新概念飞行技术发展概述

新概念飞行技术发展概述

孟翔

四川航空股份有限公司

长久以来，人们一直苦苦探索新型飞行技术。进入二十一世纪以来，人们对于新型飞行技术的探索和研究仍在不断深入，并且取得了一些突破性的进展。新概念飞行技术研究的不断和进步，助推了新概念飞行器的发展。随着各国对于新概念飞行研究重视程度的不断深入，相信会取得新的突破。

一、新概念飞行技术与新概念飞行器概述

当前人们常用的飞行技术主要包括静升力模式、动升力模式、反冲模式。其中，静升力模式飞行利用了浮力原理，具有代表性的飞行器有热气球、飞艇等；动升力模式的飞行原理是伯努利效应，具有代表性的飞行器是飞机；反冲模式的飞行原理是动量守恒原理，具有代表性的飞行器是火箭[1]。新概念飞行技术最早由美国国家航空航天局（NationalAeronauticsandSpaceAdministration，简称NASA）提出，并制定了BBP（BreakthroughPropulsionPhysicsProject）工程计划，该工程计划在以下三个方面实现突破性的进展，其一是减少推进装置的重量；其二是进一步提升飞行器飞行速度；其三是具有满足上述两个目标的能量。部分研究学者提出了"场推进"的新概念飞行技术，该理念的理论基础是德国物理学家Heim的统一场理论。基于该理论得到的"引力-光子场"子时空场，可以加速物体并减少物体的惯性质量，这也是新概念飞行技术的基础所在[2]。

所谓的新概念飞行器是一种处于探索和研发状态的飞行器，具有空天、仿生、绿色、变体等特征。新概念飞行器自提出以来，受到航天领域的广泛关注，成为促进航空航天事业发展的灵魂，是目前国内外研究的热点话题。新概念飞行器与传统飞行器在设计上的最大区别在于飞行原理和启动布局存在差异，在时代性、节能性、作战性等方面具有较好的性能。新概念飞行器依托于现代科学技术，呈现出高复杂、高精密、高先进性的特点，具体来说主要表现在以下几方面：首先，新概念飞行器在噪声污染、废气排放等设计方面具有突出的优势；其次，新概念飞行器的高生存性设计理念，有助于大型军用战斗机的设计并有助于提高其作战性能；第三，新概念飞行器具有较好的隐身性能和超长续航能力，可用于高空远航无人机设计；第四，现代飞行器的宽包络、多任务、一体化设计可用于超高速飞行器的研发[3]。

二、新概念飞行技术的基本思想

众所周知，飞行的最大困难在于如何克服地球引力。现阶段物理学界认为引力、电磁力、强力、弱力是自然界已知的四种相互作用力。基于此，有研究人员和学者提出了如下的猜想，即假如引力与电磁力相互之间存在一定的耦合作用，这种耦合作用是否会引发新的飞行效应。需要特别强调的是，这种猜想有个限制条件，其一是引力与电磁力之间的耦合效应是否存在，并且这种耦合效应如何能够找出？其二是基于这种耦合效应，如何引导出新的飞行技术。针对第一个限制条件，物理学界早有论述，上世纪美国著名物理学家爱因斯坦提出广义相对论以后，部分学者开始尝试建立统一引力-电磁力理论，其中比较有代表性的是Weyl理论、KK理论以及Heim理论。下文对其进行详细的介绍。

Weyl理论是标度不变的引力-电磁力理论，KK理论指的是Kaluza-Klein基于五维时空提出的引力-电磁力理论。Weyl理论和KK理论体现了引力-电磁力相互统一的主要思想，并且为后人研究引力-电磁场统一理论奠定了坚实的基础。与Weyl理论和KK理论不同的是，Heim理论是美国航空航天学会（AmericanInstituteofAeronauticsandAstronautics，简称AIAA）公开发表的理论，Heim理论具有独立完备的的理论体系，在此基础上建立了新式飞行技术的物理机制。

Weyl认为，四维时空中每个世界点都具有不同的长度单位，因此，为了确保不同长度单位协同变换，就必须考虑引入长度联络形式，基于这种新的长度联络可以推导出电磁理论。从出发点和理论上来说，Weyl理论具有一定的优势，但是这种理论缺乏一定的实践性，因此总体上来说，Weyl理论难言成功。尽管如此Weyl理论体现出的思想给后人开展统一理论研究奠定了基础。Kaluza-Klein提出的理论以五维时空为基础，是最早提出高维度时空理念的理论。KK理论的思想基础是广义相对论，并将其推广到五维时空中，通过求解五维真空场方程，最终推导出四维时空中的Einstein方程和Maxwell方程。由于该理论在实际验证的过程中存在和实际不符合的现象，总体上来说难言成功。但是KK理论首次提出高维时空的理念，为后续相关理论研究奠定了基础。Heim理论的基础是普朗克理论，并在此基础上建立了完全几何化的量子引力理论，并提出组成场的基元粒子Metrons，相对来说Heim理论基础较为复杂。需要强调的是，Heim理论的观点与主流理论观点存在差异，比如，基于Heim理论求解出的引力波速度是真空光速的4/3。与Weyl理论、KK理论不同，Heim理论并不是主流的物理理论。在新概念飞行技术研究方面，除了上述三种理论外，还有超引力理论、超弦理论等物理学前沿理论，受篇幅所限，本文不再详细论述。

三、总结

随着科学信息技术的快速发展，物理学界一直苦苦探索飞行技术。近年来，随着人们对于新型飞行技术的探索和研究仍在不断深入，逐渐涌现出一些突破性的技术思想，其中比较有代表性是Weyl提出的标度不变的引力-电磁力理论、Kaluza-Klein基于五维时空提出的引力-电磁力理论以及Heim理论，尽管这些理论目前还在探索阶段，但是基于引力-电磁力耦合理论开展新概念飞行技术研究，仍然是后续研究的重点方向。随着各国对于新概念飞行研究重视程度的不断深入，相信新概念飞行技术研究会取得新的突破。

参考文献

[1]肖益军.复合式临近空间新概念飞艇总体技术研究[J].新型工业化,2017,7(2):54-59.

[2]张晋平.面向未来的新概念飞行器[J].现代军事,2003(8):42-44.

[3]李伟,李香,刘小光,等.新概念飞行器的研究现状及发展趋势[J].科技创新与应用,2015(34):67-67.