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第2章 初闻惊雷—认识飞机

1.“孤帆一片日边来”—透视飞机

“鲲鹏一日同风起,扶摇直上九万里”,飞机从发明到现在已走过了100年的光辉岁月。它不仅给我们的生活带来了方便快捷,还在很大程度上促进了社会和经济的长远发展。从知识的角度来看,大多数人对飞机的认识还只停留在表面的理解上,而对它的具体结构、特征、性能等方面却一知半解,甚至不知所以然。飞机究竟是什么?它为我们的生活带来了什么?这一切我们还得从它的细部特征说起。

飞机是指具有机翼和一具或多具发动机,由动力装置产生前进推力,由固定机翼产生升力,能在大气中飞行的重于空气的航空器。

飞机具有两个最基本的特征:①飞机自身的密度比空气大,并且它是由动力驱动前进;②飞机有固定的机翼,机翼提供升力使飞机翱翔于天空。

需要指出的是,不具备以上特征的航空器不能称它为飞机。因为这两个条件相辅相成,缺一不可。假如一个飞行器的密度小于空气,它就只能算作是气球或飞艇一类;如果一个飞行器没有动力装置,只是在空中滑翔,它也只能被称为是滑翔机;倘若飞行器的机翼不固定,靠机翼旋转产生升力,它就是直升机或旋翼机。

准确地说:飞机是有动力驱动的有固定机翼的而且重于空气的航空器。

有时候,我们经常可以见到或听到一些关于“固定翼航空器”、“固定翼飞机”之类的说法,实际上它们所指的都是飞机,同时这些名词的叫法也都准确。因为“固定翼航空器”包括飞机和滑翔机,而“固定翼飞机”则是一个重复的称呼,“飞机”本身就已经包含了固定翼的内容。更常听到很多人说“直升飞机”,这很不妥当。直升机是使用旋翼提供升力的,它和飞机属于完全不同的航空器类型。

为什么飞机要装“红绿灯”?

飞机在天空中飞行时,尽管天空非常广阔,但由于飞行速度很快,因此仍然可能发生对撞事故。为了避免这种危险,飞行员必须时刻关注自己前后左右和上下方有没有飞机在飞行,及时判断是否存在事故隐患。“红绿灯”就是飞机上的航行灯,它为飞行员起到导航的作用。每架飞机上都装有3盏航行灯,在飞行员左侧机翼尖上的是红灯,右侧机翼尖上的是绿灯,机尾上装有一盏白灯。

飞机在夜间航行时,必须打开航行灯。如果飞行员能同时看见3盏灯,这说明在自己的上空或下方有飞机在飞行,这时是没有危险的。如果只能看到红色和绿色的航行灯,说明有一架飞机正在迎面飞来,有对撞的危险,要设法避开。如果只能看见一盏红灯或绿灯,那说明在左侧或右侧有飞机在飞行,只要不偏离航线是不会相撞的。

当遇到有雾的天气,光靠航行灯是不够的,这时飞行员就得借助飞机上的雷达来判断飞近飞机的航向和距离。根据雷达不断向周围发射出的无线电波,飞行员可及时调整飞机的航向和速度,以免发生撞机事故。

2.“一览众山小”—飞机的构成

飞机从诞生发展到今天,研制成功的型号五花八门,总数近1200种以上。各个时期、各种用途的飞机大小、样式、应用,差别都很大。但是,万变不离其宗,大多数飞机的基本构成还是一致的,都主要是由机身、动力装置、机翼、尾翼、起落装置、操纵系统和机载设备组成。

(1)机身

机身是飞机的主体,用于连接其他部件并容纳乘员、货物、设备等。虽然大多数飞机都有一个机身,但它并不是飞机必不可少的部件。早期的飞机常常用金属骨架将各部件连接在一起,现代超轻型飞机和一些滑翔机也是如此。还有一种特殊的飞翼式飞机也没有机身,整个飞机看起来就是一副大机翼,人员、货物、燃油等全部隐藏在机翼内。

(2)动力装置

动力装置主要用来产生拉力或推力,使飞机前进。它还可以为飞机上的用电设备提供电力,为空调设备等用气设备提供气源。

动力装置是飞机起飞和飞行必需的推进系统。它往往包括动力装置本身和动力转换装置。对于螺旋桨式飞机,动力装置是活塞式或涡轮螺旋桨发动机,动力转换装置是螺旋桨。前者产生驱动力矩,后者通过旋转产生气动推力或拉力。对于喷气式飞机,动力装置是产生高温高压气体的喷气发动机,动力转换装置是喷管,高速喷射气流产生的反作用力推动飞机前进。

现代飞机的动力装置主要包括涡轮发动机和活塞发动机两种,应用较广泛的动力装置有4种:航空活塞式发动机加螺旋桨推进器;涡轮喷射发动机;涡轮螺旋桨发动机;涡轮风扇发动机。动力装置除发动机外,还包括一系列保证发动机正常工作的系统,如燃油供应系统等。

(3)机翼

机翼的主要功用是为飞机提供升力,以支持飞机在空中飞行,也起一定的稳定和操纵作用。在机翼上一般安装有副翼和襟翼。操纵副翼可使飞机滚转;放下襟翼能使机翼升力系数增大。另外,机翼上还可安装发动机、起落架和油箱等。机翼有各种形状,数目也有不同。在航空技术不发达的早期为了提供更大的升力,飞机以双翼机甚至多翼机为主,但现代飞机一般是单翼机。

