飞机

Cessna 172 Skyhawk是历史上生产最多的飞机

飞机Pl。:飞机)是能够通过从空中获得支撑而飞行车辆。它通过使用静态升降机机翼动态升降机来反击重力的力,或者在少数情况下,将其直接从发动机上推动。飞机的常见例子包括飞机直升机飞艇(包括闪光),滑翔机参与者热气球

围绕飞机的人类活动称为航空。包括设计和建造飞机在内的航空科学被称为航空乘员飞机由机载飞行员飞行,而无人机可以由板载计算机远程控制或自我控制。飞机可以通过不同的标准进行分类,例如升降机类型,飞机推进(如果有),用法等。

历史

飞行模特的工艺和载人飞行的故事可以追溯到许多世纪以来。然而,现代的第一批载人山和安全下降是由18世纪开发的大型热气球发生的。两次世界大战中的每一个都取得了巨大的技术进步。因此,飞机的历史可以分为五个时代:

提升方法

比空气轻 - 气柱

气球
1930年代的飞艇上的阿克伦飞艇上曼哈顿

Aerostats使用浮力在空中漂浮在空中,就像旋转在水面上一样。它们的特征是一个或多个大型细胞或檐篷,充满了相对较低的气体,例如氦气热空气,其密度不如周围空气密集。当将其重量添加到飞机结构的重量中时,它的重量与飞机的空气相同。

小型热气球称为Sky Lanterns ,最初是在公元前3世纪之前在古代中国发明的,主要用于文化庆祝活动,只是第二架飞行的飞机,第一个是风筝,首次发明了风筝两千年前的古代中国(见汉朝)。

气球最初是任何气旋,而“飞艇”一词用于大型飞机设计 - 通常是固定的翼。 1919年,据报导,弗雷德里克·汉德利(Frederick Handley)页面是“空中船”,较小的乘客类型为“航空游艇”。在1930年代,有时也将大型洲际飞行船称为“空中船只”或“飞行飞船”。 - 虽然还没有建造。动力气球的出现,被称为可动的气球,后来的刚性船体允许大小增加,开始改变这些单词的使用方式。产生了巨大的动力航空仪,其特征是刚性外部框架和周围的燃气袋周围的空气动力学皮肤,齐柏林飞艇是最大,最著名的。仍然没有足够大的固定翼飞机或非韧性气球,可以称为飞艇,因此“飞艇”成为这些飞机的代名词。然后发生了几次事故,例如1937年的兴登堡灾难,导致了这些飞艇的灭亡。如今,“气球”是一个无动于衷的航空,而“飞艇”是一个动力的。

一个有能力的可通道的Aerostat称为有资格。有时,该术语仅适用于非刚性气球,有时可容易的气球被视为飞艇的定义(然后可能是刚性或非韧性)。非刚毛的烟斗的特征是中等空气动力学的燃气袋,背面稳定鳍。这些很快被称为平束。在第二次世界大战期间,这种形状被束缚的气球广泛采用。在大风天气中,这既可以减少系绳上的应变并稳定气球。暱称飞艇与形状一起采用。在现代,任何小型资格或飞艇都称为飞艇,尽管飞艇可能既没有动力又有动力。

比空气较重 - 空气模型

超过飞机(例如飞机)必须找到某种方法将空气或天然气向下推动,以便(按牛顿的运动定律)将飞机向上推动。通过空气的这种动态运动是该术语的起源。有两种方法可以产生动态的上推动力 -空气动力升降机和发动机推力形式的动力升降机

涉及翅膀的空气动力升降机是最常见的,固定翼飞机通过机翼的向前移动将固定翼飞机保存在空中,而旋转的旋翼旋转转子有时被称为“旋转翅膀”。机翼是平坦的水平表面,通常以横截面形状作为空翼。要飞行,空气必须流过机翼并产生升力柔性机翼是由织物或薄板材料制成的机翼,通常在刚性框架上伸展。风筝被束缚在地面上,并依靠风的速度在其机翼上的速度,这可能是柔性或刚性,固定或旋转的。

借助升降机,飞机将其发动机垂直向下引导。 v/stol飞机,例如Harrier Jump JetLockheed Martin F-35B在稳定的飞行中使用动力升降机并转移到空气动力升降机上垂直着陆。

