像鸟那样排队飞

在天上飞行的大雁为什么要排成人字形？这个问题科学家们早有定论：在这样的队形中，每一只大雁都能享受到前面的大雁翅膀所形成的涡流的托举效应，会感觉更加省力。那么飞机是否也能借鉴这一千百万年自然选择的结论，实现省油飞行的经济性呢？答案同样是肯定的。然而，让飞机学会鸟类的编队技巧并不容易。航空专家们需要解决一大堆问题：后面的飞机必须能够自主借助前方飞机的涡流，除了要通过发动机控制和飞行控制系统让飞机自主保持在有利涡流范围内，还要保证涡流不会对机体结构造成负面影响，而且不能让机组人员过度紧张。

2013年，美国利用两架C-17运输机专门进行了一次有趣的演示实验，两架飞机从美国西海岸出发，一直飞到夏威夷再从那里返航。途中它们参照大雁的方式以斜梯队飞行。结果令人振奋：在往返航程中，后面的C-17总计节约了10%的燃料，算下来有7 000磅（3 178千克），而飞行性能几乎没有受到不良影响。基于这一实验结论，美国空军决定在未来几年开展更大规模的技术演示实验，进一步优化这种编队技巧，并考虑将其推广应用到包括空中加油机和战斗机在内的其他机型。

这项由美国空军研究实验室主导的名为SAVE（Surfing Aircraft Vortices for Energy，飞机涡流冲浪节能）的实验项目，旨在不影响飞机机体结构、发动机性能和机组操作的情况下，仅通过改进飞控软件的方式实现10%的节油效率。经过改进，飞控计算机能够让C-17自主跟进前导飞机，同时通过避撞系统数据链避免两机接近到危险距离。

一般情况下，飞机两侧翼尖产生的涡流呈对向旋转状态，机翼外侧的气流向上，而内侧则向下。美军研究显示，要想在编队中利用先导飞机涡流减阻，后行飞机最有利的位置应该在先导机左右水平间距140英尺（约43米）处，为了防止飞机穿越涡流，这一距离在实验中被放宽到150～200英尺（45～60米）。在从夏威夷归航时，后行C-17在与先导机水平间距190英尺（约58米），高度7 000英尺（2133米）条件下飞行了45分钟，节油率为6.4%；水平间距160英尺（约49米）飞行了30分钟，节油10.7%；153英尺（约47米）间距下飞行了88分钟，节油10.6%——此时飞机重量已大幅减轻，涡流也相对减弱。

按照估算，C-17如果应用这一编队控制技术，双机编队可以节油2%，三机编队可节油3%。洛克希德·马丁公司分析认为，如果采用涡流编队技术，C-130双机编队能节油11%，C-5双机是18%。如果让一架F-16借助KC-135的涡流飞行，可节油17%，倘若前面飞行的是一架C-5，这一数字可上升至30%。据说，英国对这一技术也很感兴趣，正琢磨未来在A400上加以应用。

感谢鸟类，感谢大自然锤炼出的这些空气动力学的真正行家。