机翼内部还往往用来贮存燃油、放置起落架,机翼外部还可外挂副油箱及进攻型武器。

(4)尾翼

尾翼包括水平尾翼(平尾)和垂直尾翼(垂尾)。水平尾翼由固定的水平安定面和可动的升降舵组成(某些型号的民用机和军用机整个平尾都是可动的控制面,没有专门的升降舵)。垂直尾翼则包括固定的垂直安定面和可动的方向舵。尾翼的主要功用是用来操纵飞机俯仰和偏转,以及保证飞机能平稳地飞行。

尾翼是飞机保持稳定和实现操纵的部件,通常在飞机的尾部。尾翼分水平尾翼和垂直尾翼两部分,由于它们是起稳定作用的,所以又称安定面。有的飞机尾翼呈V字型,称V型尾翼,没有水平与垂直尾翼之分,但同时具有二者的功能。有的飞机特别是三角翼飞机,只有垂直尾翼而没有水平尾翼。

水平尾翼主要用于飞机的纵向稳定(俯仰稳定)。在有的飞机上,水平尾翼不是安装在飞机尾部,而是位于前部。这种尾翼称为前翼或鸭翼。垂直尾翼安装在水平翼的中部,用于飞机的方向稳定,它的剖面形状是对称的。高速飞机为了能产生足够大的航向稳定性,需要大面积垂直尾翼,但考虑到强度等因素,往往采用两个同样的垂直尾翼,有的大型飞机甚至还有3个或3个以上垂直尾翼。

(5)起落装置

起落装置又称起落架,是用来支撑飞机并使它能在地面和其他水平面起落和停放。陆上飞机的起落装置,一般由减震支柱和机轮组成,此外还有专供水上飞机起降的带有浮筒装置的起落架和雪地起飞用的滑橇式起落架。它是用于起飞与着陆滑跑、地面滑行和停放时支撑飞机。

飞机的起落架就是飞机在地面停放、滑行、起飞着陆滑跑时用于支撑飞机重力,承受相应载荷的装置。简单地说,起落架有一点像汽车的车轮,但比汽车的车轮复杂得多,而且强度也大得多,它能够消耗和吸收飞机在着陆时的撞击能量。现代军用飞机、大型运输机的起落架都是可以收放的,飞行过程中起落架收入机身或机翼内,可大大降低阻力。由于收放机构会增加重量和复杂性,轻小型飞机的起落架则多采用不可收放式。

(6)操纵装置

操纵装置主要由驾驶杆、舵(脚蹬)、助力装置、传动装置和各舵面组成。现代飞机驾驶舱内可供驾驶员使用的飞行操纵装置通常包括:

主操纵装置:驾驶杆或驾驶盘和方向舵脚蹬。在某些采用电传操纵系统的飞机上,驾驶杆或驾驶盘已经被简化成位于驾驶员侧方的操纵杆。

辅助操纵装置:襟翼手柄、配平按钮、减速板手柄。在飞行中,飞行员操纵杆、舵,通过助力和传动装置使副翼和方向舵变化一定的角度,以改变飞行状态。飞行员向后拉杆时,升降舵向上偏转,飞机上仰;前推驾驶杆时,升降舵向下偏转,飞机向下俯冲;向左压驾驶杆时,飞机向左倾斜;向右压驾驶杆时,飞机向右倾斜。左操纵脚蹬向前、右操纵脚蹬向后时,方向舵左转,飞机向左转弯;反之,飞机向右转弯。

随着电子技术的发展,飞行操纵装置的形式也发生了根本性的变化。在大型飞机中,传统的机械式操纵系统已逐渐地被更为先进的电传操纵系统所取代,计算机系统全面介入飞行操纵系统,驾驶员的操作已不再像是直接操纵飞机动作,而更像是给飞机下达运动指令。由于某些采用电传操纵系统的飞机取消了原有的驾驶杆或驾驶盘等装置而改为侧杆操纵,驾驶舱的空间显得比以往更加宽松,所以有些驾驶员称这类驾驶舱为“飞行办公室”。

(7)机载设备

机载设备是飞机完成特种任务或保障正常飞行的各种设备。机载设备一般包括飞行仪表、通信、导航、环境控制、生命保障、能源供给等设备,这些设备可以根据要求进行选装。飞机还装有与特定任务有关的特种机载设备,如战斗机的雷达、电子战、导弹、火炮及火力控制系统;侦察机的各种侦察设备;旅客机的各种服务装置等。

