放错位置的涵道螺旋桨

    在电影阿凡达中，女演员米歇尔罗德里格斯饰演的人类飞行员爱憎分明，性格突出，给观众留下极为深刻的印象。在片中，她的座驾是这样的一款轻型直升机。 

阿凡达中的涵道螺旋桨直升机

    这款直升机最大的特点就是采用了左右对称的双涵道螺旋桨，取代了传统直升机的两套自由螺旋桨。两个涵道螺旋桨可以独立调整轴方向，可通过差动来实现转向和水平姿态变化。

    涵道风扇（Ducted Fan），指在自由螺旋桨的外围设置涵道的一种推进装置。国内外很早就有人开始研究涵道风扇螺旋桨，并取得了很多研究成果，广泛应用于各种交通工具尤其是航空器中。（来自百度百科）。同传统自由螺旋桨相比，涵道螺旋桨的涵道可以收束螺旋桨翼尖处的气流，降低其诱导阻力和噪音，提升螺旋桨的气动效率。对以推进为目的的航空器来说，涵道螺旋桨有很大的价值，而人们日常生活中最常见的各种低噪音散热风扇，其实也就是涵道螺旋桨。

生活中常见的涵道小型飞行器和散热风扇

野牛气垫船的 涵道推进器

隐身直升机 RAH-66 科曼奇的涵道尾桨

    在自重不大时，涵道螺旋桨用在小型航模和航拍器上是非常合适的，具有推进效率高，操纵灵活，结构坚固等一系列优势。在正常起降重量范围的直升机上，目前大多用于平衡主翼力矩的尾桨上，以充分利用其较低的噪音特性。当纯粹以推进为目的时，涵道螺旋桨也是气垫船的优秀推进器。

    所以在电影阿凡达中，这种轻型直升机采用涵道螺旋桨是非常合理的一种设定。一来阿凡达星球重力水平较低（从动植物等生态环境推度），二来涵道螺旋桨对称布置可以双桨对转，无须用来平衡力矩的尾桨，节省了重量。

    那么问题来了。涵道螺旋桨毕竟不是人们都非常熟悉的事物，之所以被拿来充当科幻元素，一定有大规模采用的不现实之处。

    最核心的问题就是重量。我们知道物体几何尺寸翻一倍，其重量会以立方级增长。用来约束涵道螺旋桨的涵道结构，本身是实心的，虽然涵道螺旋桨在同直径下的气动效率要高于自由螺旋桨。但是涵道螺旋桨本身的重量限制了其直径——如果将直径做大，那么整个系统的功重比将不可避免的急速下滑，直到不可接受。

    这就好比二战时的活塞式螺旋桨战斗机，不可能放的很大一样（战后的大型螺旋桨飞机都是涡桨或者桨扇动力），因为活塞式汽油机的功重比决定了飞机的尺寸大小。所以，用涵道风扇来推进小型航模很常见，用来推动大型航空器目前来还是不容易的（未来在发动机技术进一步发展的情况下有望在战术飞机上采用）。

     因而，当笔者当年在电影院欣赏《复仇者联盟》时，面对那艘突然用四个巨大涵道螺旋桨推上高空的“空中航母”，着实十分震惊。

复仇者联盟中的浮空航母对比

    从相似舰载机的比例来看（仿F35的舰载机大概在16米，短与尼米兹及的F/A 18E/F),复仇者联盟中的航母主尺度非常惊人，排水量可能会有二十到三十万吨的量级。抛开其双层甲班的复古设计（二战日本联合舰队赤城号失败在前）毫无对浮空的功能的优化，就说这四个耳台搭载的倾转涵道涡扇，实在让人不敢相信。

    让二十万吨的舰船飘在空中，对于星际殖民时代的文明来说或许不是什么问题，但是对近未来的人了和会来说，其动力水平显然是难以奢望的。不过即使是有这样巨大功率的动力，用涵道风扇来实现漂浮也是不可想象的。我们知道寻常的重型直升机，起飞重量不过几十吨，旋翼直径就已经十几米，螺旋桨的气动效率是接近固定的一个范围，靠直径60米的涡扇，即使转速上万，想推动这么大的平台漂浮也是不现实的。

美国队长2 中 “浮空航母被发扬光大”靠中口径火炮大杀四方

    尤其是，如此巨大的风扇，在高转速下巨大的吸力势必将横扫舰艇整个甲板，对于一艘航空母舰来说这是非常荒谬的。我们认为，浮空航母还是用更加玄妙的未来"反重力"技术来解释更加靠谱，用涵道风扇是不靠谱的。