学生最喜欢的科普书:飞出地球的战车-航空时代的飞翔之翅——飞机
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    尽管人类为了实现飞翔之梦努力了数千年,并发明了热气球、飞艇等主要依靠空气浮力升空的飞行器。但是这些飞行器无论是在安全性,还是在操纵性等方面都存在许多缺陷。这不但限制了这些飞行器的发展前景,也使得人类必须继续为飞翔之梦努力。此时,许多科学家不约而同地把目光转向了一种全新的飞行器——飞机。

    1903年12月17日,美国著名科学家莱特兄弟的“飞行者一号”首次试飞成功,从而完成了人类历史上第一架有动力、可载人,并且持续稳定的飞行器。飞机的成功升空是20世纪中人类最伟大的创举之一,它为人类征服天空揭开了新的一页,标志着航空飞机时代的到来。从此之后,飞机工业开始飞速发展,各种飞机如雨后春笋,层出不穷,在各个方面都大大方便了人类的生活。

    莱特兄弟和“飞行者一号”

    自从1783年热气球和氢气球诞生以后,人们把目光一下子都移到了轻于空气的飞行器上。然而,随着人们研究的深入和飞行事故的不断发生,航空先驱者们清楚地意识到:这些轻于空气的航空器无论是在安全性、操纵性,还是在发展前途上都存在着很大的局限性。它们的飞行速度低,不易操纵和控制,而且对载人来说也不安全。因此,人们的注意力逐渐转向了重于空气的航空器研究上,即滑翔机和飞机的研究。

    航空时代的飞翔之翅——飞机乔治·凯利

    当时在英国,乔治·凯利首先开创了航空学,特别是空气动力学的实验研究,并进行了滑翔机的设计和飞行实践。这是一种没有动力装置,但却重于空气的固定翼航空器。1796年,凯利用鲸骨作弹簧,用羽毛作旋翼,制造出一架模型直升机。三年后,他成功地设计了一架机动单翼飞机,后来的航空史学家称赞它为“现代飞机的胚胎,开实用航空的先河”。

    1804年,凯利制造出一架简单的模型滑翔机,这种滑翔机的机翼形状像一个风筝,凯利登上滑翔机,成功地做了一次试飞。在随后的时间里,这位伟大的先驱者曾多次制造了改进型的滑翔机原型机。由于他作出的开创性贡献,凯利受到后人的高度评价,被誉为“航空之父”。

    奥托·李林塔尔

    在滑翔机研究方面,最重要的先驱者是奥托·李林塔尔。奥托·李林塔尔是德国工程师和滑翔飞行家,世界航空先驱者之一。他最早设计和制造出实用的滑翔机,人称“滑翔机之父”。

    1891年,李林塔尔制成了第一架固定翼滑翔机——这是一种最简单不过的滑翔机,实际上它是两个捆得很结实的机翼。为了验证自己的飞行理论,李林塔尔决定亲自试飞。滑翔机平稳地飞行了15米,并且安全着陆。这15米的距离虽很近,但它却是人类迈向空间的重要一步。李林塔尔在1891年至1896年的六年时间里,亲自进行了2000多次滑翔飞行试验,积累了大量的经验和飞行数据。他还曾进行飞行理论的研究和试验。1889年,他编写的《作为航空基础的鸟类》一书出版。这本书至今仍然被认为是一部在航空史上有重大意义的经典著作。

    李林塔尔的成功表明了,人是能飞起来的。他不但为人类上天飞行奠定了理论基础,而且还研制成了飞机“胚胎”,为他的后继者——大洋彼岸的美国人莱特兄弟扫清了前进的障碍。

    李林塔尔的第一架滑翔机威尔伯·莱特和奥维尔·莱特俩兄弟从小对飞行怀有浓厚兴趣,他们研究了鸟类和风筝的飞行,制造了一架风筝形的滑翔机进行试验,然后又进行了滑翔机载人飞行试验。从1900年到1903年间,他们共制造了三架滑翔机,进行了近千次滑翔莱特兄弟机飞行,最后一架滑翔机完全达到了稳定操纵要求。随后他们在第三架滑翔机上安装了一台自制的12马力功率内燃机,带动两副两叶推进式螺旋桨,采用升降舵在前、方向舵在后的鸭式布局。机翼剖面呈弧形,翼展132米,着陆装置为滑橇式,驾驶员俯卧操纵。这架飞机就是著名的“飞行者一号”。