飞机常用名词释义

(1)机长:指飞机机头最前端至飞机尾翼最后端之间的距离。

(2)机高:指飞机停放地面时,飞机尾翼最高点的离地距离。

(3)翼展:指飞机左右翼尖间的距离。

(4)最大起飞重量:指飞机试航证上所规定的该型飞机在起飞时所许可的最大重量。

(5)最大着陆重量:指根据飞机的起落架和机体结构所能承受的撞击量。由飞机制造厂和民航当局所规定。

(6)飞机基本重量:指商务载重(旅客及行李、货物邮件)和燃油外飞机做好执行飞机任务准备的飞机重量。

3.嫡系旁亲—飞机的分类

随着航空事业的蓬勃发展,飞机已发展成为一个庞大的“家族”,可谓名目繁多,类型庞杂。不同机型也有不同的分类方法。

(1)按外形布局分类

这种分类方式可将飞机按机翼、尾翼、起落架划分为3大类。

①在机翼类里,按机翼的数目,它可分为单翼机、双翼机和多翼机。

单翼机是仅有一个主机翼的飞机,它是现代飞机的主要型式。按是否带有撑杆,单翼机可分为带撑杆的单翼机和不带撑杆的张臂式单翼机。其中应用最广泛的是张臂式单翼机。张臂式单翼机通常简称为单翼机。按机翼相对于机身上下位置的不同,张臂式单翼机又可分为上单翼飞机、中单翼飞机和下单翼飞机。

由于双翼机和多翼机在航空发展的初期很常见,目前除少数农用和体育用飞机采用双翼外,各种飞机几乎都是单翼机,所以,在介绍机翼类飞机时仅指单翼机。

上单翼飞机具有向下视界广阔,干扰阻力小的优点。但现代大型运输机由于机身很宽,起落架可安装在机身下部,起落架高、不易收放的缺点可以避免。如俄罗斯的伊尔-76,乌克兰的安-124,美国的C-130、C-5等,都是上单翼飞机。

中单翼飞机的气动阻力最小,起落架也比上单翼飞机低。机翼直接穿过机身中部,结构受力形式好,便于采用翼身融合体结构。因此,现代战斗机多为中单翼飞机,如F-16、苏-27等。缺点是机翼结构穿过机身中部影响机身空间的利用。

下单翼飞机的最大优点是起落架短、重量轻,易于收放,迫降时易于保证旅客安全。很多旅客机,如美国的波音747、前苏联的图-154等,都是下单翼飞机。缺点是气动阻力大。

双座单翼机—“蜜蜂”3号超轻型飞机,该机具有半封闭式座舱,撑杆支持的上单翼、正常式尾翼、前三点固定式起落架和三轴操纵系统。这种飞机主要应用于农业灭虫、森林防护、空中摄影、航空运动等方面。

1989年9月,3架“蜜蜂”3号型飞机成功地进行了万里飞行。从中国西部的乌鲁木齐飞到东部的哈尔滨,沿路飞跃天山、戈壁沙漠、黄河峡谷、内蒙古高原、河北山地、东北平原,经受了各种地形复杂气象条件的考验,行程5100千米,全部安全到达终点。超轻型飞机长距离编队飞行,在世界上还是首次。

为什么现代飞机大多都采用单翼飞机?

早期的航空发动机大多数功率比较小而且由于是用车辆发动机改装,大量采用生铁铸造的汽缸,非常沉重。采用双翼是因为早期飞机的发动机功率较小产生的拉力很难保证飞机获得高速度,而在低速度下要起飞就要提高升力,而提高升力最简单办法自然是增加机翼的数量,“一战”中不但有双翼机,也有单翼机和三翼机。

由于后来飞机速度更大,双翼机上的机翼及支柱的阻力非常大已经严重影响到飞行速度的提高,所以上世纪30年代以后不再生产这类飞机。当然,一些特殊用途飞机如轻型运输机、农业飞机、森林灭火飞机等对速度要求低的飞机双翼机还是有用武之地的。

随着时代在向前发展,对飞机性能的要求也越来越高。单翼机相较于双翼、多翼机,优势日渐凸显,故而现代机多采用单翼飞机。

②按机翼平面形状,飞机可分为平直翼飞机、梯形翼飞机、后掠翼飞机、三角翼飞机、变后掠翼飞机、前掠翼飞机、飞翼式飞机。

平直翼飞机的左右两只机翼的前后缘平齐,像是一个整体,这种飞机不利于高速飞行,目前轻小型的农用飞机和通用飞机多采用这种布局。平直机翼飞机的典型就是美国的A-10攻击机,这种翼型的飞机飞行速度受限制,但是转弯半径小,航程比较大。

梯形翼飞机的机翼呈梯形,机翼较短,目前采用不多。梯形翼有点像三角翼,不同的是把翼尖切掉了,就成了梯形翼,较为典型的就是美国的几款主力战机,有F-15,F-16,F-18,最新的F-22和F-35也是梯形翼。

后掠翼飞机的机翼前后缘都向后倾斜,这种布局有利于高速飞行,能推迟激波到来并减少激波阻力。目前战斗机、轰炸机和大型民航机几乎都采用后掠翼飞机。采用后掠翼的飞机最典型的代表就是国产的歼-6、强-5,这类飞机着重强调的应是其在中低空状态下飞行时的性能。

后掠翼飞机的设想是20世纪30年代末开始提出的,主要是为了克服因接近音速飞行而急剧增大的空气阻力,突破“音障”,随后,出现大量的军用后掠翼飞机。如美国的F-100战斗机、B-52战略轰炸机;前苏联的米格-19歼击机、图-16远程轰炸机;中国的歼-5型歼击机。

