飞行基础知识

什么是航空器在很多人的心目中航空器就是飞机，飞机也就是航空器。但实际上它们并不是一回事情。简单一点说：航空器包括人造的各种能在空气中飞翔的飞行物体；飞机仅仅是航空器中的一种。目前我们能见到的航空器除了飞机之外还有气球、飞艇、直升机、滑翔机等。其实我们放的风筝、儿童玩的竹蜻蜓都是航空器。为什么许多人认为航空器就是飞机呢？这是由历史原因造成的。最早实现人类升空梦想的物体是气球。气球是在气囊中装入比空气轻的氢气或热空气利用浮力升空的。它在空气中飘浮如同船在水上飘浮一样，但气球不能控制自己的运动方向，因此无法做为运输工具。随后人们在气球上加装了动力、螺旋桨和方向舵，气球的飞行方向就可以被控制了，这就发展为飞艇。从20世纪初直至20世纪30年代，飞艇曾经是航空运输的主力。1936年德国制造的“兴登堡”号飞艇长245米，重204吨，可载75名乘客，以每小时l30公里的速度做横跨大西洋的飞行。但是由于飞艇的飞行阻力大，飞行速度每小时仅在200公里以内。更不幸的是在1937年大型飞艇接连出现数起起火事故。相比而言，同一时期，飞机的性能迅速提高，于是飞艇就被淘汰出航空运输领域。现在的飞艇只限于在空中巡逻、摄影或广告中使用。直升机是另一类主要的航空器，它的祖先就是过去孩子们的玩具竹蜻蜒。竹蜻蜓是我们中国人的发明，可它一直也不具备充当玩具以外的任何其他用途。伟大的意大利艺术家、科学家达.芬奇在竹蜻蜒的启示下在公元1483年就设想过用旋翼制造航空器，他甚至画出了草图，但最终并未实现。由于现代直升机的操作机构非常复杂，所以一直等到飞机问世30多年之后，世界上第一架直升机才升空。直升机可以垂直起飞降落，不需要很大场地，而且还可以在空中悬停。由于直升机的这种性能，现在它广泛地被应用于诸如救险、海上石油开采、农林业及军事等各种方面。直升机与飞机相比，它的结构更复杂，耗油率高，飞行速度也慢，因此只活跃于一些特定的领域内。从以上几种航空器的比较看来，它们在实际使用中都不尽如人意。后来居上的飞机在各种性能方面远远超过前者，从而获得突飞猛进的发展，到了20世纪40年代以后，飞机就理所当然地成了航空器中的主角。飞机的使用数量占各类航空器总数的97％以上。这个比例仍在不断增高，据报导目前已超过99％，其他的航空器合到一起占的比例数还不足1％。这可能就是许多人把航空器等同于飞机的一个原因吧。话说回来，如果你是一位航空爱好者或航空领域的工作者，就应该清楚地了解到这二者的区别什么是飞机读者会说，这个问题太可笑了。我们几乎每天一抬头就会看到飞在天空中的银燕，难道我们还不认识飞机吗？且慢！我承认即使是小孩也认识飞机，但如果请你准确地给飞机下个定义，恐怕就不容易做到了吧？下面让我们一起来深入地认识一下飞机。飞机具有两个最基本的特征：其一是它自身的密度比空气大，并且它是由动力驱动前进；其二是飞机有固定的机翼，机翼提供升力使飞机翱翔于天空。不具备以上特征者不能称之为飞机，这两条缺一不可。譬如：一个飞行器它的密度小于空气，那它就是气球或飞艇；如果没有动力装置、只能在空中滑翔，则被称为滑翔机；飞行器的机翼如果不固定，靠机翼旋转产生升力，就是直升机或旋翼机。因此飞机的精确定义就是：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。为了使读者头脑中对飞机有更明确的认识，我在这里澄清几个容易混淆的名词。在有些报刊上可见到“固定翼航空器”、“固定翼飞机”等说法，实际上所指的都是飞机。但是这些名词都不是准确的说法。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，因为“飞机”就已经包含了固定翼的内容。更常听到很多人说“直升飞机”，这也很不妥当，因为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飞机的尾巴飞机的尾巴叫尾翼。飞机为什么要长出一个尾巴？没有它行不行？让我们用射出去的箭打个比方。