技机的代名词.共售出超过一千份图纸,几百架各型Pitts飞舞在世界各地的天空.Pitts各型机在各种特技比赛各个级别(包括无限制级别(unlimited))获得的奖项比其它任何特技机都多. 现在Pitts仍然活跃在各个级别特技赛场,最新的Pitts改型在优秀飞行员手中可以在无限制级别跟任何最新款的特技机较量. 70年代Curtis Pitts建立了工厂生产Pitts并取得了FAA商业生产型号适航证.1991年Aviat(一代名机Husky制造商)收购了Pitts工厂,但仍然出售图纸.Pitts的成功和她造就的飞行员密不可分.驾驶Pitts的飞行表演飞行员Sean Tucker已经成为了一位传奇人物,很难说Sean和Pitts

6为什么要自制飞机?

美国自制飞机的发展趋势(2):70年代至今

4)自制飞机的转折点出现在70年代。从那以后至今,自制飞机突破了"玩具"的阶段,在继续巩固运动娱乐用途的基础上,在各个方面与商业生产的轻型通航飞机一争高下。更快,更远,更经济,更舒适,更安全的自制飞机不断出现,部分商业生产轻型飞机的购买者开始转向替代的自制飞机。

这种飞跃是整个航空业发展的反映,也离不开这一特定时期的其它激励因素,比如越战结束;经济发展迅速;69年人类登上月球大大激发了人们追求新技术的热情。这一时期对自制飞机发展影响最大的被动因素是由于市场缩小和几场失败的事故责任官司,以三大制造商为首的通航飞机制造商纷纷减产或停产2-4座轻型飞机。 贡献最大的主动因素应该是计算机辅助设计技术。虽然当时刚出现的这一新技术价格昂贵,功能有限,对自制飞机设计者来说还是可以做许多以前靠个人力量不可能完成的设计工作,从而完成高性能的自制飞机设计。

最成功和最有代表性的几种自制飞机设计几乎都出现在这一时期。 以Vans和Zenith为代表,自制飞机强化了运动娱乐的传统。自1971年推出RV-3套材以来,Vans的RV系列是已世界上最畅销的自制飞机。到本文发表的今天为止(2004年3月29日),共有3610架各型RV套材飞机飞翔在世界各地,还有上千架在制造过程中,Vans大约平均每天就售出一架套材。RV系列充分体现了自制飞机的传统:运动娱乐,低成本,制造简单。 Jim Bede1969年推出的BD-5单座套材飞机则把自制飞机的运动设计目标推向了顶峰:

以Long-EZ, Lancair, Glasair为代表的设计则体现了自制飞机新的发展趋势:在成熟航空理论基础上不局限于传统,借助先进的设计手段,大胆采用可用的新技术新材料,追求优于非常小心谨慎的商业生产同级飞机的高性能设计。 这一发展趋势从70年代Long-EZ出现以来愈来愈强,到90年代的Lancair-IVP达到了顶峰。

5) 90年代以来,自制飞机领域进一步分化。在低端,成熟的航空理论技术使得"飞上天"的愿望能更容易更便宜得实现。 新型运动娱乐用航空器和发动机的发展替代了相当部分传统自制飞机设计。 同样的性能,动力三角翼和超轻机即买即用,而且由厂家制造,更安全,使用的Rotax发动机更轻更经济。动力滑翔伞更是以最低的价格满足爱好者飞上天的愿望。在高端,经济在这个发展变化中成为最重要的因素,越来越多的制造者更重视自制飞机的性能,而不是价格。

80年代末到90年代末经济的快速发展,特别是90年代新经济浪潮推动的消费热潮复苏了通航产业。各制造商重开轻型飞机生产线。长久以来终于有了足够大的市场让新的轻型飞机制造商有机会参与竞争。许多自制飞机套材购买者的动机已不仅仅是用于自娱自乐,而是要求比商业生产飞机更好的替代品。