    1903年12月17日,莱特兄弟在北卡罗来纳州的吉蒂霍克沙洲上开始了他们的具有历史意义的试飞。第一次试飞由弟弟奥维尔·莱特驾驶,在12秒钟内飞行了36米远。第二次试飞由哥哥威尔伯·莱特驾驶,在59秒钟内飞行了260米,这一纪录被载入史册,这是得到公认的最早的空中持续动力飞行。

    在1903年以前,人类就已经有了滑翔机。为什么要把莱特飞机算作人类有史以来第一架飞机呢?这就有必要介绍一下飞机的确切定义了。

    第一次试飞关于飞机,现在人们的共同认识是:“装有动力装置,通常装有固定机翼的重于空气的航空器。”即被称之为飞机的航空器,一是要有动力装置,也就是发动机;二是一般要装有固定的机翼;三是重于空气(不同于气球、飞艇)。所以,莱特飞机是世界上第一种真正的飞机。

    后来,莱特兄弟与美国陆军签订了在美国制造莱特飞机的协议。莱特兄弟制造的最后一架飞机是1915年L型飞机,它是一种单座军用侦察机,装有一台70马力的六缸莱特发动机。

    现在,莱特兄弟“飞行者一号”试飞成功的地方耸立着纪念莱特兄弟的纪念碑。尽管“飞行者一号”采用的内燃机功率只有12马力(相当于一台手扶拖拉机),但它毕竟宣布了现代航空时代的到来。从此之后,各种类型的侦察机、战斗机、轰炸机、运输机、民用客机等航空器纷纷飞上了蓝天,人类的飞天梦想终于变成了现实。

    知识点

    内燃机

    内燃机是将液体或气体燃料与空气混合后,直接输入机器内部燃烧产生热能再转化为机械能的一种热机。内燃机具有体积小、质量小、便于移动、热效率高、启动性能好的特点。内燃机的构想在17世纪中叶出现,并于19世纪末发展完善。

    内燃机,特别是汽油机和柴油机的出现,是第二次工业革命的重要成果,它们为交通运输业开辟了广阔的前景。1886年装置汽油机的汽车诞生,开始了汽车工业的新时代;1887年汽油机驱动的轮船开始在江河湖海中出没往返,开辟了水上运输的新纪元;1903年装上汽油机的飞机开始翱翔长空,揭开了人类航运的新篇章。

    军事飞机促进了航空业的发展

    第一次世界大战爆发时,一些国家虽已有几百架飞机,但都没有空军编制。这时使用的木布结构飞机速度很慢,光秃秃的也没有武器。当时飞行的世界纪录时速只有204千米,距离1021千米,高度6120米。一般飞机的性能距离这些指标还差得很远。但是由于战争的需要,飞机很快转入军事用途。飞机种类和性能的开发在战争中得到了迅速发展,而后这些技术装备又被用在了民航等其他航空领域。因此,从某种意义上可以说军事飞机的发展促进了航空的发展。

    战斗机

    美国F-22战斗机

    战斗机又称歼击机,特点是飞行性能优良、机动灵活、火力强大。现代的先进战斗机多配备各种搜索、瞄准火控设备,能全天候攻击所有空中目标。它的演变体现着飞机的整体发展水平。战斗机的首要任务是与敌方战斗机进行空战,夺取制空权,以及拦截敌方轰炸机、强击机和巡航导弹等。此外,战斗机还可以携带一定数量的对地攻击武器,执行对地攻击任务。

    世界上公认的第一种战斗机是法国的莫拉纳·索尔尼爱L型飞机。它由于装备了法国飞行员罗兰·加洛斯的“偏转片系统”,稍微解决了飞机在机载机枪射击时被螺旋桨干扰的难题,第一次使飞行员可以专心驾驶飞机去攻击对方,同时也不需要另外配备机枪手。

