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客服熱線 : 8:00-20:00飛行器可以根據(jù)不同的分類(lèi)原則進(jìn)行分類(lèi)。有根據(jù)飛行器的活動(dòng)范圍、使用條件分類(lèi),也有根據(jù)飛行器的外形特征、產(chǎn)生升力的原理以及用途來(lái)分類(lèi)的。
一、在大氣層內(nèi)飛行的飛行器統(tǒng)稱大氣飛行器(航空器)。按照該飛行器上產(chǎn)生升力的不同原理,分成空氣靜力飛行器和空氣動(dòng)力飛行器?諝忪o力飛行器也叫作輕于空氣的飛行器,飛行器的平均比重小于空氣的比重,因此它就象軟木塞漂在水里一樣受到空氣的浮力的作用,漂浮在空氣之中。由于空氣密度歲高度的增加而降低,所以飛行器在上升時(shí),其升力(浮力)也隨著高度的增加而降低。這樣,到一定高度時(shí)就停止上升。
根據(jù)“阿基米德”原理,任何容器可用下列兩種方法中的任何一種來(lái)得到浮力,使它在空氣中漂浮上升:一法是將這一容器抽成真空后密封,如果容積很大,排出的空氣的重量超過(guò)它本身的重量,它就可以升空。另一法是在這容器中充滿輕于空氣的氣體,若容器很輕,容積很大,也可收到同樣效果。
前一法看來(lái)似乎很簡(jiǎn)單,早在十七世紀(jì)就有人企圖這樣做,結(jié)果失敗了。原因是大氣壓強(qiáng)非常大,在海平面標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下,每平方米約達(dá)101325牛頓,例如一個(gè)容器約為500立方米的球體,其直徑約9.8米,表面積為305平方米,作用在它 上面的大氣壓力竟達(dá)到30904千牛頓。顯然,用現(xiàn)代材料很難制成一個(gè)又輕又強(qiáng)能承受這樣巨大壓力的真空容器,使它能在空中浮起。但是,當(dāng)容器中充滿氣體時(shí),內(nèi)外壓強(qiáng)是相等的,這時(shí)殼體不需要用很強(qiáng)的材料如金屬來(lái)制造,只要用很輕的纖維織品,而且不漏氣就行了。據(jù)計(jì)算,當(dāng)?shù)孛鏈囟葹?攝氏度,大氣壓為101.325千帕?xí)r,1立方米氫氣的升力為11.47牛頓,氦氣為9.8牛頓,而100攝氏度的熱空氣為3.24牛頓。
(一) 空氣靜力飛行器根據(jù)是否具備推進(jìn)裝置,分為氣球和飛艇兩種。氣球是不帶推進(jìn)裝置的,其中自由氣球不能自由控制方向,只能隨風(fēng)漂流。但垂直方向的升降可以操縱。要使氣球上升可以用攜帶的壓縮氫氣或氦氣充氣使浮力增加。要下降,則可將專用的活門(mén)打開(kāi),放出一些氣體,使浮力減小。在氣球內(nèi)充氫氣或氦氣的是冷氣球,充熱空氣的就是熱氣球。熱氣球的上升和下降只要調(diào)整燃料大小調(diào)節(jié)閥就能控制熱氣球的浮力。自由氣球可用于體育運(yùn)動(dòng)、跳傘訓(xùn)練、氣象觀測(cè)和同溫層科學(xué)研究。系留氣球和自由氣球的不同之處是,它可用很長(zhǎng)的繩索系于地面或水面的牽引工具上(如汽車(chē)或船0,當(dāng) 牽引工具移動(dòng)時(shí),它可以隨之移動(dòng)。系留氣球在第一次世界大戰(zhàn)時(shí),曾用來(lái)觀察敵軍的活動(dòng)或校正炮兵的炮火。第二次世界大戰(zhàn)時(shí)曾做成阻塞氣球,用于防空。很多系留氣球和地面用細(xì)鋼繩聯(lián)起來(lái),組成垂直的帷幕,環(huán)繞城市構(gòu)成一個(gè)保護(hù)圈,防止敵機(jī)侵入。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,近年來(lái)還放過(guò)許多無(wú)人的自動(dòng)氣球探測(cè)器。1978年4月,一個(gè)自動(dòng)氣球探測(cè)器升到了39000米的高度,對(duì)準(zhǔn)銀河中心,收集有關(guān)宇宙線的資料。目前,這是氣球能達(dá)到的高度極限。