在这种市场发展鼓励下,自制飞机套材制造商两种策略齐头并进:
一是纷纷在成熟套材飞机的基础上申请商业适航证,变成了同时生产自制套材和整机的"两面派"(为符合FAA关于商业飞机生产的规定和自身管理营销需要,同一制造商的套材生产和整机生产多是在不同的工厂,甚至在不同的城市), 如Zenith的Zenith2000,Lancair的Columbia, Europa的Liberty。 连扼守自制飞机传统桥头堡的Vans也在去年推出第一种4座设计。有的自制飞机制造商如Seawind更是干脆挂羊头卖狗肉,在申请商业生产适航证期间,先以套材飞机的方式销售,争夺市场。
二是开发更高性能的飞机套材。 如Lancair-IVP, AeroCamp的Comp Air 10等。 但现在的自制飞机制造者似乎已经不满足螺旋桨飞机了, Maverick Air 的四座双发喷气机套材和BD-10双座单发喷气机很好说明了市场的需要。后来者正在努力追赶,Aerocomp正在设计Comp Air八座双发喷气机套材。 与这种趋势相随的是套材飞机价格也纷纷向高标准严要求靠拢。 2003年销售的2000余架飞机套材(绝大部分为2座)的均价超过27000美元, 加上发动机,螺旋桨,仪表,油漆装饰,材料等费用,许多套材飞机的完成费用已经大大超过了同级旧商业生产飞机的价格。 虽然套材飞机的制造费用一直高于同级旧商业生产飞机的价格,但看到Lancair-IVP超过10万美元的套材价格还是令人吃惊。

7为什么要自制飞机?

这种趋势是好是坏呢?
对商业飞机制造商来说, 1)有了一个市场检验的机会。 Cirrus系列是现在美国最畅销的4座轻型飞机,今年销售量非常可能超过龙头老大Cessna的4座机型。 Cirrus正是先将初始设计以套材飞机的方式试探市场,发现不成功后,重新设计后再申请的商业生产适航证(Cirrus的套材飞机是发动机在后的推进式设计。) 2) 有了一个循序渐进的方式。 不必动辄花费数百万美元和几年时间取得一个机型的适航证。 而且可以用套材飞机的销售收入支持进一步设计和适航证申请。 3) 商业生产的工艺和管理可以应用到套材生产上,提高套材的声誉和质量。 申请了适航证的套材制造商的确都是这样做的。 
对自制飞机购买者来说, 1) 当然首先是价格提高了。 即使是不打算申请适航证的飞机套材制造商也会水涨船高地提价。 2) 但整个飞机套材行业的生产质量也提高了。 这一变化在近几年表现很明显。 金属飞机套材基本都采用了电脑控制的部件成型和铆钉打孔, 复合材料基本都采用了vacuum bag moulded and advanced pre-preg 工艺(不知中文对应的准确技术翻译),同时更多使用性能更好的凯夫拉和炭纤维材料。 3) 套材飞机性能大大提高。 

总的来说,我认为套材飞机性能质量提高的幅度比价格提高的幅度大, 因此总的性价比提高了。 而且, 在三百多种设计中,还是有很多价格低廉而性能并不差的设计可以选择, 这类设计通常是在成熟设计上的改进, 因此成本不会提高太多, 比如在双座Long-EZ基础上的四座Cozy IV。 可以说, 美国的自制飞机行业发展到今天, 可以满足各个层次制造者的需求, 数百种设计中总有一款适合您。 第四部分会专门介绍如何选择最适合自己需要的设计。 

一点补充: 我在选题目时很是犹豫是否应取掉”美国”两字, 但最终保留考虑到1) 我对美国的自制飞机设计相对更了解一些。 2) 跟美国在世界航空业的地位一样,美国的自制飞机的发展其实基本就代表了整个自制飞机的发展道路。 但必须指出, 其它国家也有自己有特色的自制飞机代表。 

