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[信息] 美国的自制飞行器简介

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发表于 2007-6-12 11:41:42 | 显示全部楼层 |阅读模式
  自制航空器(amateur-built aircraft)在航空发达国家是通航中很重要的一部分,对航空事业的发展起了很大的推动作用。作为航空业最发达的国家,美国的自制航空器领域已发展得很成熟,形成了产业。2003年,美国注册自制航空器的数量超过2万架, 占美国20余万架通用航空器总数的10%以上。

  自制航空器的定义

  什么是自制航空器?在美国,自制航空器定义为由个人自行制造,只用于教育或个人娱乐用途的航空器,归于试验航空器类。按制造形式可分为自行设计制造、按图纸制造和套材组装,其中套材组装是最普遍的自制航空器形式。国际航联按航空器的性质,将自制航空器也分为固定翼飞机,旋翼机(包括自转旋翼机和直升机 (helicopter)),直升飞机(power-lifted),滑翔机和轻于空气的航空器(包括飞艇和热气球)。为了简便和符合我们的习惯,以下用自制飞机统称所有自制航空器。

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  美国自制飞机的发展历程

  自制飞机是跟人类对飞行的探索一起成长的,莱特兄弟制造的第一架动力飞机,就应该说是第一架自制飞机--连发动机都是自制的。严格地讲,一战以前的飞机都是 “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千差万别;制造图纸任何人都可以买到。

  第一次世界大战正式把飞机带入了大众视野,飞机在战争中显示出的威力带来了航空史上的第一个黄金时代:一二战之间。此时航空理论也逐渐成熟起来。现代意义上的自制飞机也是出现在这一时期:20世纪20年代末出现了第一架套材飞机(Heath Parasol)。制造者,或者更恰当地说是组装者,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像做模型一样拼装起来。而此前的自制飞机制造者必须具备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。

  二战后出现了航空史上的又一黄金时期,自制飞机也随之有了大规模的发展。这一时期有两个事件为自制飞机在美国的发展铺平了道路:1947年美国联邦航空局(FAA)设立试验航空器条款,开始向自制飞机发放适航证,自制飞机可在美国合法飞行;1953年全美试验飞机协会(EAA)成立,美国的自制飞机爱好者有了自己的组织。但直到20世纪 70年代以前,自制飞机基本还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,更像大玩具而非真正的飞机。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:(1)当时虽然亚音速飞机设计理论已经成熟,但自制飞机的设计者缺乏风洞、静力试验平台等设备,也没有能力制造数架供试飞的样机;(2)同时期轻型商业飞机的发展非常迅速,形成了塞斯纳(Cessna),派玻(Piper)和比奇(Beechcraft)三巨头鼎立通航飞机市场的局面。二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,使得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,如塞斯纳的172/182, 派玻的切诺基 (Cherokee)系列和比奇的伯纳萨(Bonanza)等;(3)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。你能想象50年代一架可飞的P-51野马当废品只卖5000美元吗?

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  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年柯提斯.皮茨(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。六十年来,Pitts已经成了特技机的代名词。共售出图纸超过1000份,几百架各型Pitts飞舞在世界各地的天空。Pitts各型飞机在多种特技比赛多个级别(包括无限制级别)中获得的奖项比其它任何特技机要多。现在,Pitts仍然活跃在各个级别的特技赛场,最新的Pitts改型机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。驾驶Pitts的特技表演飞行员肖恩.塔克(Sean.Tucker)已经成为一位传奇人物,很难说肖恩和Pitts谁更离不了谁。

