飞机

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波音787-8型客机
空客-A380型客机
A–10攻击机
人力飞机

  飞机汉语拼音:Feiji;英语:Airplane),由动力装置产生前进推力,由固定机翼产生升力,在大气层中飞行的航空器

  1903年12月17日,美国莱特兄弟设计制造的“飞行者”1号进行了成功的试飞,是人类首次用重于空气的航空器实现有动力、可操纵的持续飞行。在4次飞行中飞行高度仅2~3米,第一次留空时间12秒,飞行36.5米;飞行最长的一次留空59秒,飞行260米。

  1903年以后的30年内,飞机在军事方面得到广泛应用,性能不断提高,构造不断完善。制造飞机的材料以木材和蒙布为主,多为双翼机。20世纪30年代以后,冶金和机械制造技术的进步使活塞式发动机功率增大,重量减轻。强度高、重量轻的硬铝合金问世和结构分析技术的完善,使得全金属的单翼机代替了双翼机。飞机改用封闭座舱,发动机加整流罩,采用收放起落架等,到30年代末飞机速度提高到500千米/时。

  在提高飞机飞行速度的过程中,气动弹性力学得以建立和发展。20世纪40年代以后,颤振问题不再成为提高飞机速度的障碍。

  第二次世界大战末期,飞机速度已接近声速。螺旋桨的效率随速度增加而急剧下降。传统外形的飞机在接近声速时阻力剧增,出现严重的操纵稳定问题,飞机碰到了声障。超越声障,一是改用涡轮喷气发动机,这种发动机重量轻、高速时推进效率高;二是采用后掠机翼、减小机翼厚度和利用面积律设计飞机外形,大大降低超声速飞行的阻力。这样,飞机实现了超声速飞行。飞机的速度范围和高度范围不断扩大,为了同时有良好的高、低速和高、低空飞行性能,出现了变后掠翼飞机。

分类

  飞机按用途分为军用飞机和民用机两大类。军用飞机包括歼击机战斗机)、截击机歼击轰炸机强击机攻击机)、轰炸机反潜机侦察机预警机电子干扰飞机军用运输机空中加油机舰载飞机等。民用机则泛指一切非军事用途的飞机,包括旅客机、货机、公务机、农业飞机、运动机、救护机、试验研究机等。其中旅客机、货机和客货两用飞机又统称民用运输机。

  飞机按机翼数目的不同分为单翼机双翼机多翼机。双翼机结构重量轻,低速机动性比较好,但飞行阻力较大。从20世纪30年代开始,大部分飞机都采用单翼机型式。按照机翼相对机身上下位置,可分为下单翼、中单翼和上单翼飞机。按机翼平面形状可分为平直翼、后掠翼、三角翼和前掠翼飞机。

  按水平尾翼的有无和前后位置,可分为正常式飞机(水平尾翼在机翼之后)、鸭式飞机(在机翼的前面有鸭翼,或称前翼)和无尾飞机(没有水平尾翼)。在正常式飞机中,水平尾翼起俯仰稳定和操纵作用。鸭式飞机的前翼起俯仰操纵或对机翼形成有利干扰的作用。无尾飞机的平衡和操纵功能由机翼后缘的升降副翼来完成。按水平尾翼相对于机翼弦平面上下位置,又可分为低平尾和高平尾布局的飞机。当水平尾翼装在垂直尾翼顶端时,称为T尾飞机。按垂直尾翼的数目,可分为单垂尾、双垂尾和多垂尾飞机。

  按机身型式可分为正常机身(单机身)式和尾撑式飞机。飞机还可做成双机身式或双尾撑式。

  按推进装置飞机可分为螺旋桨飞机喷气飞机

  按发动机类型的不同,螺旋桨飞机又分为活塞式飞机和涡轮螺旋桨飞机;喷气飞机中有涡轮喷气飞机、涡轮风扇飞机。

  按一架飞机上发动机的数目,可分为单发动机、双发动机、三发动机和四发动机飞机。四发动机以上的多发动机飞机,现已少见。靠飞机上的太阳电池吸收太阳辐射能,用以驱动螺旋桨的飞机称太阳能飞机。在人力飞机上,驾驶员又是飞机的动力装置。