比如欧洲各国受政策和飞行环境所限和其文化的影响, 就发展出了很有特色的一些设计特点, 体现在1) 欧洲对自制飞机的重量要求很严, 而且自制飞机只能最多两座, 因此欧洲设计大量采用轻型复合材料, 气动外形追求最优, 在一定重量条件下追求最大性能。 其代表就是法国Michel Columban的系列设计和英国的Europa飞机套材。 最近大家热烈讨论的Cricket (又称Cri-Cri)图纸自制飞机就是Michel Columban的第一个设计。 Michel Columban 的套材飞机工厂Dyn’Aero现在生产MCR系列飞机套材, 最新的MCR-4S四座飞机套材(明显针对欧洲以外市场)跟Cri-Cri比是天壤之别,但设计思想一脉相承, 就是用最轻的重量,最小马力的发动机获得最优性能。使用100马力Rotax 912ULS 发动机的MCR-4S可能是最轻,最小马力的四座飞机了, 但其各项性能指标超过了Cessna 172。 
2) 欧洲航空汽油价格昂贵, 因此欧洲的设计基本采用普通汽油发动机, 欧洲在柴油和航空煤油发动机上也作了大量研究。 Rotax系列发动机已是超轻型和轻型运动飞机的标准配置。 3) 欧洲机库租金昂贵, 因此欧洲的设计普遍采用折叠或快速拆装机翼。 4) 欧洲在轻型航空器设计上的偏重产生了各种优秀的设计,如超轻型飞机,动力滑翔伞和动力三角翼都最先出现在欧洲, 在欧洲发展也最快。 欧洲也有最优秀的滑翔机设计(欧洲的滑翔机数量是美国的四倍, 这可能是各种航空器数量中欧洲唯一大大超过美国的。) 这些特点很大程度上也是欧洲文化的反映。 我相信即使欧洲对自制飞机的政策和飞行环境跟美国一样,欧洲仍然会侧重使用小马力发动机的轻型飞机设计。 看看汽车设计上欧洲两厢车的流行和典型美国车的设计。 对美国自制飞机设计来说, Lycoming或Continental的150/160马力发动机是普遍配置, 是真正的”航空用”发动机, Rotax发动机只是摩托雪橇用的。 当然,我也相信,如果欧洲的自制飞机政策和飞行环境更开放一些,欧洲会有更出色的设计。 由此可见政策和飞行环境对一国航空业的影响。 
 

8为什么要自制飞机?

后记: 写完以后自己很不满意。后悔用了这么大的题目,就是美国自己的航空史研究者都不一定能写全面。其实我写中已经意识到这个题目很难会有权威的概述,除非是把出现的所有自制飞机设计写成编年史,把解读其中发展趋势的工作留给读者。就好像千万条河流汇入大海,我试图抓住主要的那条河流为线索,比如长江,结果发现还有黄河,就是那么多的支流,很多也有不逊长江黄河的历史和故事,哪一条“最“主要呢,不同的人会有不同的看法。文中我只提成熟的,耳熟能详的,大众化的设计。我避开了很有代表性但又很有争议的设计,比如BD-5系列,或是很符合自制飞机精神但还未得到验证的设计,比如Aerocat。特别是我还避开了我不熟悉的自制旋翼机设计和自制飞机一个非常小,但很有代表性的特殊群体:航空竞赛用飞机。我先向文中未提到的机型的簇拥者道歉了。我只能想虽然挂一漏万,自制飞机代表的设计精神应该是体现出来了,而这种精神自始至今没有本质改变,不同时期的不同设计只是这种精神在特定社会经济环境下的反映罢了。这样自我安慰一下,好像就坦然起来了。无论怎样,写都写了,就给大家消遣吧。

现在市场上的自制飞机机型可参考
http://www.myairplane.com/databases/homebuilt
这可能是现在包括自制飞机机型最多的数据库。文中提到的设计都可以在这里找到。

我很欣赏最后两段,前面的说美国自制飞机发展的历史观点不太鲜明。
蟋蟀的设计者Michel Columban的第二个设计是banbi mc100(80-100马力,空重200公斤,速度300km/h)。采用的还是铝结构, Dyn’Aero是他的朋友的工厂,现在生产MCR系列飞机套材大量采用碳纤维,但是重量有所增加。不过其内饰非常豪华,航程也超远,是装备912发动机中最轻最快飞的最远的飞机,其排气管是F1赛车部件生产厂制作的。
我所了解的欧洲自制飞机中有很多和美国的一样简陋,Columban可以说是特例,在所有自制飞机中也是。由于美国的一次cri-cri飞行事故,由于Zenith公司的套材改了设计,Columban停止了在美国的图纸和套材销售,现在在美国只能从黑市找到盗版的资料。