  自制飞机的转折点出现在70年代。从那以后,自制飞机突破其“玩具”阶段,在继续巩固运动娱乐用途的基础上,开始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如越战结束、经济发展迅速、1969年人类登上月球等都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外部因素是:轻型商业飞机市场缩小及其几场失败的事故责任官司,造成了以三大制造商为首的通航飞机厂商纷纷减产或停产2-4座轻型飞机,从而给自制飞机特别是套材飞机提供了发展的机会;计算机辅助设计技术开始展露头角,使得自制飞机设计者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。RV系列套材飞机充分体现了自制飞机的传统:运动娱乐,低成本,制造简单。自1971年RV-3套材出现以来, RV系列是全球最畅销的自制飞机,截止2004年4月底,已有3600多架各型RV套材飞机飞翔在世界各地,还有上千架在制造过程中。尼日利亚空军甚至用RV-6A套材飞机作为初级教练机。除了全金属的RV系列,钢管骨架纤维蒙布结构的Kitfox也是体现自制飞机传统的代表。以Long-EZ为代表的复合材料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同级飞机的高性能设计。这一发展趋势到90年代的Lancair-IVP达到顶峰:使用350马力涡轮增压发动机,Lancair IV-P(增压座舱)在7315米(24,000英尺)高空巡航速度可达556千米/小时(300节),是至今参加雷诺航空赛 (Reno Air Racing)无限制级别中唯一的套材飞机,是运动级别(sport class)的三连冠得主。

  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”的愿望能以低廉的价格方便地实现。新型运动娱乐用航空器和发动机的发展替代了一部分传统自制飞机:动力三角翼和超轻机即买即用,且由厂家制造,更安全,使用的罗泰克斯发动机更轻更经济;动力滑翔伞更是以一万美元左右的最低价格满足爱好者飞上天的愿望。而在高端,越来越多的爱好者更注重自制飞机的性能,而非价格,如Lancair-IVP的套材价格超过了10万美元。需要指出的是,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。性能较低的自制飞机性价比较差,只有高性能的自制飞机的价格优势才明显。原因在于飞机最贵的两部分: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很多,同时还需支付较高的安装费用。

  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,足够大的市场让新的轻型飞机制造商也有机会参与竞争。目前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。所以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,而是追求比商业生产的飞机更好的替代品。

  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”,如Zenith的Zenith2000,Lancair的Columbia,Europa的Liberty。 连扼守自制飞机传统桥头堡的RV也在 2003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。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双座单发喷气机套材的出现就说明了市场的需要。

  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。塞瑞斯(Cirrus)系列是现在美国最畅销的4座螺旋桨轻型飞机,今年一季度的销售量第一次超过了龙头老大塞斯纳的同类机型。塞瑞斯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(塞瑞斯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设计改进和适航证申请;(3)商业生产的工艺和管理可以应用到套材飞机生产上,提高套材飞机的声誉和质量。对自制飞机购买者来说:(1)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。 2003年美国销售的九千多架自制飞机的机体平均价格超过每架27,000美元(不包括发动机和仪表);(能否提供总产值?) (2)但整个飞机套材行业的生产质量也提高了;(3) 套材飞机的性能大大提高。

  可以说,美国的自制飞机行业发展到今天,已经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。

  欧洲自制飞机特点

  尽管由于美国在世界航空业的地位,美国的自制飞机的发展很大程度上代表了全球整个自制飞机的发展道路,但其它国家也有不少有特色的自制飞机。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,发动机不能超过200马力。 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。其代表就是法国麦克.克伦布 (Michel Colomban) 的蟋蟀飞机(Cri-Cri)设计。他的最新MCR系列轻型套材飞机使用Rotax 912 80马力发动机,时速超过300公里;(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,Rotax系列发动机现在已是超轻型和轻型运动飞机的标准配置。欧洲在航空煤油发动机上也作了大量研究;(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。
 楼主| 发表于 2007-6-21 15:15:22 | 显示全部楼层

Re:美国的自制飞行器简介

  美国自制飞机管理办法

  FAA 对合格的自制飞机发给试验飞机类的特别适航证。自制飞机归于试验航空器类下。此归类中除了自制飞机外还包括用于展览,航空表演和航空竞赛的飞机,比如私人从前华约集团国家进口的军用飞机。FAA严禁自制飞机用于任何谋取利益的飞行(用于慈善组织的募捐活动除外),但拥有者可以用自制飞机学习飞行并考取执照。