    最早的战斗机采用的是活塞式发动机,一战期间的战斗机大多是木结构,最高飞行时速仅有200千米左右;二战时,战斗机发展为单翼全金属结构,飞行时速提高到600~700多千米;中国歼-10战斗机从20世纪50年代开始,战斗机逐步实现推进喷气化。20世纪60年代末和70年代初,在气动、动力装置、电子技术、机载武器、材料等方面发展迅速,也为战斗机的发展创造了良好的条件,飞行速度也超过了音速(340米/秒),代表型号有美国的F—15、F—16战斗机,苏联的米格—29、苏—27和法国的“幻影”2000。

    目前,超音速战斗机已经发展到了第四代。第四代战斗机一般具有良好的隐身性能、发动机在不开加力时具有超音速巡航的能力、短距起落性能、目视格斗、超视距攻击和对地攻击的能力等等,主要代表机型有美国的F—22,俄罗斯的S—37和米格—144等。

    对我国而言,歼—10是一个里程碑。在机体设计上,歼—10的前翼及主翼外部的后掠角大约在40~45度之间,这反映了歼—10突出的低中速机动性能,即强调近距格斗、突出争夺制空权任务。歼—10的翼身融合设计,利于隐身和提高内部油箱的容量,进气道位于机腹部,其中有一进气锥,这种布局可以大大改善飞机的飞行性能。最大马赫数2,全机大量采用钛合金、复合陶瓷、纳米技术纤维等,有效减少空重增加载弹量和隐身性能,一杆式电控单元,可在大屏幕LCD上调出作战参数和发射武器及操控。采用三级计算机系统负责飞控、武器管理、预警与探测和动态综合作战系统。

    歼—10作为新一代多用途战斗机,分单座、双座两种,性能先进,用途广泛,实现了我国军用飞机从第二代向第三代的历史性跨越。

    轰炸机

    美国B-29超级堡垒轰炸机轰炸机是通过炸弹、鱼雷或导弹等破坏地面或海上目标的军用飞机。轰炸机按照载弹量分为轻型(3~5吨)、中型(5~10吨)和重型(10吨以上)轰炸机;按照航程分为近程(3000千米以下)、中程(3000~8000千米)和远程(8000千米以上)轰炸机。

    1911年10月,意大利和土耳其为争夺北非利比亚的殖民利益而爆发战争。11月1日,意大利的加福蒂中尉驾一架 “朗派乐—道比”单翼机向土耳其军队投掷了4枚重约2千克的榴弹,虽然战果甚微,但这是世界上第一次空中轰炸。

    美国B-1远程超音速轰炸机第二次世界大战中,轰炸机有了新的发展,装有4台发动机的重型轰炸机成为主流,例如美国的B—29轰炸机可载弹9吨。

    20世纪60年代以后,各种制导武器日益完善,目标的空防能力大为提高,所以战术轰炸的任务更多地由歼击轰炸机来完成。自卫能力差的轻型轰炸机已不再发展。自从出现中、远程导弹后,战略打击力量的重点已转移到导弹上来,战略轰炸机的地位明显下降。

    美国B-2轰炸机20世纪70年代以后,只有美、苏两国尚在继续研制远程超音速轰炸机,如美国的B—1和苏联的图26,都是变后掠翼飞机,装有先进的自动导航系统、地形跟踪系统和电子对抗设备,攻击武器以空地导弹和巡航导弹为主,能在复杂气象和地形条件下隐蔽地进行超低空突防,对目标进行远距离攻击。

    我国空军轰炸机部队曾装备过多种机型的轰炸机,具有影响力的有水轰—5型水上起降轰炸机、FBC—1歼击轰炸机等。

    到目前为止,世界最高水平的战略轰炸机是美国B—2。B—2具有良好的隐身性能,主要用于执行突防任务、摧毁敌方纵深目标,可携带核武器、巡航导弹、近距攻击导弹和制导炸弹等,攻击力和摧毁力极强。

    攻击机

    攻击机又叫强击机,是专门从低空和超低空对地面或水面中小目标进行攻击的军用飞机。它直接用于支援地面部队作战,摧毁敌方的防御工事、弹库、舰船、雷达、交通枢纽等军事目标。

    德国容克-87最早的攻击机是由德国容克斯公司研制的容克JI型飞机,它也是世界上第一架全金属结构飞机,于1915年12月5日首次试飞。后来容克斯公司又发展了更先进的CLI—IV型攻击机,在低空近距离攻击上,显示了良好的性能和作战效果。