我个人认为最具代表性的飞机有:cri-cri,mc100,bd5系列,kr1/kr2,rv系列,q2,快速鸭翼。可以说是自制飞机的经典。

此外Rotax发动机更轻更经济也未必(寿命太短),这和产量也有关。由于其他的小航空发动机厂商规模较小,所以从商业角度推广不够。还有改汽车发动机的也大有人在。
jethawk兄看来对自制飞机的研究很多。写这个题目很难,美国人自己研究的都很少,想找点现成的翻译都很难,只能自己动手,丰衣足食了。

MCR系列的设计特点非常鲜明,但好像有点过了,比如有人验证换轻2磅的仪表就可以快5节,这使得安装IFR航电设备很困难,不然就丧失了她轻巧的优势,不过她的定位本来就是体育运动飞机。如果您要超轻型特技机,Rans的S-9是不错的选择,价廉物美,很成熟的机型,在飞的数量不小,制造商信誉服务都很好。不建议S-10,那个双座是鸡肋。

我个人认为使用Rotax 912各项性能指标最平衡的是英国的Europa设计,已经卖出了超过1000架,在美国远比MCR系列受欢迎。我飞过一次,还是后三点改型的,座舱和操纵的感觉都非常好,我相信新手也能很快感觉自如有信心的。wwww.europa-aircraft.com

要说内饰豪华,随便看架Lancair-IV/P就行了。美国人的自制飞机普遍超重,很多在欧洲的选装在美国都是再正常不过的,比如夜航设备,陀螺仪表,无线电一定得是panel-mounted。不过我在文中已提到,除了文化,政策是关键,反正在欧洲自制飞机只能白天飞VFR,最多两座,要那么多东西也没用。

BD-5争议太大,可能唯一用途就是航空竞赛了,还一定得是经验丰富的飞行员。

KR-1宣称是第一款用玻璃纤维复合材料的套材飞机,不过现在没有多少人对木质材料感兴趣了,保养比其它材料都麻烦。

Rutan的鸭翼系列毫无疑问是开创了一个时代的,但鸭翼设计有其固有的缺点。我个人认为Q系列非常漂亮(您肯定知道我用户名来历了吧),但Q系列的轮子设计是最受诟病的,Long-EZ的事故中前轮在着陆中坍塌的比例也很高。鸭翼设计有其固有的缺点:只能使用硬质跑道,起飞着陆速度快,距离长。这些缺点在紧急着陆中是致命的。我飞过Long-EZ的四座改进版Cozy,进场速度很难降下来,着陆速度一不小心就过100节,而且飘呀飘的,老不挨地,跑道长度至少1000米我才有信心。我没机会飞Long-EZ,因为不是双动操纵(后座没脚蹬,有全双动改型但很少),不过跟飞Long-EZ的人聊,他们说Long-EZ比Cozy更“Hot",新手怎么也得飞一二十小时的改装训练才能有点自信.

9为什么要自制飞机?

Rotax 912/914大修间隔都超过1500小时,总寿命超过4000小时,2000小时以后才大修的也不少,跟同级100-120马力发动机比单位重量功率高,燃油效率也很高。Rotax 912/914的信誉非常好,Rotax 914被美国军方“捕食者“无人侦察机选用(那种914经过军方改装,三级涡轮增压,不过基本设计未变。)计算大修成本,总寿命小时,燃油成本,二手价格后,美国很多人认为912比503/582的小时使用成本更低,而且四缸的比两缸的安全许多。Rotax的美国经销商自己都不建议使用503/582的飞机在无紧急着陆场地的地区飞行,这里用503/582的超轻机几乎都装了BRS整机降落伞,那些飞行员说你得随时准备空中重启。