飛艇又名可操縱氣球,它頗象一艘空中飛船,能在很大的高度范圍內(nèi),按照規(guī)定的方向飛行。飛艇是一種裝有安定面、方向舵和升降舵的流線型氣球,并裝有發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)螺旋槳產(chǎn)生拉力。飛艇的容積約在2000——200000立方米之間。
飛艇依其構(gòu)造的不同有 ,可分為軟式、硬式、半硬式三種。軟式飛艇按所需形狀用輕而結(jié)實(shí)的氣密織物制成。這種飛艇是直接有氣球變化而來(lái)的。它的內(nèi)部壓力接近與大氣壓力,因此只有尺寸較小的飛艇才能保持其規(guī)定的外形。
齊柏林伯爵最初建造的硬式飛艇,具有硬構(gòu)架,這種構(gòu)架可使飛艇保持規(guī)定的形狀。用硬鋁合金構(gòu)架的巨型硬式飛艇,容積達(dá)200000立方米,長(zhǎng)度達(dá)245米。其不著陸航程達(dá)10000—15000公里,總重有200噸左右(其中有效載重90噸)。
半硬式飛艇是介于軟式和硬式之間的一種飛艇。它沒(méi)有復(fù)雜的構(gòu)架,只有鋼管或硬鋁型材制成的縱梁(龍骨),縱梁可維持飛艇下部的外形和懸掛吊艙。通常制造的半硬式飛艇容積在10000—2000立方米,長(zhǎng)約100米。
飛艇的主要缺點(diǎn)是地面的作業(yè)復(fù)雜。船靠碼頭、車(chē)靠站,飛艇要?吭谙盗羲。龐大的大型飛艇要緩慢地緊靠到鐵塔桅桿上把頭部系牢,再把飛艇的下垂直安定面固定在環(huán)形系留車(chē)為梁上沿圓形導(dǎo)軌轉(zhuǎn)動(dòng),對(duì)準(zhǔn)艇棚,然后用機(jī)車(chē)把鐵塔和飛艇一起拖入艇棚。
飛艇的特點(diǎn)是擁有巨大的升力,可以在空中懸停,飛行中消耗燃料很少。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,從六十年代起,不少國(guó)家重新開(kāi)始研究和制造飛艇。新設(shè)計(jì)的飛艇突破了過(guò)去簡(jiǎn)單的紡錘外形,出現(xiàn)了圓盤(pán)形、雙體型和升力體型飛艇。也有人設(shè)想把機(jī)翼裝在飛艇上或者在飛艇兩側(cè)裝上旋翼,這種把飛艇和飛機(jī)、直升機(jī)結(jié)合起來(lái)的混合式飛艇,吸取了各方的優(yōu)點(diǎn)可能是一個(gè)發(fā)展方向。引人注意的還有設(shè)計(jì)中的核動(dòng)力飛艇,它是真正的龐然大物,艇身內(nèi)有核電站、飛機(jī)庫(kù),飛艇頂上有直升機(jī)起落平臺(tái),艇身內(nèi)上下有電梯連接,載重量達(dá)到2500噸,依次就可運(yùn)送幾千名旅客。1984年5月3日,我國(guó)民辦企業(yè)研制的“西湖號(hào)”飛艇,在杭州首飛成功。
(二) 通過(guò)飛行器在大氣中的運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的空氣動(dòng)力,獲得支持飛行器升力的大氣飛行器稱為空氣動(dòng)力飛行器,也叫重于空氣的飛行器。大部分空氣動(dòng)力飛行器都具有產(chǎn)生升力的翼面——機(jī)翼或旋翼。但也有依靠飛行器本身的動(dòng)力產(chǎn)生升力的飛行器,象氣墊飛行器、飛行平臺(tái)和火箭等。