火箭通常不被视为空气模型,因为它不依赖于空气的升降(甚至可以飞入太空);但是,许多空气动力的升降车已经由火箭电动机供电或协助。火箭驱动的导弹由于体内的气流而以非常高的速度获得空气动力升降机是一个边缘箱。

固定翼

空中客车A380 ,世界上最大的客机

固定翼飞机的先驱是风筝。固定翼飞机依靠其向前速度来在机翼上产生气流,但风筝被束缚在地面上,并依靠风吹过的机翼以提供升降机。风筝是第一架飞行飞机,是在公元前500年左右在中国发明的。在测试飞机,风隧道和计算机建模计划之前,使用风筝进行了许多空气动力学研究。

第一批能够控制的自由飞行的高空飞行器是滑翔机。由乔治·凯利(George Cayley)设计的滑翔机在1853年进行了第一批真正的载人,受控飞行。第一批可控制的固定翼飞机(飞机或飞机)由威尔伯(Wilbur)和奥维尔·赖特(Orville Wright)发明

除了推进方法(如果有的话),固定翼飞机通常以翼配置为特征。最重要的机翼特征是:

  • 翅膀数量 -单飞机双翼飞机等。
  • 机翼支撑 - 支撑或悬臂,刚性或灵活。
  • 机翼平面形式 - 包括纵横比扫角角度以及沿跨度的任何变化(包括重要类别的翅膀类)。
  • 水平稳定器的位置(如果有)。
  • 二面角- 正,零或负(不中性)。

可变的几何飞机可以在飞行过程中改变其机翼配置。

飞行翼没有机身,尽管它可能有小水泡或豆荚。相反的是一个起重主体,没有翅膀,尽管它可能具有较小的稳定和控制表面。

地面效应车辆通常不被视为飞机。它们在起飞过程中有效地“飞行”靠近地面或水的表面,例如传统的飞机。一个例子是俄罗斯埃克拉诺普兰(Ekranoplan)绰号为“里海怪怪”。人驱动的飞机还依靠地面效应以保持空气传播,但这仅仅是因为它们的动力不足 - 实际上,机身能够飞行更高。

旋翼

MIL MI-8是生产最多的旋翼飞机。

旋翼飞机或旋转翼飞机,使用带有Aerofoil横截面叶片(旋转翼)的旋转转子来提供升降机。类型包括直升机Autogyros和各种混合动力车,例如旋转和复合旋翼飞机。

直升机的转子由发动机驱动的轴转动。转子将空气向下推动以创建升降机。通过将转子向前倾斜,向下流动向后倾斜,为向前飞行产生推力。一些直升机有一个以上的转子,有几个直升机在尖端上被燃气喷气机转动。有些有一个尾转子来抵消主转子的旋转,并有助于方向控制。

Autogyros具有无动的转子,并带有单独的发电厂来提供推力。转子向后倾斜。随着自动性向前的移动,空气在转子上向上吹,使其旋转。这种旋转会增加转子上方的气流速度,以提供升降机。转子风筝是无动的自动旋转,它们被拖曳以使其向前速度或将其束缚在高风速的静态锚固式飞行中。

复合旋翼的机翼可在向前飞行中提供一些或全部升降机。如今,它们被归类为有动力的升降机类型,而不是旋翼。 Tiltrotor飞机(例如Bell Boeing V-22 Osprey ),倾斜翼尾式鞘翅目飞机的转子/螺旋桨水平飞行,用于垂直飞行,垂直飞行以进行向前飞行。

其他提升方法

月球着陆研究车辆依靠电力升降机
  • 举起车身是飞机的形状,可产生升降机。如果有任何翅膀,它们太小,无法提供明显的升力,仅用于稳定性和控制。擡起身体不是有效的:它们会遭受高阻力,还必须高速行驶才能产生足够的升力才能飞行。许多研究原型,例如导致航天飞机的马丁·玛丽埃塔X-24 ,尽管没有航天飞机,但没有航天飞机,有些超音速导弹从气流上升至管状体。
  • 动力升降机类型依赖于发动机衍生的升降机来进行垂直起飞和着陆( VTOL )。大多数类型过渡到固定翼升降机进行水平飞行。电动升降机类型包括VTOL喷气飞机(例如Harrier跳飞机)和翼展,例如Bell Boeing V-22 Osprey等。一些实验设计完全依赖于发动机推力来在整个飞行中提供升降机,包括个人风扇悬停平台和喷气背包。 VTOL研究设计包括Rolls-Royce推力测量钻机
  • 一些转子机翼采用水平轴机翼,其中旋转转子的气流会产生升降机。 Flettner飞机使用旋转缸,从Magnus效应中获得升降机。风扇使用跨流风扇,而机械上更复杂的Cyclogyro包含多个翅膀,它们围绕中心轴旋转。
  • Ornithopter通过拍打翅膀获得推力。