  FAA对于自制飞机的管理主要体现在两点:一是著名的“51%规定”,即申请者必须亲自参与至少51%的制造过程,所造飞机才算 “自制飞机”。51%中主要是机体制造,发动机和航电设备安装不包括在内。FAA把机体分为多个部分,如机身,机翼,起落架等,每个部分又分为多个小部分,都有相应点数,共119点。制造程序越多,工艺越高的部分如操纵系统则点数越高。申请者要提交规定的表格和证明材料,如照片、日志等证明参与制造的部分的点数加起来超过总点数的51%,即最少60点,才能按自制飞机申请试验航空器适航证,否则只能按用于展览或表演或竞赛用途申请试验航空器适航证。二是 “40小时规定”,即制造完毕,取得了试验航空器有限制适航证的自制飞机要在规定的空域内(通常是水面上空或居民稀少,净空条件好的空域)试飞一定时间。如果所用发动机和螺旋桨都是通过商业适航认证的,试飞时间最少20小时,否则40小时。试飞期不能载客,要检验系统的各个部分运作情况,完成飞行包线内的各个科目如低速飞行,失速等,经FAA的审查员审查合格后在适航证上作相关纪录,取消限制,这时才算完成取得适航证的整个过程,之后对自制飞机的飞行规定基本跟商业生产的普通飞机一 。只要自制飞机的航电设备满足跟对商业生产飞机一样的要求,并且飞行员有相应的级别,自制飞机可以飞仪表条件飞行(IFR),可以在任何空域飞行,可以在任何机场起降。

  以上介绍看起来复杂,在实际操作中是现今各国对自制飞机最宽松的政策,表现在:

  (1)51%规定的另一面就是说49%的机体制造可以由别人代劳,而且FAA没有最少制造时间的要求(西欧要求自制飞机最少要有500工时的制造过程)。因此在政策的解读和执行中可以非常灵活,比如FAA规定了机肋安装的点数,但并没规定制造者必须安装的机肋数量。那么一个机翼如果有20根机肋,制造者可以只安装一根,剩下的19根都由工厂代劳,仍然可以算“安装了机肋”,算全部点数。据此,套材飞机制造商在保证满足51%规定的基础上提供快装套材,可大大减少拼装时间。同时,美国有许多航空技师和专门工厂帮助制造者拼装套材,提供安装“剩下的19根机肋”之类的服务。大多数情况下,FAA都默认这种对规定的解释,没有重新明确规定,这使得制造者可以大大缩短拼装时间和提高拼装质量,由此吸引了许多原本对套材拼装飞机心存顾虑的人。 有了对规定的灵活解释,如果购买快装套材并有工厂帮助组装,一架双座的套材飞机最快可以在几周内完成,而如果从基本套材开始完全自己组装,大多数的双座飞机套材需要1000小时以上的组装工时(使用成熟航空发动机及配套螺旋桨和日夜目视飞行航电仪表),1500小时以上的也不少,很大程度取决于制造者的能力和经验,套材的制造工艺和装配图纸的水平。如果制造者用大部分的业余时间组装,一般完成一架这样的双座飞机要一年以上,两三年或更长的不在少数。

  (2)通过试飞后的自制飞机在使用上跟商业生产的飞机没有什么不同,而且FAA没有对自制飞机性能作限制。所以我们能看到双发涡扇发动机的飞机套材,载客12人的飞机套材,无限制级别的特技飞机套材,可在公路行驶的飞机套材等等。