氣墊飛行器又叫地面效應(yīng)飛行器,它是利用氣墊效應(yīng)而騰空行駛的。這種飛行器只能貼近上面或水面運(yùn)動(dòng),所以不能算飛行,只能成為“行駛”。氣墊車(chē)或氣墊船由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)垂直管道內(nèi)的風(fēng)扇,將空氣壓縮后送到飛行器底盤(pán)下,形成高壓空氣區(qū),叫做氣墊。氣墊把飛行器抬起來(lái),然后利用螺旋槳或向后的噴流前進(jìn)。目前,氣墊飛行器用于水面的較多,因?yàn)闅鈮|飛行器在地面拐彎比較困難,同時(shí)又容易受地面的障礙物、房屋和樹(shù)木的影響,不平的地面以及揚(yáng)起的塵土也帶來(lái)很大的困難。試驗(yàn)表明,重量達(dá)幾百噸的巨型氣墊船速度可接近每小時(shí)185公里。
飛行平臺(tái)和火箭都是依靠反作用產(chǎn)生升力的,所以它們都不需要專門(mén)用于產(chǎn)生升力的翼面。飛行平臺(tái)屬于垂直起落飛行器;鸺鋵(shí)不完全是大氣飛行器,它在大氣層內(nèi)飛行時(shí),作用在火箭體上的空氣動(dòng)力和火箭的推力分力一起組成火箭的升力,一旦火箭飛出大氣層,這種氣動(dòng)升力也隨即消失。通;鸺际亲鳛橛钪骘w行器的一種運(yùn)載工具把宇宙飛行器送入飛行軌道之用。
重于空氣的有翼飛行器有定翼的和動(dòng)翼的兩類(lèi)。定翼機(jī)有飛機(jī)、無(wú)人機(jī)和滑翔機(jī)三種。根據(jù)《辭!(1979年版)關(guān)于“飛機(jī)”的解釋,飛機(jī)是一種有動(dòng)力裝置,依靠安裝在機(jī)身上的機(jī)翼產(chǎn)生升力的重于空氣的飛行器。那么滑翔機(jī)就是不帶動(dòng)力裝置的有翼飛行器了,在動(dòng)力滑翔機(jī)出現(xiàn)之前,滑翔機(jī)確實(shí)就是一種沒(méi)有動(dòng)力的“飛機(jī)”,它依靠機(jī)翼的優(yōu)良性能可以作長(zhǎng)距離滑翔,在上升氣流中也可以作長(zhǎng)時(shí)間的翱翔。在1976—1977年間,單座滑翔機(jī)的直線航程世界紀(jì)錄是1460.8公里,升限的世界紀(jì)錄是14102米。
滑翔機(jī)可分為初級(jí)、中級(jí)和高級(jí)三種。初級(jí)滑翔機(jī)構(gòu)造簡(jiǎn)單,不能作較大坡度的轉(zhuǎn)彎,一般用人拉橡筋繩彈射的方法起飛進(jìn)行直線飛行,供初學(xué)者使用。外形流線,性能優(yōu)良,能作長(zhǎng)距離飛行并具備一切特技飛行能力的滑翔機(jī)稱為高級(jí)滑翔機(jī),通常用飛機(jī)牽引起飛,也可用絞車(chē)或汽車(chē)牽引起飛,供競(jìng)賽用。中級(jí)滑翔機(jī)的構(gòu)造和性能介于兩者之間。七十年代以來(lái),國(guó)際上對(duì)裝有小型發(fā)動(dòng)機(jī)能自行起飛的動(dòng)力滑翔機(jī)日益引起重視。按照國(guó)際航空聯(lián)合會(huì)的規(guī)定,動(dòng)力滑翔機(jī)應(yīng)當(dāng)在發(fā)動(dòng)機(jī)不工作時(shí)具備滑翔機(jī)的特征,也就是最大 升阻比要大于20,全開(kāi)擾流器時(shí)的 升阻比不小于7,這比各種輕小型飛機(jī)(如輕型或超輕型飛機(jī)、傘翼機(jī)、帆翼機(jī)等)和大型飛機(jī)的升阻比要大的多。還必須允許在一般的泥地上著陸而不危及乘員。動(dòng)力滑翔機(jī)可用于訓(xùn)練飛行員、航空旅游、護(hù)林防火、高壓線路巡查、小面積航測(cè)等。在軍事上曾用飛機(jī)牽引一系列滑翔機(jī)組成“空中列車(chē)”,用來(lái)載運(yùn)傘兵和裝備進(jìn)行無(wú)聲偷襲。
滑翔機(jī)是依靠本身重量的向前分力來(lái)克服阻力前進(jìn)的,滑翔飛行的原理見(jiàn)圖。