    鉴于第一次世界大战的经验,纳粹德国为准备新的大战,在20世纪30年代发展了新的攻击机容克—87和亨舍尔—123。在当时,它们又称为“俯冲轰炸机”。

    美国A-6攻击机第二次世界大战前夕,德国使用容克—87俯冲轰炸机攻击敌军总队和坦克,直接支援地面部队作战。后来这种飞机增设了装甲,配备了大口径机炮,专门用于反坦克作战。苏联在二战中,广泛使用了伊尔—2攻击机,被誉为“空中坦克”,在支援部队方面起到了很大作用。

    20世纪60年代后,虽然由于战斗轰炸机的发展,取代了一部分攻击机的作用,但仍出现了多种有代表性并在实战中显示了独特作用的攻击机,例如美国在越南战争、空袭利比亚和海湾战争中使用的A—6、A—7和A—10等。

    1960年,我国成功研制出强5攻击机,载弹量可达2吨。

    现代攻击机的飞行速度并不快,时速一般在700~1000千米,更强调超低空突防和攻击能力。它们一般都装备有机关炮和火箭弹,可挂载精确制导炸弹和空地导弹,具备夜间攻击能力和一定的电子对抗能力。一些攻击机已具备垂直和短距离起落能力,如俄罗斯的雅克—36和英国的“鹞”式。

    国产强5攻击机隐形飞机

    隐形飞机并非对人的眼睛而言,而是指不被雷达和红外探测器所发现,也称隐身机。它之所以能不被雷达和红外探测器发现,主要是因为它采用了独特的设计和隐形技术:

    美国F-117隐形战斗机一、独特的外形轮廓。飞机外表呈平滑过渡,减少垂直相交面,机翼与机身融为一体;减少外挂的武器、副油箱、发动机吊舱,遮挡发动机进气道和尾喷管,并用特殊的形状减少雷达波反射等。例如美国的B—2隐形轰炸机,其机翼后缘呈锯齿状,像蝙蝠,又似飞镖,全机的整体曲线圆滑,从而减少了电磁波的反射面积。美国的F—117A隐形战斗轰炸机,其外表面由许多小平面拼合而成,可以抑制和分散雷达电磁波。

    二、在飞机表面采用特殊吸波材料和涂层,将雷达波尽可能多地吸收,减少反射率。例如美国F—117A隐形飞机的机翼前缘、发动机进气口就使用了能吸收电磁波的复合材料,整个机体的表面都涂了可吸波的涂料。

    三、施放强烈的电子干扰,使对方雷达不能正常工作。

    目前,比较著名的隐身飞机主要有美国的F—117战斗机、B—2轰炸机以及第四代战斗机F—22。

    无人驾驶飞机

    无人驾驶飞机是一种以无线电遥控或由自身程序控制为主的不载人飞机,通常简称无人机。与有人机相比,无人机具有重量小、成本低、机动性高、隐蔽性好、生存能力强等优点,特别适宜于执行危险性大的任务。

    德国KZO无人机无人驾驶飞机一般由地面控制站、起飞弹射架、无人机和降落回收网四部分组成。例如,以色列制造了一种名为“侦察兵”的无人驾驶飞机,其机身长和翼展都仅有3米多,重50多千克,可飞至3000米高空进行侦察、拍照,连续飞行时间达4个小时。“侦察兵”被车载的弹射器弹射升空后,双缸发动机自动点火,随即进入飞行状态。

    无人驾驶飞机除执行侦察任务外,还可用于指挥和目标指挥。1982年,以色列派飞机空袭黎巴嫩贝卡谷地。在战斗轰炸机接近目标前,以色列人先用遥控控制无人驾驶飞机引诱叙利亚部队用萨姆—6号导弹攻击这些无人驾驶飞机,在窃取了萨姆导弹制导雷达频率后,以色列人立即实施对萨姆导弹雷达的电子干扰,而战斗轰炸机乘机出动,将叙利亚人的萨姆—6导弹群全部摧毁。