三角翼飞机是机翼前缘后掠、后缘平直呈三角形平面形状的飞机,它是后掠翼的变种,也有利于高速飞行。现代三角翼飞机机翼的前缘后掠角一般较大而展弦比较小,临界马赫数较大,在作超音速飞行时,机翼容易处在机头马赫锥内,跨音速和超音速飞行的激波阻力较小而气动效率较高。三角翼飞机机翼根梢比大,具有较好的刚度和强度,翼面压力中心靠近翼根部,弯矩较小,可以减轻机翼的结构重量。由于机翼根部翼弦很长,在机翼相对厚度一定的条件下,翼根部分的绝对厚度较大,对于起落架舱和机翼油箱的设计也带来有利条件。这些优点使许多超音速飞机采用三角翼飞机布局形式。三角翼飞机著名的有幻影-2000、歼-10、阵风、台风战斗机。

传统三角翼飞机的主要问题是,机翼大后掠角小展弦比使飞机亚音速飞行的诱导阻力较大,飞机的亚音速巡航性能、中低空机动能力和起飞着陆性能较差。

三角翼飞机有的有平尾,如中国的歼-8,前苏联的米格-21、苏-15歼击机等;有的无平尾,如法国的“幻影”Ⅲ战斗机和“协和”式超音速客机等。

随着科学技术的发展,一些现代三角翼飞机采用放宽静稳定度技术以减小配平阻力,在机翼前缘采用前缘襟翼以减小起飞、着陆速度和滑跑距离,改善三角翼飞机的性能,如法国的单发超音速轻型战斗机“幻影”-2000.

变后掠翼飞机是飞行中机翼后掠角可以改变的飞机。后掠角变化在20°~70°范围内。它的机翼可前后偏转,从而改变机翼后掠角和翼展,这种布局形式能够兼顾高速性能和低速起降性能。前掠翼飞机的机翼是向前倾斜的,与后掠翼飞机刚好相反。这种飞机有不易失速、机动性能好等优点,但稳定性问题突出,易受引力作用破坏,目前还处在试验阶段。

可变后掠翼飞机设计复杂,操纵非常麻烦,所以故障率也比较高,最要命的是复杂的变翼机构限制了飞机的载荷、外型、隐身等一系列性能的提高。

而现代飞机设计通过采用双三角设计,鸭翼、跨音速面积率曲线设计、大边条设计、翼身融合技术等现代技术可以很好地弥补后掠翼的不足,使飞机获得非常好的性能,而避免了变翼飞机的诸多不足,所以没有必要采用变翼这种复杂的设计方式。

目前,还出现了一种飞翼式飞机,它将机翼与机身合二为一,整个飞机就像一只巨大的机翼一样。这种飞机现在已开始投入使用。飞翼式布局的优势在于阻力小,翼负荷低,机翼可利用的空间大,载重多,非常利于大型飞机采用。

为什么现在各国都不发展可变后掠翼飞机了?

可变后掠翼飞机气动布局的优点是:通过机翼后掠角变化,使飞机在低速和高速飞行中获得理想的机翼前缘升力。

后掠翼虽然空阻小,但存在机翼前缘升力不足的缺点,而且后掠角越大,升力系数越低,使得飞机在起飞、着陆、空速限制等指标上都不理想。可变后掠翼在起飞、着陆和低速飞行时,使用较小的后掠角,使机翼前缘升力增加,机翼效率提高,而高亚音速和超音速飞行时使用大后掠角,能提高飞机的加速性能和高速飞行能力。

③按尾翼布局形式,飞机可分为正常尾翼飞机和鸭式飞机。

鸭式飞机是在机翼前方的机身上装有水平小翼面,而没有水平尾翼的飞机。这种小翼面称为“前翼”或“鸭翼”,它代替一般飞机的水平安定面和升降舵。鸭翼可以像水平尾翼那样由固定部分和升降舵组成,也可以是全动式的,起俯仰平衡和操纵的作用。还可以用作固定前翼,此时飞机的俯仰操纵由机翼后缘的升降副翼实现。

鸭式飞机的尾翼在机翼前面,这种形式有利于提高机动性,常用于对机动性要求高的战斗机上。

尾翼飞机按垂直尾翼的数量,还可分为单立尾飞机、双立尾飞机、V形尾飞机、三立尾飞机和无尾飞机。一般飞机都是单立尾。F-18、F-117飞机采用V字形尾翼布局,目的在于提高飞机的隐身性能。“幻影”Ⅲ、“幻影”-2000以及飞翼式飞机都是无尾飞机。

飞翼式飞机是只有机翼和小机身甚至没有机身,没有水平尾翼与鸭翼(前翼)的飞机。飞翼式布局的优点是阻力小,翼负荷低,机翼内可利用的空间大,载重多,有利于大型飞机采用。缺点是,飞机方向舵和升降舵舵面的力臂较短,产生效率较低,一旦发生飞机偏转或纵向摆动,飞机气动阻尼很弱,难以及时纠正;飞机的安定性和操纵性较差,而且起飞、着陆滑跑距离较长,不适合作战斗机使用。

世界上第一架飞翼型飞机是1924年由前苏联的切拉诺夫斯基研制的,1926年成功试飞。目前,世界上典型的飞翼式飞机是美国的B-2隐形轰炸机。

④根据起落架滑行方式的不同,飞机可分为轮式起落架飞机、滑橇式起落架飞机和浮筒式飞机。

轮式起落架飞机在陆地上起飞和着陆,滑橇式起落架飞机在水上或冰雪上起飞和着陆,浮筒式起落架飞机在水上起飞和着陆。

德国BV222水上飞机是“二战”期间参加过作战行动的最大水上飞机,有6台发动机。原设计是用于横渡大西洋的旅客机,有一个长径比为8.5:1的机身,两翼上的稳定浮舟可以向内收放,一共制造13架,被用于运输或海上巡逻。这个“海上巨兽”配备11名机组人员,最大航程7000千米,最大滞空时间达到了惊人的33小时。