极端尺寸和速度

尺寸

最小的飞机是玩具/休闲物品和纳米飞机

尺寸和数量最大的飞机(截至2016年)是302英尺(92 m)长的英国Airlander 10 ,这是一种混合飞艇,具有直升机和固定翼特征,据报导能够速度高达90 mph(140 km/ h ; 78 kN),空降耐力为两周,有效载荷高达22,050磅(10,000公斤)。

截至2016年, Antonov An-225 Mriya是有史以来最大的飞机和有史以来最大的常规固定翼飞机。 1980年代的苏联建造(乌克兰SSR )六引擎运输的长度为84 m(276 ft),有88 m(289 ft)的翼展。在运输428,834磅(194,516千克)的商品后,它拥有世界有效载荷记录,并在商业上载有100吨(220,000磅)的装载。它的最大负载重量为550–700 t(1,210,000–1,540磅),它也是迄今为止最重的飞机。它可以以500 mph的速度(800 km/h; 430 kN)巡航。在Russo-Ukrainian战争期间,飞机被摧毁。

最大的军事飞机是乌克兰的安东尼诺夫AN-124 Ruslan (世界第二大飞机,也用作平民运输)和美国洛克希德C-5 Galaxy Transport,称重,负载,超过380 T(840,000磅) 。 8引擎,活塞/螺旋桨Hughes H-4大力神“云杉鹅” - 美国第二次世界大战的木制木制飞行船运输,其翼展(94m/260英尺)比任何当前的飞机和尾部高等于最高(AirBus) A380-800在24.1m/78英尺处) - 1940年代后期仅飞了一个短跳,从不飞出地面效应

除上述AN-225和AN-124之外,最大的平民飞机是空中客车BELUGA货运运输衍生品的Airbus A300喷气飞机,波音的Dreamlifter货物运输量是747 Jet Airliner/747 Jet Transport(747) -200b是在1960年代创建的,是有史以来最重的飞机,最大重量超过400吨(880,000 lb))和双层空中客车A380 “ Super-Jumbo” Super-Jumbo“ Jet Airliner(全球最大的乘客客机)。

速度

最快的固定翼飞机和最快的滑翔机是航天飞机,它以接近25或17,500 mph的速度重新进入大气(28,200 km/h)

录制最快的动力飞行飞机和最快的空气呼吸动力飞机的飞机飞机是NASA X-43 A Pegasus ,这是一架Scramjet势力,超速驾驶,超速驾驶提升人体实验性研究飞机, 9.68或6,755 MPH (10,870 km)(10,870 km) /h)2004年11月16日。

在X-43A之前,最快记录的动力飞机飞行,仍然是载人最快的飞机的记录,是北美X-15 ,是6.7马赫或7,274 km/h(4,520 MPH)的火箭驱动的飞机1967年10月3日。

1976年7月28日,洛克希德(Lockheed)SR-71 Blackbird是洛克希德SR-71 Blackbird ,是美国侦察喷气式飞机的洛克希德SR-71 Blackbird,1976年7月28日达到3,530 km /h(2,193 mph)。

推进

无动机

滑板( Rolladen-Schneider LS4

滑翔机是超过空气飞机的较重飞机,一旦空气降落。起飞可能是通过从高位置向前和向下发射,或者是通过拖曳线(通过地面绞车或车辆)或通过动力的“拖线”飞机拉入空中。为了使滑翔机保持其向前的空中速度和提升,它必须与空气相关(但不一定与地面有关)。许多滑翔机可以从上升气流(例如热流电流)中“ sio sio”,,高度。第一个实用,可控制的例子是由英国科学家和先驱乔治·凯利(George Cayley)设计和建造的,许多人认为这是第一位航空工程师。滑翔机的常见例子是滑板悬挂滑翔机旁流板

