书城科普读物探究式科普丛书-人类的翅膀:飞机
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第2章 碧空雄鹰——飞机(2)

可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。

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水上飞机是第二次世界大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。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,它在防治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。其中着名的有苏联的安-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。

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。

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。

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。