動(dòng)翼飛行器于機(jī)翼固定的飛機(jī)和滑翔機(jī)不同,它產(chǎn)生升力的一面在飛行時(shí)相對(duì)于機(jī)身是運(yùn)動(dòng)著的。但翼面運(yùn)動(dòng)的方法可以有多種多樣,目前最常見(jiàn)的是翼面作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的旋翼飛行器,如果發(fā)動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)旋翼旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生升力,則叫做直升機(jī)。關(guān)于直升機(jī)后面有專門(mén)論述。發(fā)動(dòng)機(jī)不直接帶動(dòng)旋翼 ,而是靠飛行器前進(jìn)時(shí)的相對(duì)氣流吹動(dòng)其旋轉(zhuǎn),產(chǎn)生升力的叫做旋翼機(jī)。旋翼機(jī)前進(jìn)的動(dòng)力靠發(fā)動(dòng)機(jī)和螺旋槳。旋翼機(jī)產(chǎn)生升力情況和直升機(jī)不同,旋翼機(jī)前進(jìn)時(shí),旋轉(zhuǎn)面向后傾斜,而直升機(jī)旋轉(zhuǎn)面向前傾斜。旋翼機(jī)的最小速度一般是40—50公里/小時(shí),最大飛行速度為300公里/小時(shí)。僅用于游覽、救護(hù)和體育活動(dòng)。
另一種翼面運(yùn)動(dòng)的飛行器是撲翼機(jī)。從古代起人類(lèi)就從事模仿飛鳥(niǎo)的撲翼飛行,意大利畫(huà)家達(dá)芬奇在他繪制的草圖里曾提出過(guò)撲翼飛行器的設(shè)計(jì)。但是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的試驗(yàn),直到今天實(shí)用的撲翼機(jī)還未獲得成功。因?yàn)轼B(niǎo)類(lèi)飛行時(shí)的翅膀的動(dòng)作,并不是簡(jiǎn)單的向下扇撲,而要復(fù)雜得多。所以制造一種象鳥(niǎo)翅那樣運(yùn)動(dòng)得機(jī)翼是相當(dāng)困難得。為了克服這個(gè)困難,發(fā)明家們?cè)噲D在上下擺動(dòng)的機(jī)翼上裝上活門(mén)系統(tǒng),這種系統(tǒng)在機(jī)翼向下運(yùn)動(dòng)時(shí),可以關(guān)閉,向上運(yùn)動(dòng)時(shí)可以打開(kāi)。但這并不是克服困難的有效方法,所以這種擺翼沒(méi)有得到發(fā)展。撲翼飛行有很多優(yōu)點(diǎn):撲翼飛行提升一定重量所需的動(dòng)力,要比普通定翼機(jī)小得多,只有它得三十分之一。能夠幾乎垂直起飛和降落。所以現(xiàn)在仍然對(duì)撲翼機(jī)進(jìn)行著大量的研究。
二、 人類(lèi)目前已經(jīng)有很多飛行器飛行在宇宙間,有載人的也有不載人的,有可回收的也有不可回收的,有可控制的也有不可控的,都統(tǒng)稱為宇宙飛行器(航天器)對(duì)于宇宙飛行器,目前尚未歸納出合適的分類(lèi)方法。如果按照飛行器的飛行范圍,似乎可分為活動(dòng)在太陽(yáng)系內(nèi)的行星際飛行器和離開(kāi)太陽(yáng)系的恒星系飛行器兩類(lèi),但是這種分類(lèi)對(duì)于飛行器本身并不象大氣飛行器和宇宙飛行器的區(qū)分那樣有本質(zhì)的影響,宇宙飛行器的飛行軌道是發(fā)射前根據(jù)需要設(shè)計(jì)好的,能否離開(kāi)太陽(yáng)系僅僅是運(yùn)載工具能量大小的問(wèn)題。
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