    目前,无人机已被用于战场监视、侦察、干扰、释放诱饵、目标袭扰等方面。无人机在执行侦察、对地攻击、火力投射、电子对抗方面向有人驾驶的飞机提出了挑战。在未来战争中,无人机能执行空战和对地攻击任务,它和有人战斗机编队,可组成“猎人和猎狗”式的作战机群。有人机作为“猎人”,可发挥任何高智能装置无法取代的任务管理和决策作用,而无人机则承担“猎狗”的任务,领先飞行,进行目标识别、作为诱饵消耗敌方的导弹,使有人机提高生存能力。在可以预见的将来,无人机将相当程度上取代有人机。

    中国ASN-206无人驾驶机

    我国已经研制出多种无人驾驶飞机,主要型号有“长空一号”无人靶机、“长虹”高空高速无人侦察机、T—6通用型无人机、Z—5系列无人侦察机、ASN系列无人机等。

    知识点

    蝙蝠与雷达

    雷达在航运、军事、气象等领域所起的作用非常大,是现在科技成果中最成功的发明之一。谁又能想到,这种高精密仪器的发明灵感竟然来自蝙蝠呢?

    蝙蝠能在漆黑的夜里飞行自如。它一边飞,一边从嘴里发出一种声音。这种声音叫做超声波,人的耳朵是听不见的,蝙蝠的耳朵却能听见。超声波像波浪一样向前推进,遇到障碍物就反射回来,传到蝙蝠的耳朵里,蝙蝠立刻改变飞行的方向。

    雷达就是这个原理下发明的。雷达通过天线发出无线电波,无线电波遇到障碍物就反射回来,显示在荧光屏上。驾驶员从雷达的荧光屏上,能够看清楚前方有没有障碍物,所以飞机、大型轮船在夜里航行也十分安全。

    民航飞机的迅猛发展之路

    航空是人类20世纪所取得的最重大的科技成就之一,在民用领域,它首先应用于交通运输。几十年来,作为载人空中飞行工具的民航机发生了巨大的变化。

    民航机的最初发展主要是在两次世界大战期间,德国、法国、英国、意大利等欧洲国家和美国都相继建立了自己的民航事业。最早于1914年1月1日在美国佛罗里达州坦帕与圣彼得斯堡之间开辟的第一条定期航班用的是“贝诺伊斯特”水上飞机,只能载两个人,速度仅112千米/小时,航线32千米,单程票价5美元。这条航线只维持了3个月,总共运送1204人,到旅游季节结束便中断了。

    1933年,美国波音公司研制出波音247,这是第一架真正现代意义的客机。1935年底,美国道格拉斯公司研制出DC—3,成为现代旅客机的始祖,共生产了13000架,是历史上产量最高的客机机种。后来客机规模越来越大,速度越来越快,旅客越来越舒适。今天,一架波音747—400一次能运送400多人,飞行 13500千米。

    据国际民航组织统计,2000年,全世界乘飞机的人数达16.56亿人次,总周转量达30173.5亿人千米。

    以前,乘飞机被看做一种冒险的、有刺激性的旅行方式,直到20世纪60年代后期,才真正成为大众采用的运输方式。

    民航机的发展大致可分为两个时代:活塞时代和喷气时代。

    活塞时代

    飞机用于客运,始于第一次大战后。战争刚结束时,商用飞机都使用大量过剩的前军用轰炸机。例如从轰炸机改装的维克斯公司8座“维米”商用飞机,在敞开的驾驶舱后面有封闭的客舱和柳条编的座椅。其他飞机公司,如英国汉德利·佩季、法国的法尔芒公司也将轰炸机作类似的改型。

    另外一些公司则忙于生产新设计的航线飞机。1919年,德国人容克斯推出了世界上第一种全金属的4座单翼民航飞机。荷兰人安东尼·福克在20世纪20至30年代间,生产了一系列民用飞机。1925年福克F.7a/3m(一种飞机型号)开创了三发(发动机个数,即三个发动机)飞机设计的新潮流。

    英国汉德利·佩季的HP-421926年,美国公司在借鉴福克设计的基础上推出一种全金属的三发“福特”14座客机。容克斯公司在1930 年又推出了一种Ju52。这种飞机首先采用在F13上使用的波纹形金属蒙皮,成为很多国家用于民航的首选机种。1931年,在英国,帝国航空公司引进了24座的汉德利·佩季公司的HP—42,这标志着双翼机在民航飞机设计中的终结。