气球随风漂移,尽管通常飞行员可以通过加热空气或释放镇流器来控制高度,从而给予一些方向控制(因为风向随着高度而变化)。翼形的杂化气球可以在上升或下降时方向滑动;但是球形的气球没有这种方向控制。

风筝是束缚在地面或其他物体(固定或移动)上的飞机,这些飞机在系绳或风筝线中保持张力;他们依靠虚拟或真实的风吹过来,以产生升力和拖动。 kytoons是气球式杂种,形状和束缚以获得风筝偏斜,可以比空气较轻,中性浮力或比空气更重。

动力飞机

动力飞机具有一个或多个机械能力源,通常使用橡胶和人力,通常是飞机发动机。大多数飞机发动机是轻巧的往复式发动机燃气轮机。发动机燃料存储在储罐中,通常在机翼中,但较大的飞机在机身中也有其他燃油箱

螺旋桨飞机

涡轮螺旋桨发动机的Dehavilland Twin Otter改编为浮力

螺旋桨飞机使用一个或多个螺旋桨(机动螺旋桨)在向前的方向上产生推力。螺旋桨通常以拖拉机配置安装在电源的前面,但可以在推动器配置中安装。螺旋桨布局的变化包括旋转螺旋桨风扇

许多发电厂已被用于驱动螺旋桨。早期的飞艇使用了人或蒸汽机。更实用的内燃活塞发动机几乎用于所有固定翼飞机,直到第二次世界大战,并且仍用于许多较小的飞机。某些类型的使用涡轮发动机以涡轮螺旋桨飞机支撑剂的形式驱动螺旋桨。已经实现了人力驱动的飞行,但尚未成为一种实用的运输方式。无人飞机和型号还使用了电动机和橡皮筋等电源。

喷射机

洛克希德·马丁F-22A猛禽

喷气式飞机使用空气发动机,将空气吸入空气,用燃烧室燃烧燃料,然后加速排气后,以提供推力。

不同的喷气发动机配置包括涡轮喷气机涡轮增压器,有时还会增加加力燃烧器。那些没有旋转涡轮机械的人包括脉动脉冲拉杆。这些机械简单的发动机在静止时不会产生推力,因此必须使用弹射器(例如V-1飞行炸弹或火箭)将飞机发射到飞行速度上。其他发动机类型包括Motorjet和Dual-Cycle Pratt&Whitney J58

与使用螺旋桨发动机相比,喷气发动机可以提供更高的推力,更高的速度,并且高于40,000英尺(12,000 m)的效率更高。它们也比火箭弹燃油效率要高得多。结果,几乎所有大型,高速或高空飞机都使用喷气发动机。

旋翼

某些旋翼飞机(例如直升机)具有动力的旋转机翼或转子,在该旋转翼或转子可以将转子盘稍微向前倾斜,以使其一部分升降机向前定向。转子可能像螺旋桨一样,由多种方法(例如活塞发动机或涡轮机)提供动力。实验还使用了转子叶片尖端的喷气喷嘴

其他类型的动力飞机

  • 火箭驱动的飞机偶尔进行了试验,而Messerschmitt Me 163 Komet战斗机甚至在第二次世界大战中看到了动作。从那以后,它们一直限于研究飞机,例如北美X-15 ,该飞机进入空气呼吸发动机无法正常工作的太空(火箭携带自己的氧化剂)。火箭更常用于主要发电厂的补充,通常用于火箭辅助的飞机,但也可以在某些混合设计中提供高速仪表板功能,例如Saunders-Roe Sr.53
  • Ornithopter通过拍打翅膀获得推力。它发现了用于将猎物动物冻结成静止的模型鹰的实际用途,以便可以捕获它们,并在玩具鸟中捕获。

设计和构造

飞机是根据许多因素设计的,例如客户和制造商的需求,安全协议以及物理和经济限制。对于许多类型的飞机,设计过程受国家适航当局的监管。

飞机的关键部分通常分为三类:

  • 结构(“机身”)包括主要负载元素和相关设备以及飞行控制。
  • 如上所述,推进系统(“ Powerplant ”)(如果是动力)包括电源和相关设备。
  • 航空电子设备包括电气和电子控制,导航和通信系统。