  自制飞机对航空业的影响

  FAA 对自制飞机的鼓励,对美国航空业最重要的影响是提供了一个供所有人发挥才能,开拓创新最自由广阔的空间。任何人都可以按自己的想法去实践, 如果实践成功,设计者愿意就可以考虑商业化,以套材飞机的形式推向市场,获得收益。 所以我们可以在自制飞机上看到最富创新的设计,对航空业起重大影响的一些东西往往首先通过自制飞机体现出来,然后通过成百上千的套材飞机引起航空界的关注,比如复合材料,鸭翼等。自制飞机自诞生以来,所代表自力更生,相信科学,开拓创新的精神始终未变,只被发扬光大。 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。虽然很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。航空史上的里程碑之一,"旅行者号 "(1986年12月14-23日由迪克.鲁坦(Dick Rutan)和珍娜. 耶格尔(Jean Yeager)驾驶,绕地球不着陆不加油飞行一圈) 就是拿试验航空器适航证的自制飞机,它的整个设计制造过程是体现自制飞机精神的一个突出代表。设计者伯特.鲁坦(Burt Rutan,迪克.鲁坦的哥哥),以鸭翼复合材料设计系列,以Long-EZ为代表的图纸自制飞机开创了自制飞机的一个时代。可能有人会说“旅行者号”更像一项专业的航空试验,因为伯特.鲁坦有丰富的飞机设计经验,迪克.鲁坦又是经验非常丰富的飞行员和数项飞行记录的创造者,特别是他们有自己的飞机制造工厂。但鲁坦兄弟自己认为“旅行者号”是地地道道的自制飞机,整个设计制造过程没花政府一分钱。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)。直到飞行成功,他们仍欠着数十万美元的债,现在鲁坦兄弟也不富有。鲁坦兄弟,珍娜. 耶格尔和许多为“旅行者号”无私奉献的人们不是为了商业或政治上的功利,只是因为他们对航空事业的满腔热情。

  特别值得一提的是 EAA领导的自制飞机活动还造就了世界上规模最大的航空盛会。每年七月的最后一个星期是航空爱好者最盛大的节日。这就是在威斯康星州Oshkosh市的维特曼机场,由EAA组织的一年一度的飞行聚会(“EAA AirVenture Oshkosh”)。这个飞行聚会随EAA一起在1953年诞生,最初只是十几架自制飞机和百多名爱好者参与的活动,到今天已经远远超出了自制飞机的范畴,发展为上万架各型飞机,数十万观众和数百家厂商参加的世界上规模最大的航空盛会。从各种军用飞机,民航客机,通航飞机,自制飞机到超轻机,从试验概念机到古董飞机,从数字化仪表座舱到二战的飞行夹克,各式各样的飞机和五花八门的航空商品应有尽有。今天这个聚会仍然保持了自制飞机爱好者活动的本色,这个聚会的基础是4000多名志愿者,他们中间既有经验丰富的空管人员,也有十几岁的学生,甚至不到十岁的孩子,整整一周辛苦的工作没有任何报酬,完全出于对航空对飞行的热爱。整个聚会的组织管理完全由这些志愿者完成,从飞行计划制定,空中管制,到清理200多吨生活垃圾。整个飞行聚会完全自给自足,不向政府要一分钱,相反一周的活动向当地经济贡献超过八千万美元。EAA已与FAA 建立了良好的互动关系,这一聚会也获得了FAA等政府机构的大力支持。包括FAA局长玛蓉.布雷克 (Marion Blakey) 在内的200多名 FAA人员在聚会期间通过各种讲座和培训与航空爱好者充分交流,回答观众的各种问题

  P-51野马在我国正有越来越多的航空爱好者开始关注自制飞机,并且已有很多人行动起来。《通用航空飞行管制条例》的发布实施,让广大航空爱好者看到了驾驶自己制造的飞机,在蓝天自由飞翔的希望。而美国自制飞机的发展历程及管理办法,可以使我国的爱好者对自制飞机有一个初步的认识,逐步探索出一条适合我国国情的自制飞机发展之路。

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匿名  发表于 2007-7-12 19:03:39

Re:美国的自制飞行器简介

做一个大概要多少钱?
发表于 2007-7-12 20:40:27 | 显示全部楼层

Re:美国的自制飞行器简介

<P>楼主发个链接吧<img   onload="javascript:if(this.width>540)this.width=540" onmouseover="javascript:if(this.width>540)this.width=540" src="http://www.model-shows.com/bbs/images/Emotions/28.gif"></P><P>&nbsp;</P>
发表于 2008-11-17 23:26:03 | 显示全部楼层
gtrd
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