Jethawk,希望您不要误解我的回复,我丝毫没有争论那个机型更好的意思。如我在文中所述,自制飞机无所谓哪个“专家认定"最好的设计,只要制造者自己喜欢的设计就是最好的设计,而每个制造者挑选机型时的侧重都不一样。我只是说一些您提到的机型的情况供参考。我只想说,不管哪种设计,对制造者和使用者来说,安全是飞行最重要的,无论怎样强调安全都不过分,只有飞行安全才能享受飞行的乐趣。祝您选到最适合您的机型(看来您已经选到了),制造顺利,飞行愉快。
quickie:
很高兴能够和你一起探讨小飞机和飞行。我非常同意你说的“不管哪种设计,对制造者和使用者来说,安全是飞行最重要的,无论怎样强调安全都不过分,只有飞行安全才能享受飞行的乐趣。”这也是我选择飞机的原则。
你在美国是体会不到在国内做这种事情的那难度啊,最早我考虑使用Zenith CH701,结构相对简单,飞着安全,短距起降。但是说实在的582发动机很差劲,你也说了,914又太贵我们这些穷人是买不起了。还有场地,我们只有去租郊区的小房,能飞的地方也不好找,还得把飞机拆了到处运。所以综合这些因素还是放弃了吧。只是天无绝人之路,往往苛刻的条件下也能找到可行的路。只能说有高人。
从开始接触小飞机以来,我的观点在不断的变化。最初认为鼓捣个能飞起来的东西就可以了,后来发现同样是小飞机差别很大,每种飞机追求的东西不同,也就是个性不同,还能反映不同的技术风格、加工工艺和设计思想。很难说大家都喜欢一种东西嘛。从拿到飞机图纸和手册后,思想又有变化,建造过程的意义已经远大于单纯的飞行乐趣。我庆幸入门就选择了很专业的飞机,其设计、工艺、结构都是十分完美的。一架80KG的飞机,建造包括了金属裁剪,折弯,铆接,粘接,焊接,表面处理,热处理,复合材料加工,玻璃钢,模具,飞行仪表,发动机仪表,以及飞机所需各系统的相关知识。
所有这些国内都很难找到供应商和技术支持,绝大部分需要进口,好在国内数控加工已经比较普遍,手册也足够详细,也就迎着困难干吧。
说起最喜欢那中飞机,每个人的爱好也不完全一样,所以也不必认真。我最喜欢的是BD-5系列。
旋翼机(包括直升机和自转旋翼机)的制造难度比固定翼飞机大的观点我也很认同。我觉得不管那种飞机在国内这种残酷的环境下能顺利安全的飞上天就是很大的成就。

 
转贴自
航空模型吧
 楼主| 发表于 2007-5-24 16:15:32 | 显示全部楼层

Re:为什么要自制飞机?(转贴)

dymodel捧个场!希望论坛越来越好!!!!!!
这是我在好几个网站上都见过的一篇关于介绍自制超轻型飞行器的好文章,转来给大家.
发表于 2007-5-28 09:25:48 | 显示全部楼层

Re:为什么要自制飞机?(转贴)

非常感谢!
发表于 2010-7-6 03:19:44 | 显示全部楼层
我想造.是为了我心中的梦.也算是理想吧.做自己的事,让别人去说吧.只要自己高兴.
发表于 2011-4-6 22:44:51 | 显示全部楼层
谢谢,太棒了!太经典了!!
发表于 2011-5-24 20:46:50 | 显示全部楼层
好东西人人喜欢。谢谢楼主。辛苦了。
发表于 2011-5-25 16:10:59 | 显示全部楼层
个人爱好了!喜欢制造的感觉!
发表于 2012-5-30 09:59:40 | 显示全部楼层
好,顶一下!
发表于 2013-7-11 16:30:27 | 显示全部楼层
坐等空域开放……:D
发表于 2013-7-11 21:30:17 | 显示全部楼层
北京空域不可能开放,他们连模型飞机都害怕。
内蒙可能开放,比如锡林浩特和克旗,离北京直接距离很近。
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