结构

结构设计的方法在不同类型的飞机之间差异很大。有些(例如旁流器)仅包含在张力中起作用并依靠空气压力来保持其形状的柔性材料。气球类似地依靠内部气体压力,但在其下方可能有一个僵硬的篮子或吊船以携带其有效载荷。早期的飞机,包括飞艇,通常使用柔性的掺杂飞机织物覆盖物,从而在刚性框架上伸展了相当光滑的Aeroshell。后来的飞机采用了半巨石技术,飞机的皮肤足够僵硬,可以共享大部分飞行负载。在真正的单频设计中,没有剩下的内部结构。

飞机的关键结构部分取决于它是什么类型。

Aerostats

比空气较轻的类型的特征是一个或多个燃气袋,通常具有柔性电缆或称为其船体的刚性框架的支撑结构。其他元素(例如发动机或吊船)也可能附在支撑结构上。

空气模源

Agustawestland AW101直升机的机身图

较重的空气类型的特征是一个或多个翅膀和一个中央机身。机身通常还带有尾巴或额外的稳定性和控制,以及起飞和降落的底盘。发动机可能位于机身或机翼上。在固定翼飞机上,机翼牢固地连接到机身,而在旋翼上,机翼将翅膀连接到旋转的垂直轴上。较小的设计有时会在部分或所有结构中使用柔性材料,通过刚性框架或气压将其固定在适当的位置。结构的固定部分包括机身

力量

飞机的动力来源通常称为动力装置包括发动机电机螺旋桨转子,(如果有),喷射喷嘴推力反向器(如果有)以及对发动机或电动机运行必不可少的配件(例如:起动器点火系统进气系统排气系统燃油系统润滑系统,发动机冷却系统和发动机控制)。

动力飞机通常由内燃机活塞涡轮机)燃烧化石燃料- 通常是汽油AVGAS )或喷气燃料。很少有人由火箭电源撞线推进,电动机或其他类型的内燃机或使用其他燃料提供动力。很少有人通过人类的肌肉能量(例如: Gossamer Condor )为短途飞行提供了动力。

航空电子学

航空电子设备包括任何电子飞机飞行控制系统和相关设备,包括电子驾驶舱,导航,雷达,监视和通信系统

飞行特征

飞行信封

飞机的飞行信封是指获得空速负载因子和高度的批准的设计功能。该术语还可以参考飞机绩效的其他评估,例如机动性。当滥用飞机时,例如,通过太高的速度潜水,据说它是在信封外面飞行的,这被认为是愚蠢的,因为它已超出了制造商建立的设计限制。超越包膜可能具有已知的结果,例如颤动或进入不可恢复的旋转(边界的可能原因)。

范围

波音777-200LR是最长的距离客机之一,能够在世界各地的一半以上。

该范围是飞机可以在起飞着陆之间飞行的距离,因为它可以在空降的时间内限制。

对于动力飞机,时间限制取决于燃油负载和消费速度。

对于无动机飞机,最大飞行时间受到天气状况和试点耐力等因素的限制。许多飞机类型仅限于日光小时,而气球受到起重气的供应限制。该范围可以看作是平均地面速度乘以空气中的最大时间。

空中客车A350-900ULR现在是最长范围的客机。

飞行动力学

飞行动力学是在三个维度上的空中车辆方向和控制的科学。三个关键的飞行动力学参数是围绕三个轴的旋转角度,这些轴穿过车辆的重心,称为螺距滚动偏航

  • 滚动是围绕纵轴(相当于船舶的滚动或脚跟)的旋转,给出了通过滚动或库角度测量的机翼尖端的上向下移动。
  • 俯仰是侧面水平轴的旋转,从而使飞机鼻子的上向向下移动,该飞机鼻子通过攻击角度测量。
  • 偏航是围绕垂直轴的旋转,从而使鼻子左右移动被称为侧滑。

飞行动力学涉及飞机旋转这些轴的稳定性和控制。

稳定

波音747-200企业

不稳定的飞机往往会与预期的飞行路径不同,因此很难飞行。一架非常稳定的飞机往往会停留在其飞行道路上,很难操纵。因此,对于任何设计而言,达到所需的稳定性程度都很重要。由于数字计算机广泛使用,因此设计本质上不稳定并依靠计算机控制系统来提供人工稳定性,越来越普遍。