根据起落性能,飞机可分为普通滑跑起落飞机和垂直短距起落飞机。垂直短距起落飞机根据起飞和推进方式的不同,还可分为推力换向式、升力推力式、涵道风扇式、姿态变换式等几种。如英国的“鹞”式飞机,就是推力换向式,它在起飞时发动机喷口朝下,升到空中后喷口转向朝后,提供前进的动力。

(2)按发动机分类

①按发动机类型,飞机可分为活塞式发动机飞机、涡轮喷气发动机飞机、涡轮螺旋桨发动机飞机、涡轮风扇发动机飞机、冲压发动机飞机和火箭发动机飞机。按飞机推进方式,上述飞机又可分为螺旋桨式飞机和喷气式飞机。活塞式发动机飞机、涡轮螺旋桨式飞机属于螺旋桨式飞机,其他依靠喷气产生推进力的飞机都属于喷气式飞机。

②按发动机安装的位置可分为机身内式发动机飞机、翼内式发动机飞机、翼上式发动机飞机、翼下式发动机飞机、翼吊式发动机飞机和尾吊式发动机飞机。按发动机数量可分为单发动机飞机、双发动机飞机和多发动机飞机。

③按性能如飞行速度和航程,飞机可分为亚音速飞机和超音速飞机两大类。亚音速飞机又可分为低速飞机、中亚音速飞机和高亚音速飞机3种。目前大多数现役战斗机都是超音速飞机。亚音速飞机又分低速飞机(飞行速度低于400千米/小时)和高亚音速飞机(飞行速度马赫数为0.8?0.9),多数喷气式飞机为高亚音速飞机。

④按飞行航程可分为近程飞机、中程飞机和远程飞机。目前一些大型军用和民用运输机、战略轰炸机都是远程飞机。远程飞机的航程为10000千米左右,可以完成中途不着陆的洲际跨洋飞行。中程飞机的航程为3000千米左右,近程飞机的航程一般小于1000千米。近程飞机一般用于支线,因此又称支线飞机。中、远程飞机一般用于国内干线和国际航线,又称干线飞机。

我国民航总局是采用按飞机客座数划分大、中、小型飞机,飞机的客座数在100座以下的为小型;100~200座之间为中型;200座以上为大型。航程在2400千米以下的为短程,2400~4800千米之间为中程,4800千米以上为远程。但分类标准是相对而言的。

(3)按用途分类

飞机不仅广泛应用于民航运输和科学研究,而且还是现代军事常用的重要武器。按用途进行分类,飞机可分为民用飞机和军用飞机。

民用飞机指所有用于非军用目的、服务于国民经济和科学研究的各类飞机。民用飞机除客机和运输机以外还有农业机、森林防护机、航测机、医疗救护机、游览机、公务机、体育机、试验研究机、气象机、特技表演机、执法机等。

农业机是经过改装或专门设计用于农业和林业的飞机,它在农作物病虫害等方面发挥着重要作用。第二次世界大战以后,剩余的大量轻型飞机被改装为农业飞机。20世纪50年代以后出现专门设计的农业飞机。其中著名的有前苏联的安-2、美国的“农用马车”、澳大利亚的“空中卡车”PL-12.农业飞机使用季节性强,往往兼作他用以提高经济效益,如用来载客或载货,成为一种以农业为主的多用途飞机,我国1977年制造的运11飞机就属于这种类型。

军用飞机是具有军事用途的各类飞机。军用飞机主要有:战斗机(也称歼击机)、轰炸机、攻击机(也称强击机)、战斗轰炸机、反潜机、侦察机、电子战飞机(也称电子对抗飞机)、预警机、拦截机、军用运输机、空中加油机、巡逻机、舰载机、靶机等。

飞机是靠空气的浮力来飞行的吗?

飞机体积没有气球和飞艇大,而飞机的重力也远远大于空气对飞机所产生的浮力,浮力支撑不起飞机的重量。

飞机的飞行是利用飞机机翼上下两个表面的空气速度不同而产生的空气压力来飞行的。

飞机起飞之前,先得在跑道上跑一段距离,飞机向前跑,空气就相对地向后移动,空气的压强作用在机翼上使机翼获得巨大的升力,机翼的形状起了很重要的作用。

飞机在飞行过程中受到4种作用力:

升力—由机翼产生的向上作用力。

重力—与升力相反的向下作用力,由飞机及其运载的人员、货物、设备的重量产生。

推力—由发动机产生的向前作用力。

阻力—由空气阻力产生的向后作用力,能使飞机减速。

飞机在空气中运动时,空气流到机翼前缘,分为上下两股,流过机翼上表面的流线,受到凸起的影响,使流线收敛变密,流管变细;而流过下表面的流线也受凸起的影响,但下表面的凸起程度明显小于上表面,所以,相对于上表面来说流线较疏松,流管较粗。由于机翼上表面流管变细,流速加快,压力较小,而下表面流管粗,流速慢,压力较大。这样在机翼上、下表面出现了压力差。这个作用在机翼各切面上的压力差的总和便是机翼的升力。机翼切面压力的方向与相对气流方向垂直,大小主要受飞行速度、迎角(翼弦与相对气流方向之间的夹角)、空气密度、机翼切面形状和机翼面积等因素的影响。飞机的机身、水平尾翼等部位也能产生部分升力,但机翼升力是飞机升空的主要升力源。飞机之所以能起飞落地,主要是通过改变机翼升力的大小而实现的。

