【高中组特等奖】斜坡式高效节能军用机场的设想研究　　

西南大学附中  吴昪　　

指导教师： 范伟　　

【摘要】针对军用机场的设计和改进，本文提出新型军用机场规划方案：将斜坡融入跑道，为飞机的起飞和降落分别提供动力和阻力；环状设计多条跑道，提高机场的利用率和效能；在山体内部开凿停机库，有效提高防卫掩护能力。该方案不仅适用于山地丘陵，还可推广应用于海上岛屿机场的修建，对我国边防海防具有重要意义。　　

【关键词】斜坡式跑道、高效节能、军用机场、；环状分布多跑道、山体机库　　

一、研究背景　　

1.近年来我国边境地区与邻国摩擦不断，如黄岩岛事件和钓鱼岛争端。若要提高综合国力，加强国防，在未来可能发生的战争中占得先机，则在边境地区尤其是海上区域需要更多能够起降战斗机的机场。而海上岛屿的面积较小，修建机场常采用填海的方式进行，消耗巨大。如果能将机场进行重新设计，缩短跑道长度，减小机场占地面积，则能在南海诸岛等领海区域修建更多的机场，增强边境防御后备实力。　　

2.我国虽地大物博但仍资源短缺，为建设强大的现化国防需要大量的燃油，以战斗机为例，飞机仅在起飞过程就得消耗大量燃油。为战斗机寻找一种节能的起飞方式具有较强的实践意义。
    3.万州五桥机场与作者的家隔江相望，作者曾到机场进行过参观，看到长达两千多米的跑道便心生疑惑：在万州这样的山地丘陵地区如何找到这样大的一片平地？通过查阅资料和询问他人得知，万州五桥机场原址为山丘，以挖山填沟的方式完成机场用地，属高挖高填类机场。由此想到是否能够找到一种适用于丘陵山地地形的跑道，利用山地的坡度，便于机场的修建和节省资源、能耗。　　

二．研究目的　　

合理规划机场跑道，使其能够充分利用丘陵山地等地形；缩短跑道减小机场面积；让飞机在起飞过程中减少燃油消耗。　　

三．探索与研究　　

  （一） 跑道的初步设想　　

如图1，在跑道中加入一段斜坡，则在着陆时该段斜坡可使飞机在较短时间内停下，而起飞时该段斜坡可使飞机获得一定初速度从而有效减少燃油消耗。　　

（二）斜坡式跑道的合理性论证　　

（三）斜坡式跑道的改进　　

跑道不仅要用于飞机的降落，还要能使飞机顺利起飞，其修建对于场地的选择也有一定要求，因此还需继续通过计算和对比，改进跑道，使其在满足飞机的起降要求的同时易于选址修建。　　

     所以，跑道应采用水平跑道与斜坡跑道并用（如图2），使斜面长度仍为　492m　，斜面上下均加上水平预留跑道　100m　左右，跑道总长s=492+200=　692m　，与普通机场跑道　 　　　相比缩短了60%。　　

                （四）环状分布多跑道　　

受“浮岛式滑坡航母”（如图3）启发，机场滑坡也可设置两个（如图4），从而实现双向起飞与降落。　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　双向跑道对地形的利用率得到了一定的提高，但可以看出仍不够充分。

于是有了以下的设想：　　

                                 如图5，将山坡的顶部铲平，形成一个圆台，然后就可以向各个方向修建跑道，极大地提高了地形的利用率。　　

（五）山体机库设计　　

圆台的顶部空间较小，不宜停放多架飞机，且停放的飞机在圆台顶部暴露在地表，一旦受到突袭其损失无法估量，所以想到利用山体，为机场配置机库，如图6　　

             机库的配置可带来两点好处：其一是使机场更好地融入地形，增强了机场的隐蔽性，不易被发现和监视；其二是坚固的山体可为战斗机提供掩护，及时受到了空袭也能在一定程度上保障战斗机的完好。　　

四．本设计的优点和不足之处　　

（一）优点　　

利用查阅所得数据加以理论推算得出，若在飞机跑道中融入30°角的斜坡，跑道长度可缩短为原长的60%，起飞时能节省至少71.4%的燃油；再利用山体为机场打造停机库，可增强隐蔽性。由此可体现出斜坡式高效节能机场的几处优点：　　

1.地形适应性好　　

对于山地丘陵地带来说，一块平坦开阔的土地十分珍贵，往往早已被用于城市的发展。修建军用机场时因考虑到保密性和安全性，需要远离人口密集的城区，而郊野通常是蛮荒的山地，要找到一块可用于机场修建且符合战略布局和战术要求的平地可谓难上加难。而本文所提出的斜坡式整体机场则可以完全地适应这类地形，为战略布局提供坚实的后盾。　　