固定翼通常在球场,滚动和偏航上不稳定。常规固定机翼设计的俯仰和偏航稳定性需要水平和垂直稳定器,它们的作用与箭头上的羽毛相似。这些稳定表面允许平衡空气动力,并稳定俯仰和偏航的飞行动力学。它们通常安装在尾部( empennage )上,尽管在塔纳德布局中,主船尾翼代替了帆船前部的螺距稳定器。串联机翼尾灯飞机依靠相同的一般规则来达到稳定性,而后表面是稳定的。

旋转翼通常在偏航中不稳定,需要垂直稳定器。

由于有效载荷在升降机中心下方滑动的方式,气球通常在音高和滚动中非常稳定。

控制

飞行控制表面使飞行员能够控制飞机的飞行态度,通常是机翼的一部分,或安装在相关的稳定表面上或不可或缺的地方。他们的发展是飞机历史上的重要进步,直到那时才能在飞行中无法控制。

航空航天工程师开发了有关车辆方向(态度)质量中心控制系统。控制系统包括执行器,该执行器在各个方向上施加力,并在飞机的空气动力学中心产生旋转力或,从而在俯仰,滚动或偏航中旋转飞机。例如,俯仰力矩是距飞机空气动力学中心的距离或船尾施加的垂直力,导致飞机向上或向下俯仰。控制系统有时也用于增加或减少阻力,例如,将飞机速度降低到安全速度。

作用在任何飞机上的两种主要空气动力力量在空中支撑它,并拖动反对其运动。控制表面或其他技术也可以直接影响这些力,而无需诱导任何旋转。

对环境造成的影响

飞机允许长距离,高速旅行,并且在某些情况下可能是更有效的运输方式。但是,飞机在燃油效率方面的考虑之外具有环境和气候影响。与其他形式的旅行和高空飞机相比,它们也相对嘈杂,实验证据表明可能会改变天气模式

飞机的用途

飞机是针对各种用途优化的几种不同类型生产的;军用飞机不仅包括战斗类型,还包括许多类型的支撑飞机和民用飞机,其中包括所有非军事类型,实验性和模型。

军队

波音B-17E飞行

军用飞机是由任何类型的法律或起义武装服务运营的任何飞机。军用飞机可以是战斗或非战斗:

  • 战斗机是旨在使用自己的军备摧毁敌方设备的飞机。战斗飞机将广泛分为战斗机轰炸机,其中有几种内在类型,例如战斗机攻击飞机,包括攻击直升机
  • 非战斗飞机不是为战斗而设计的主要功能,而是携带武器以进行自卫。非战斗角色包括搜索和救援,侦察,观察,运输,训练和空中加油。这些飞机通常是民用飞机的变体。

大多数军用飞机是较重的高空飞机。其他类型的滑翔机和气球也被用作军用飞机。例如,在美国内战第一次世界大战期间,气球被用于观察,第二次世界大战期间使用军事滑翔机来降落。

民事

瑞士空军救援服务Agusta A109直升机

民用飞机分为商业一般类型,但是有一些重叠。

商用飞机包括用于预定和宪章航空公司的设计类型,载有乘客,邮件和其他货物。较大的乘客类型是客机,其中最大的是宽体飞机。某些较小类型也用于一般航空中,其中一些较大的类型用作VIP飞机

通用航空是一项涵盖其他种类的私人(在时间或费用上没有支付飞行员)和商业用途的全部范围,涉及各种飞机类型,例如商业喷气机(Bizjets)培训师,教练,家庭建筑,光辉,闪光,,,闪光,,战鸟热气球仅举几例。如今,绝大多数飞机是通用航空类型。

实验

一架实验飞机是尚未在飞行中得到充分证明的飞机,或携带特殊的适航性证书,称为美国词典的实验证书。这通常意味着飞机正在测试新的航空航天技术,尽管该术语也指业余制造和套件制造的飞机,其中许多飞机基于经过验证的设计。

一架重量六克的型号飞机

模型

模型飞机是一种小型的无人类型,用于娱乐,用于静态显示,用于空气动力学研究或其他目的。比例模型是一些较大设计的复制品。

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