总之,螺旋桨飞机和直升机是利用螺旋桨运动产生向上的升力;喷气式飞机是靠特殊形状的机翼利用向前的推进速度带动空气流动产生压强差而得到向上的升力。空天飞机等在大气层内的运动类似于喷气式飞机,不过它还有涡轮增压发动机和火箭发动机,附带氧化剂,可以在无氧条件下飞行。

4.“一半海水 一半火焰”—飞机的特点

现代社会信息高度发达,生活节奏快捷至上,作为人们偏爱的交通工具,飞机在很大程度上有效地缩短了世界和城市之间的距离。但和其他出行代步工具相比,飞机有很多的优点:

(1)速度快。目前喷气式客机的时速在900千米左右。

(2)机动性高。飞机飞行不受高山、河流、沙漠、海洋的阻隔,而且可根据客、货源数量随时增加班次。

(3)安全舒适。据国际民航组织统计,民航平均每亿千米的死亡人数为0.04人,是普通交通方式事故死亡人数的几十分之一到几百分之一,和铁路运输并列为最安全的交通运输方式。

然而,飞机作为交通工具也有自身的局限性,主要表现在:

(1)价格昂贵。无论是飞机本身还是飞行所消耗的油料相对其他交通运输方式都高昂得多。

(2)受天气情况影响。虽然现在航空技术已经能适应绝大多数气象条件,但是比较严重的风、雨、雪、雾等气象条件仍然会影响飞机的起降安全。

(3)起降场地有限制。飞机必须在飞机场起降,一个城市最多不过几个飞机场,而且机场受周围净空条件的限制多分布在郊区。由于从飞机场到市区往往需要一次较长的中转过程,由此给高速列车提供了800千米以内距离的城际运输市场空间。因此飞机只适用于重量轻,时间要求紧急,航程又不能太近的运输。

(4)危险。虽然民航客机每亿客千米的死亡人数远低于其他交通工具,但飞机本身的旅程也远比其他运输工具长,所以这个数值被拉低。在某些程度上飞机并不是特别安全。

飞机之最

(1)飞行之最

①最快速度的飞机

世界上速度最快的飞机是美国波音公司制造的无人驾驶机:X——43A(喷气式飞机),2004年,它创造了7700千米/小时的世界记录。

②航程最长的飞机

2004年6月28日,新加坡航空公司开通了新加坡与美国纽约纽华克机场之间的每日不停站直航航班,超过了新加坡至洛杉矶的航线,成为全球最长不停站商业飞行的航线。在这条航线上,以空中客车A340-500客机飞行,整个航程达到了16600千米,飞行需时18小时。

③最大载重、载客能力

目前载重能力最好的是前苏联安托诺夫设计局所制造的An-225梦想式运输机,离陆重量超过600吨,酬载重量可达300吨。

目前载客人数最多的是“空中客车”A380客机,采用最高密度座位时可载850人。

④环球飞行之最

1924年道格拉斯公司“世界巡航”号飞机,第一次作分段环球飞行,历时175天,飞完42400千米。

1986年由伯特·鲁坦设计的旅行者号由其哥哥迪克·鲁坦和女飞行员珍娜·耶格尔驾驶,人类首次实现不间断、空中不加油的环球飞行。

1992年10月,一架“协和”号超音速客机,为了纪念哥伦布发现美洲新大陆500周年,用了32小时49分绕地球一周,创造了环球飞行的新纪录。

(2)相撞之最

①最严重的航展撞机事故

2002年7月27日,为庆祝乌克兰空军第14军成立60周年,在乌克兰西部城市利维夫附近的斯克尼利夫机场举行了一场特技飞行表演,吸引了数千观众前去观看。12时45分左右,一架正在低空做一个高难度的俯冲特技动作的苏-27战斗机突然失控,机身擦着机场跑道旁边的树林从树的顶部掠过。失控的飞机一头撞上了停在停机坪上的一架伊尔-76客机,当时就发生了爆炸并立即起火燃烧。由于巨大的惯性,燃烧着的机身连续翻滚着冲向地面来不及撤离的观众。在这次事故中,共有85人(其中27名为儿童)因飞机撞击和随之引发的爆炸死亡,有超过100人不同程度受伤。两名飞行员在飞机机身擦碰树林的时候利用弹射装置逃生,但两人均受伤。

②最惨重的客机相撞

1977年3月27日,在加纳利群岛,分别属于泛美航空和KLM(荷兰皇家航空公司)的两架波音747客机在跑道上相撞,泛美航空机上394人中的333人和KLM机上的249人共582人死亡。这起事故主要是由于塔台管制人员误发指令造成的。与这次相撞事故原因类似的事件是,1996年11月12日,印度新德里两架大型客机在空中相撞,机上的351人全部遇难。