箭的尾部都装有箭翎，没有箭翎的箭在空中就会翻身打滚，箭翎就是起平衡作用的。同样道理，飞机装上尾翼，飞机在空中飞行时就不会翻滚。尾翼的竖直部分叫垂直尾翼，它的作用是防止飞行中的飞机向左右转弯或滚动；尾翼的水平部分叫水平尾翼，它的作用是防止飞行中的飞机向上向下的翻滚。前边提到过在垂直尾翼上装上可以控制方向的方向舵，在水平尾翼上装上可以控制俯仰的升降舵，驾驶员就可以控制飞机了，所以尾翼是飞机必不可缺的一部分。但航空技术最新进展，使机翼上的操纵面可以用电子仪器精确控制以保持飞机稳定飞行，这样一来，就出现了无尾飞机。不过无尾飞机目前仅用在军事用途上，民用飞机都还是有尾巴的机身的功能飞机的机身是载人和装货物用的，这是一般的常识。但从航空专业角度看，这个回答不够完全。机身在飞机结构中的重要作用是把飞机的各部分连接到一起，具体来说：机身的前部是驾驶舱，中部与机翼连接，尾部连着尾翼，机身的下面还有起落架。它既要载人载物还要起到连接飞机其他部分的作用，在空中受到的阻力还必须尽量小。这些条件就决定了机身的形状必须是长筒形。为了减少阻力，前端要缩小；为了防止尾巴在起飞时擦地，机尾就向上翘起并且缩小。典型的机身都是一个中间粗两头小的长筒。大型飞机由一组成型的隔框用多根长梁串接起来构成骨架，外边再用蒙皮包上就形成了机身。机身中间的多数隔框规格尺寸完全相同，一是为了加工方便，再者制造厂家可以在中间添加几个框架就能使机身加长，反之减几个框也可以使机身缩短。这样同一种型号的飞机就变得可伸可缩，出现一系列的变型，从而满足各种航空公司和不同业主的要求。机翼藏油箱把一排横向排列的肋板用几根长梁串起来外边再用蒙皮包上就成为了机翼。现代飞机的翼梁、肋板及蒙皮都使用铝合金材料；过去老式飞机翼梁和肋板是木头制做的，蒙皮是用帆布做的。翼肋的形状由翼型来决定，以使机翼的外形符合空气动力学要求。机翼是中空的，为了利用这个空间，制造者用胶把它密封起来存放燃油，这样一来，机翼就变成了大油箱。飞机飞行时，机翼受到的升力是向上的，而机翼中装的燃油重力是向下的，它们会相互抵消。使机翼受力减少，它的结构就可以做得更轻巧。用机翼贮油是个一箭双雕的好创意。现在大型客机有70％的燃油是装在机翼中的。像波音747客机，仅机翼就可以装110吨燃油，相当于2节火车的载重量机翼上的增升装置我们已经知道飞机速度快其升力就增加，机翼也就可以造的小一点。但是飞机在起飞和降落的时候，飞行速度都不可能太快以免发生冲出跑道等事故，可是飞机起飞时如果速度上不去，升力不足，飞机就不能飞离地面，这是一个矛盾。为此设计师们需要找出一种模式，使机翼的升力可变：在起降时升力大一些，高速飞行时升力变小一些，阻力也小一些。这个难题被一个巧妙的设计解决了。设计师们在机翼的后部内侧紧邻副翼的位置上增添了一对或几对可以活动的翼面——称之为襟翼。襟翼被对称地装置在两侧机翼上。它们只能向下偏转一定的角度，有的类型在向下偏转时还可向后方伸出一段距离。襟翼向下弯曲后，它改变了机翼下表面的弯曲程度，使机翼下方的空气流动变慢，同时也使机翼面积变大，这两种因素同时作用的结果是使升力加大。当然襟翼打开时阻力也会增加。飞机在起飞和降落时，都要打开襟翼以增加低速飞行时飞机的升力。起飞时飞机需更多的升力、尽量减少阻力，此时襟翼打开的角度要小，一般仅15度左右；而在飞机降落时，升力和阻力都要求尽量大，使飞机在降落的同时，速度迅速降低，保持平稳下降和滑行，此时襟翼打开的角度为25度。飞机升空以后速度提高，驾驶员就及时收好襟翼，飞机就能以较小的阻力在空中翱翔了。除了上面提到的副翼、襟翼外，在机翼的上表面还有很多活动的小翼面，这些小翼面被命名为“挠流板”。飞机降落时它们被翻起以增加阻力，并且把机翼压向地面增加机轮与地面的摩擦力千姿百态的机翼现在世界上已知的机翼各式各样。早期的飞机设计者愿意把机翼的面积做的尽量大一些。因为机翼越大产生的升力也就越大。但当时受制造机翼材料的强度的制约，它不可能被做的太大。于是为了增大机翼的面积，设计师们就造出了多层机翼的飞机，有二层的、三层的甚至还有四层的，它们被称为双翼机、三翼机等等。