2.地形利用率高　　

现有机场跑道均为平面直线型设计，地形利用极低，很多时候还需要挖填土地强行改变地形才能修建机场。如采用斜坡式跑道，则能充分挖掘丘陵地形的价值，其跑道环状分布多跑道设计及以山体作为停机库更是将每一寸土地尽可能地利用了起来。针对机场噪音污染的问题，斜坡式机场没有对平坦地形的要求，因而可以选择修建在偏远的山区内部，且周围的山地可以形成天然的隔音墙，能有效地防治噪音污染，对居住地区民众的生产生活不会产生任何影响。　　

3.节能高效　　

因跑道为斜坡式，在飞机起飞时可将重力势能转化为推动飞机起飞的动能，有效地改善飞机起飞要消耗大量燃油的现状：对于普通飞机可节约资源，起到保护环境的作用；对于战斗机，节约下来的燃油用于飞行过程则能增大战斗机的攻击半径，具有战略意义。环状分布多跑道可同时起、降多架飞机，在实际作战中达到高效起、降，以提高军事行动的速度，使其占据时间优势；在平时训练中同时起、降多架飞机则能更直观地判断飞机之间的起飞差异，有利于训练飞行员和记录起飞过程。　　

（二）不足之处　　

作为中学生，由于时间限制及知识的储备量不够，本文在进行斜面研究时选择了最方便计算的30°角，举例选择了资料便于查阅且中国国防配有的F-15战斗机，同时未考虑空气动力、结构强度、飞行视野等多方面可能影响战斗机起降的复杂因素。　　

五．后续计划　　

在下一步计划中，将首先进行多个坡度的计算，参考多个型号的战斗机参数，对比不同坡度的节能效率和起降效率，以及修建该坡度跑道对占地的要求，从而找到适应性和适用性最高的坡度。然后再通过查阅书籍、询问专家等方式扩充自己的知识量，从而将影响飞机起降的各方面因素加入考虑，不断完善和改进现有规划，使本研究的现实意义和使用价值进一步提升。　　

六．推广展望　　

斜坡式军用机场的设计原理虽然简单，但其在实际应用中对于环境保护、军事战略都具有重要意义。我国边境海域拥有丰富的海洋资源，难免被一些国家所觊觎，如果能将斜坡式机场运用到海上军用机场的修建，则能在发现他国的非法行为后迅速做出反应，保障国家利益。此外，在本文的探究中主要考虑了军用机场的适应性，但事实上斜坡式跑道对于普通机场、公交车站及众多交通运输方面都具有参考价值，节能高效即是最终目的，有利于贯彻节约资源、保护环境基本国策，顺应科技改变生活的时代潮流。　 　

参考文献　　

[1]《我为j-10专门打造的“滑坡航母”》__战略网　　

http://grass.chinaiiss.com/html/201310/18/wa　10f　88.html　　

[2]军用机场_百度百科　　

http://baike.baidu.com/link?url=NxbO0WDWCtCxv5u4UbY8nSWxeSsAwCMLeEmQBxWAj6mWhzNR1YbSqm95t3YzhgVf　　

[3] 丁德亮 郑汝海 邵 斌，2007，关于机场选址的思考，1009-6825(2007)22-0027-02　　

  http://wenku.baidu.com/view/d3b　3f　0eb　0975f　46527d3e12b.html　　

[4]蔡良才，郝伟等，军用机场净空新规定与原规定的比较分析, 1672-3953(2007)　04-0017-04　　　

  http://wenku.baidu.com/view/c　2f　　90f　15b7360b　4c　2e　3f　6412.html　　

[5]夏梓耀，黄锡生，中国机场噪声污染防治立法问题研究　　

  http://wenku.baidu.com/view/e　0025f　9edd88d0d233d46af6.html　　

[6]普通高中课程标准试验教科书 物理1 必修 　　

人民教育出版社　　

[7]普通高中课程标准试验教科书 物理2 必修 　　

人民教育出版社　　

评语：　　

该文中笔者独创性的提出了解决战斗机在起飞过程耗油巨大的问题，论文研究思路清晰、论据充分，所研究的问题涉及当今热点问题，具有一定的创新性和可行性，值得推荐参评。　　

                                　2015年2月10日　　　

评语: 本文提出新型军用机场设计和改进方案,并进行了建模和计算,虽然考虑的因素不够全面,在实际操作上未必可行,但敢于提出新的想法,值得肯定.　　

                                           张春国