③最让人心痛的客机相撞

2002年7月1日深夜,在德国巴登·符腾堡州于伯林根镇上空,两架大型飞机相撞,造成至少71人死亡。这两架飞机一架是从莫斯科起飞的图-154客机和一架从巴林起飞的美国波音757货机,撞击发生时的飞行高度是海拔12000米左右。

客机上共有12名机组人员和57名乘客,其中有52名乘客是儿童,另外5名乘客是这些孩子的领队,他们正准备前往西班牙参加联合国教科文组织的一个资助项目。

④最勇敢的相撞

前苏联时期,前苏联飞行员经常使用碰撞这一勇敢的战术赶走侵犯领空的敌机,最勇敢的“碰撞”是在1987年9月13日,前苏联一架苏-27战斗机起飞执行拦截一架挪威籍的P3B侦察机的任务,在发出示警以后,苏-27未能阻止该侦察机继续滞留前苏联领空,苏-27飞行员在不能使用武器的情形下,从侦察机腹下飞过,用垂直尾翼割开了P3B右侧发动机一个大口子,使挪威飞机不得不调转方向飞回。这次事件使北约第一次如此近距离地接触到苏-27,同时也领教了前苏联飞行员精湛加粗野的飞行技巧,同时对苏-27的坚固机身留下了深刻的印象。

⑤最难理解的相撞

2006年9月29日16时48分,巴西一架波音737-800型客机在与一架美国公务机发生碰撞后坠毁。波音737-800型客机上载有140人,而小型商务机则是刚刚出厂不久,当时正在飞往客户的住处途中。令人诧异的是,波音完全坠毁了,而这架小飞机竟然安全降落。

⑥最幸运的相撞。

2007年7月27日晚间,在英国希思罗机场上,一架波音777飞机倒退着离开登机口进入跑道时,与停机坪上的另一架“空中客车”321的尾部相撞,结果前者的左副翼和后者的尾翼都受到损伤,估计损失达上百万英镑。“空中客车”由于重量只有波音飞机的1/3,还被撞得偏离停机坪的滑行道3米远。但值得庆幸的是人员都没有受伤。

⑦最无奈的相撞。

2005年10月,美国迈阿密机场上演了惊人一幕,两架停在停机坪上的飞机在飓风“威尔玛”的推动下撞在了一起—一架飞机在飓风吹动下笔直驶向另一架飞机,后者被撞出了个大洞,这不能怪任何人,原来是老天惹的祸。

5.美丽弧线—飞机的飞行姿态

飞机在空中飞行与在地面运动的交通工具不同,它具有各种不同的飞行姿态,比如飞机的仰头、低头、左倾斜、右倾斜等变化。飞行姿态决定着飞机的动向,既影响飞行高度,也影响飞行的方向。低速飞行时,驾驶员靠观察地面,根据地平线的位置可以判断出飞机的姿态。但由于驾驶员身体的姿态随飞机的姿态而变化,因此这种感觉并不可靠。

飞机陀螺仪是测定飞机飞行姿态用的一种仪表,它是测量载体的方位或角速度的核心元件,由一个高速旋转的转子和保证转子的旋转轴能在空间自由转动的支承系统组成。主要利用惯性原理工作,具有定轴性与进动性这两个重要特性。

为了保证飞机在空中的飞行安全,人们发明了陀螺仪,并把它应用到飞机上。陀螺仪的支架和机身连在一起,它的转子在高速旋转时,旋转轴垂直于地面,有一根横向指示杆和转子轴垂直交叉相连。飞机可以改变飞行姿态,但转子轴会始终指向地面,横向标示杆就始终和地平线平行,它在仪表中被叫作“人造地平线”,这个仪表被称为地平仪,也叫姿态指引仪。在实际飞行时,驾驶员在任何时候都应相信地平仪指示出的飞行姿态而不是相信自己的感觉判断,从而避免因飞机的剧烈俯仰倾斜动作导致的判断失误,这样才能保证飞机安全飞行。

经典陀螺仪具有高速旋转的转子,能够不依赖任何外界信息而测出飞机等飞行器的运动姿态。现代陀螺仪的外延有所增大,已经推广到没有转子而功能与经典陀螺仪相同的仪表上。

飞机千变万化的飞行动作都是在飞行员以杆、舵、油门为主的操纵下完成的。主要有俯仰操纵、横侧操纵和方向操纵。

(1)俯仰转动

俯仰转动是通过飞行员前推或后拉驾驶杆,从而使升降舵面上偏或下偏来实现的。如飞行员向后拉杆时,升降舵上偏,相对气流作用在升降舵面上,使整个水平尾翼产生一个向下的附加力,对飞机重心构成一个使机头上仰的操纵力矩,在这个力矩的作用下,飞机绕横轴做上仰运动。当飞行员向前推杆时,升降舵向下偏转,相对气流作用在升降面上,在水平尾翼上产生一个向上的附加力,对飞机重心构成了使机头下俯的操纵力矩,飞机便绕横轴做下俯运动。

(2)横侧转动

横侧转动是通过飞行员在左右压杆,使左右机翼上的副翼发生偏转来实现的。如飞行员向左压杆,左副翼上偏,右副翼下偏。相对气流作用在左右副翼上,使左机翼产生向下的附加力,右机翼产生向上的附加力,对飞机重心构成左滚力矩,飞机便绕纵轴向左滚转。相反,如果飞行员向右压杆,飞机右副翼上偏,左副翼下偏,对飞机重心构成右滚力矩,飞机便向右滚转。