以后由于技术改进使飞机的飞行速度提高从而获得了更大的升力，飞机就不再依靠增加机翼面积来提高升力了。20世纪20年代，三翼机及四翼机被淘汰出局，双翼机几乎一统天下。在同样速度下，双翼机的升力大于单翼机而且安全性能也好，单翼机比不过它；但是双翼机的结构重阻力也大，这又是它不及单翼机之处。到了20世纪30年代，随着飞机速度的提高，双翼机也没能逃脱被淘汰之命运。现在只有在小型低速的飞机中还可见到少量的双翼机，它们常被用于农田作业或短途的观光飞行，国产的运5飞机就属于这一类型。偶尔我们还可以在蓝天中寻觅到它那平稳缓慢飞行的优美身影。飞机的飞行速度与机翼产生的升力成正比，与此同时阻力也随之变化。在达到飞机所需的升力后，为了减小阻力，高速飞机的机翼又被做小了。设计师发现当飞机的速度超过600千米／小时，仅仅靠减少机翼面积也不能进一步减小阻力了。他们在探索中发现如果使机翼不再与机身垂直而是形成一定的角度，这种改变就能有效地减少飞机所受的阻力。这个角度被称为后掠角，这种机翼叫后掠翼。后掠角大的机翼所受的阻力小，升力也小。因此后掠翼不适用于速度低的飞机，飞行速度越大的飞机其机翼的后掠角就越大。国产运7或神舟60型飞机，飞行速度仅为450千米／小时，它们不需要后掠翼；而像飞行速度在850千米／小时左右的波音737和波音757飞机，它们的后掠角为25度；波音747飞行速度在900千米／小时左右，其后掠角增到37.5度；英法合建的目前飞行最快的民航机——协和号飞机，它使用的是三角形的机翼，三角形前段后掠角达到70度，后段也达到57度之多。除了以上提到的不同外，机翼在形状上也是多种多样：长方形的、梯形的、三角形的等等。低速飞行的小型机，其机翼多选择长方形，除便于制造外，长度相同时长方形的面积较大也是理由之一。大型的高速飞机普遍多采用后掠的梯形机翼，超音速的客机则采用三角翼。根据机翼在机身上安装的部位不同，又可将它们分成上单翼、中单翼及下单翼三种类型。上单翼的飞机，例如运7，是指把机翼装在机身上方的飞机。对乘客来说这种飞机的优点是不论你坐在舱内什么位置上，都可以通过舷窗饱览下面的风光，不受机翼的阻挡，机身距地面高度小上下方便。但对维修人员来说这种飞机的发动机装在机翼上离地面较高，维修时很不方便。对飞机设计人员来说，飞机的起落架不好安排，有许多麻烦，但即使如此，在民航飞机中上单翼飞机数量上还是较多的。中单翼是指将机翼安装在机身中部，从理论上说这种形式的飞机所受到的飞行阻力最小，但是它的翼梁要从机身中间穿过，客舱会被一分为二，考虑到乘客肯定不会喜欢它，所以在民航运输飞机中基本没有中单翼飞机，通常用于空军的战斗机上。下单翼飞机的机翼安装在机身下，起落架容易安排，发动机等设备维修时也方便，这些优点抵消了机身高、乘客视野不佳等缺点，乐于为飞机制造厂家采用。民航系统现在运行的大型民航飞机几乎都是下单翼飞机，例如波音系列及空中客车系列等飞机怎样转弯从飞机爬升和下降的操作情况来看，似乎只要驾驶员踩踩脚蹬和控制一下方向舵，飞机就可以左转或右转了。但实际上比这要复杂的多。与地面上行驶的汽车相比，飞机多出来一个侧倾转动，而除非在路面倾斜的情况下，汽车自身是不会倾斜的。飞机在空中倾斜运动是自由的，驾驶杆向右转飞机向右倾斜，这时飞机的重力与地面垂直，可是机翼上的升力却是垂直于机翼的，此刻的升力不再指向地面的正上方而是指向斜上方。由于重力和升力的方向不同，它们不再互相平衡，于是就产生了一个垂直于机身指向右方的力，在这个力的作用下，飞机沿着一条圆弧向右转动，这与人骑自行车的体验相近似，骑车人的身体如向一侧倾斜，自行车会随之倾斜并且自动向倾斜方向转弯无须转动车把。这就是驾驶员利用驾驶杆操纵副翼使飞机转弯的道理。同理，驾驶杆向左转时飞机也会向左转弯。从上面的描述，大致可以看出在飞机转弯时，驾驶杆的使用与汽车转弯时方向盘的使用是完全一致的。既然使用驾驶杆和使用脚蹬控制方向舵都能使飞机转弯，那它们之间有什么差别呢？下面让我们再进一步了解一下：如果驾驶员只用