  按飞机起落架支点相对于飞机重心的位置,分前三点式起落架飞机、后三点式起落架飞机和自行车式起落架飞机。

  此外,根据起落架滑行装置又有轮式、滑橇式和浮筒式飞机之分。滑橇式飞机用于冰上或雪地起降和滑行。轻型水上飞机多采用浮筒式。在陆地和水上都能起降的两栖(或称水陆两用)飞机兼有轮式起落架和浮筒式起落架(或船身)。

  飞机还可依性能特点分类。按最大飞行速度分为亚声速飞机和超声速飞机。亚声速飞机又分为低速飞机(飞行速度在400千米/时以下)和高亚声速飞机(飞行马赫数为0.8~0.9)。大多数喷气式旅客机都属于高亚声速飞机,大多数战斗机都是超声速飞机。按飞行航程,远程飞机足以完成中途不着陆的洲际跨洋飞行。近程飞机的航程一般在1,000千米以下,中程飞机的航程在3,000千米左右。按飞机起飞降落距离,又分为常规起落飞机、短距起落飞机和垂直起落飞机。

飞机组成

  飞机的主要组成部件有机翼尾翼机身起落架飞机操纵系统飞机动力装置和机载设备等。

  机翼产生升力,通常在机翼上有用于横向操纵的副翼和扰流片,机翼前后缘部分还装有各种型式的襟翼,用于增加升力。

  尾翼通常在飞机尾部,分为水平尾翼和垂直尾翼。个别飞机的尾翼设计成V形,兼起纵向和航向稳定、操纵的作用,称为V形尾翼。在超声速飞机上,常将水平尾翼做成一个整体,称为全动平尾。有的飞机(主要是变后掠翼飞机)上还将全动水平尾翼设计成可以差动偏转的型式,即平尾的左右两半翼面不仅可以同向偏转,且可反向偏转,起横向操纵作用,称差动平尾。在有些飞机上,水平尾翼不是装在飞机尾部,而是移到机翼的前面,称为前翼或鸭翼。

  机身主要用于容纳人员、货物或其他载重和设备。

  起落架是飞机起飞、着陆滑跑和在地面(或水面)停放、滑行中支持飞机的装置,一般由承力支柱、减震器、带刹车的机轮(或滑橇、浮筒)和收放机构组成。在低速飞机上用不可收放的固定式起落架以减轻重量,在支柱和机轮上有时装整流罩以减小阻力。陆地上或舰上起落的飞机用机轮,在冰上或雪地起落的飞机用滑橇代替机轮,浮筒式水上飞机则代之以浮筒。

  操纵系统包括驾驶杆(盘)、脚蹬和传动系统。驾驶员通过驾驶杆(盘)控制升降舵(或全动水平尾翼)和副翼,脚蹬控制方向舵。现代飞机操纵系统中还配备有各种助力系统(液压的和电动的)、增稳装置和自动驾驶仪等。从驾驶员的操纵器件到舵面之间的连接系统,可分为硬式(用拉杆)、软式(用钢索)、电传(用电信号)和光传(用光缆)系统。

  动力装置包括发动机和保证发动机工作的附件和系统。包括发动机的起动、操纵、固定、燃油、滑油、散热、防火、灭火、进气和排气等装置或系统。

  机载设备包括飞行仪表、通信、导航、环境控制、生命保障、能源供给等设备,以及与飞机用途有关的机载设备,如战斗机的武器和火控系统,旅客机的客舱生活服务设施等。

飞行效率

  常用升力与阻力的比值(升阻比)衡量航空器的飞行效率。现代亚声速飞机的升阻比最大可达15~20,即在空中每支持147~196牛(15~20千克力)的重力需要付出9.8牛(1千克力)推力的代价。直升机飞行效率低于飞机,飞艇的飞行速度超过200千米/时,升阻比将低于一般飞机。喷气式超声速飞机在马赫数为2.2时升阻比约为7,低于高亚声速飞机。所以现代运输机都用高亚声速巡航,甚至超声速轰炸机和战斗机也用高亚声速进行远程巡航。