(3)方向偏转

方向偏转是通过飞行员左、右蹬舵,使垂直尾翼上的方向舵左、右偏转来实现的。如飞行员蹬左舵,方向舵左偏,相对气流作用在方向舵面上,使垂直尾翼上产生一个向右的侧力,对飞机重心构成了一个使机头左偏的方向操纵力矩,飞机向左发生偏转。同样,飞行员蹬右舵,机头就会向右偏转。

飞机飞行中的名词术语

基本飞行状态

1.平飞:是最基本的飞行动作,通常是指飞机在等高、等速的条件下做水平直线飞行。这时,飞机的升力与重力平衡,拉力与阻力平衡。

2.上升:飞机沿一条倾斜向上的轨迹所做的飞行(爬高)。上升轨迹与水平面的夹角称上升角。上升分等速和变速上升。

3.下滑:飞机沿向下的倾斜轨迹所做的飞行称下滑。下滑轨迹与水平面之间的夹角,叫下滑角。下滑分加速下滑(迅速下降高度)、减速下滑(着陆阶段)和等速下滑。

4.侧滑:飞机对称面与相对气流方向不一致的飞行称侧滑。飞行中,飞行员只蹬舵,不压杆,或只压杆不蹬舵,都会使飞机产生侧滑。相对气流与飞机对称面之间的夹角叫侧滑角。

所谓起落航线飞行,就是在机场上空周围按规定的高度、速度和预定的转弯点组成五边(或四边)航线进行起飞着陆的飞行。要求飞行员在有限的时间内,完成观察座舱内外的各种信息变化,并及时操纵以保持正确数据;目测判断和修正飞机的状态、飞行高度、速度及前后机距离;完成收放起落架和襟翼动作等。分起飞上升、航线建立和下滑目测着陆等阶段。

①起飞:是指飞机从开始滑跑到离陆并上升到一定的高度(通常为25米)和达到一定速度的过程。正常起飞分三点滑跑、两点滑跑、离陆、小角度上升和上升5个阶段。高速飞机由于发动机功率大,离陆后可不经过小角度上升而直接进入上升阶段。

②着陆:是指飞机从一定的高度下滑并降落于跑道,直到停止滑跑,脱离跑道(滑出跑道)的过程。通常分为下滑、拉开始、拉平、平飘、接地和着陆滑跑6个阶段。一般飞机的着陆速度比起飞离陆速度大,为了缩短着陆滑跑矩离,高速飞机落地时除了使用刹车减速装置外,还使用着陆减速伞,作用在于缩短滑跑距离。

飞行员操纵飞机按一定的动作形式和轨迹做高度、速度、方向和状态不断变化的飞行叫特技飞行。它是歼击机飞行员的必修课目,也是充分发挥飞机性能,利用各种飞行动作进行空中机动以有效地攻击敌方并避开敌方攻击的重要手段。

特技有简单特技、复杂特技和高级特技之分。简单特技主要动作有:盘旋、俯冲、横滚、跃升、急上升转弯等;复杂特技有:最大允许坡度盘旋(大坡度盘旋)、半滚倒转、筋斗、半筋斗翻转、斜筋斗等;高级特技有:上下横“8”字、竖“8”字、草花形筋斗、双上升转弯、上升横滚、跃升盘旋、翻转横滚、多次上升横滚和多次下滑横滚等。

20世纪70年代,电子计算机技术开始在飞机上得到应用,飞机有了自己的电子“大脑”。首先使用了3台电子计算机分别控制飞机3个轴的飞行状态。这样,飞机不仅能被控制平飞,而且可以控制转弯和升降。飞机在做转弯和升降运动时,它的推力就会相应的发生变化。于是人们又在飞机上加装了管理推力的推力控制计算机,初步实现了自动任意飞行。但它也只限于保持在已设定的路线上的飞行,还不能与机上的仪表系统全面联系起来,以便对外界的变化及时做出反应。

为了使飞机真正实现自动控制飞行的全过程,人们在飞机上又装上一台能力更强的计算机,全面管理和协调飞行。这台统管全局的计算机叫飞行管理计算机,它是飞机的核心中枢。在这个中枢的数据库内存储着各个机场及各条航路的数据。驾驶员只要选定航路的起点和终点,将命令输入这台计算机内,它就可以代替驾驶员指挥飞机起飞、爬升、巡航、下降直到降落在目的地机场。这套系统还可以在飞行全过程中即时发出指令,使飞机按照最佳的飞行状态、最合理的使用推力、最经济的油耗飞完全程,从而实现了全程自动化飞行。

需要指出的是,自动化飞行再好也代替不了飞行员的核心作用,飞机飞行仍需人为监督。原因:一是飞机的航行线路要由驾驶员设定并输入到计算机中去;二是飞机在起飞和降落这两个阶段中,变化因素太多,计算机只能按预先编好的程序动作,不具备灵活反应的能力;三是即使飞机在巡航状态时,驾驶员可以不做任何动作去控制飞机,但他必须监视这个机器“大脑”的工作。万一这台“大脑”出现什么故障或反应不够及时,驾驶员要立刻接管驾驶飞机的任务,这样才能保证飞行安全。

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