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復聯4已經下映,超級英雄們又一次集結在大熒幕上拯救世界。全球影迷狂歡的同時,還有一絲絲傷感,一批超級英雄在復聯4 後將退役,特別鋼鐵俠的犧牲,讓一眾粉絲在電影院裡痛哭流涕。

《復仇者聯盟4 海報》

作為開啟漫威宇宙的關鍵人物,鋼鐵俠對於漫威的意義不言而喻。然而就是

這樣一個硬剛滅霸、飛天遁地的超級英雄,在剛出道的時候,竟然差點因為一項技術問題而喪生。到底是何技術如此可怕呢?

差點扼殺了鋼鐵俠的結冰問題

這個問題就是結冰!讓我們回到《鋼鐵俠1》,鋼鐵俠託尼第一次穿上戰甲翱翔空中,由於過於興奮不顧地面小夥伴的警告,一直爬升高度,結果遭遇結冰氣象,穿雲後結冰,就像這樣:

《鋼鐵俠1》片段

幸好地面小夥伴反應及時、操作得當外加託尼主角光環照耀,才沒有“機毀人亡”,不然後面就沒有復聯的事兒了。撿回一條命的鋼鐵俠,專門針對結冰問題對戰甲進行了升級,造出二代戰甲。後來反派偷走第一代戰甲進行升級,然而他們並不知曉一代和二代的根本區別,以為穩操勝券。這一點被鋼鐵俠利用,將他引到高空結冰。

《鋼鐵俠1》片段

連結冰都不懂,就敢號稱先進的反派在機體表面凍結後,電子系統和機械系統失效,一頭跌落,成為鋼鐵俠反敗為勝的關鍵。編劇們設計的這段劇情,是純拍腦袋胡謅出來的嗎?當然不是,這段很明顯是借鑑了飛機設計領域的結冰問題,是有著現實基礎的。有人可能會問了,結冰問題差點整死鋼鐵俠又幹倒了大反派,現實中飛機結冰問題有這麼可怕嗎?

結冰有多可怕

據統計,1975 年到1980 年僅6 年的時間內,美國就因為飛機結冰造成178起事故,1999 年到2009 年的十年間國內外因為飛機結冰造成飛行事故68 起。這些數字的背後意味著成百上千的人因為飛機結冰而喪生。特別是我國預警機的重要平臺—運八飛機,因為結冰事故極大阻礙了其發展程序。

運八飛機

飛機結冰問題之所以可怕,是因為結冰對飛機的氣動和操穩特性有著重要的影響,一旦結冰達到一定程度,造成機翼提供的升力不足,飛機就會掉落,若是再造成平尾提供的配平力矩不足,飛機將無法操控,造成不可挽回的災難。能被漫威編劇看重,並作為《鋼鐵俠1》的壓軸關鍵技術,結冰除了本身的可怕,更可怕的是結冰研究本身的難度。

結冰設計“四大難”

搞工程的都知道,理論、計算和試驗是解決問題的三大法寶。可是若是這三個法寶都不完善,那問題的難度可想而知。很不幸,結冰就是這樣的一個問題,不止如此,作為飛機設計領域的問題,結冰還多了一項—試飛難。

理論難

目前關於飛機結冰機理尚無準確清晰的認知,儘管有了一些假說,但是仍缺乏可靠的試驗支撐和理論體系。因此關於過冷水滴的特性、微觀層面冰的生長、冰與機體的粘附等等基礎理論仍存在諸多未解之謎,這也是阻礙結冰研究的關鍵之處。

計算難

下面這個圖是AC20-73A 中給出的八種不同結冰計算程式得到冰形與試驗結果的對比。稍微看下圖中的結果就能得出一個結論:不同程式得到的冰形可謂千奇百怪,差別甚大。計算想要跟試驗對的上,是很難的。由於對結冰機理的認知程度不深,當前尚無法建立可靠的結冰預測模型。

試驗難

既然計算預測難,那麼做冰風洞試驗總可以了吧?抱歉,試驗的限制更大。大型民用飛機的機翼弦長動輒三五米,連當前世界最大的冰風洞都裝不下,更何況很多結冰氣象引數條件是目前的冰風洞無法實現的。除此之外,冰風洞試驗成本還高的嚇人。因此結冰研究的試驗也不是個輕鬆的事兒。

機翼冰風洞試驗

試飛難

飛機結冰試飛難,難於上青天。這個難體現在兩點,一是找到合適的結冰氣象很難。中國商飛的ARJ21-700 飛機,追冰四年,最終跨過大半個地球到加拿大才完成自然結冰試飛科目。第二是試飛的風險高,飛機結冰本身就是考驗飛機在極端情況下效能,通常飛機航線運營,碰到結冰氣象都得避開,而結冰試飛卻要迎頭而上,其中的風險可想而知。

計算難—軟體開發

GLC305翼型結冰結果對比

NACA0012翼型結冰結果對比

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