    20世纪20年代,欧洲在民用客机的发展中,曾处于领先地位。福克公司和容克斯公司的一系列优秀的民用飞机,创造了不少远程飞行记录,但进入30年代后,世界航空发展的优势逐步落到美国人手中,并且他们把这种优势地位一直保持到今天。

    1931 年,波音公司以B—9轰炸机为基础,开发出一种新型的民用飞机,称为B—247,由于它外形新颖,采用了许多新技术,业界公认是第一种现代民航机。B—247载客10人,性能超过当时所有的竞争对手。新飞机于1933年2月首飞,3月就在联合航空公司投入使用。到1933年夏天,B—247创造了从美国东海岸到西海岸只需19小时45分钟的速度记录。

    美国道格拉斯的DC-2另一家美国知名飞机制造商道格拉斯公司1933年推出DC—1, 1934年推出加长型的14座DC—2,与波音公司的B—247抗衡,随后又开发了机身加宽、带卧铺的DC—3,从此拉开了波音和道格拉斯(后来的麦道公司)两家公司长达数十年的争斗。DC—3是一种安全、可靠,特别是能赢利的飞机,给空运业带来了一场革命。

    喷气时代

    20世纪50年代后期,大型干线客机实现了喷气化。喷气式民航机投入使用是民航技术的一次飞越,不仅使民航飞机的速度提高了一倍,而且使飞行高度提高到11000米左右的平流层,增加了安全性和舒适性。

    苏联的图-104按照发展阶段和技术水平进行划代,喷气客机被分成五代:

    第一代采用涡轮喷气发动机、后掠翼,与活塞式客机相比大大提高了巡航速度和客运量,使民航运营效率大为提高,代表型号有英国的“彗星”号、法国的“快帆”、美国的波音707、道格拉斯公司的DC—8以及苏联图波列夫设计局研制的图—104等。

    英国的4发“彗星”号于1949年开始设计,1952年5月2日开始在伦敦—南非航线上使用。“彗星”号最引人注目的特点有两个,一是速度快,可达788千米/小时,这是当时任何客机无法相比的;二是采用密封式座舱,可在更高处飞行,平稳性和舒适性也是前所未有的。由于这些特点,一时间各大航空公司纷纷订购“彗星”号飞机。

    “彗星”是第一架喷气式客机波音707和DC—8采用了后来成为大型客机标准模式的翼吊发动机短舱形式。 由于广泛采用涡轮喷气式发动机,第一代喷气式客机油耗率高,噪声大,但其巡航速度较高,机翼升阻比特性较好。通常我们将波音707、DC—8等看做是第一代喷气客机的代表。但由于这些型号也在不断改进,新技术不断得到运用,它们后来的改进型已具有了第二喷气客机的基本特征。

    第二代喷气客机是20世纪60年代投入使用的,采用涡轮风扇发动机,降低了耗油率,提高了经济性,代表型号有“三叉戟”和波音707—320B/C等。

    美国波音7271962年1月,德·哈维兰公司推出它应英国欧洲航空公司的要求研制的短程三发100座的DH121“三叉戟”。一年后,波音公司也推出类似布局的波音727,但要稍大一些。由于波音727尺寸较大,使它几乎囊括了所有西方世界的市场。到1984年停产为止,波音公司生产了1832 架B727,而“三叉戟”只生产了117架。但这种英国的三发喷气飞机确实对民用航空的发展作出过重大的贡献。1965年6 月,“三叉戟”成为第一架在经营性航线飞行中自动着陆的航线飞机。

    1963年8月,新组建的英国飞机公司(BAC)推出“子爵”喷气飞机的后继机——双发80座的BAC—111。1965年2月,道格拉斯公司推出类似布局的DC—9。美国波音737两种飞机同年投入使用。这时,波音公司忙于销售它的 B707和B727。1967年,它推出自己的短程双发喷气飞机波音B737。

    波音737是目前世界上150座级客机中最大的机群,自 1967年4月首次试飞以来,B737—100/—200和B737—300/—400/—500共交付了3132架;1997年开始交付新一代B737 —600/—700/—800/—900,迄今订货已超过1741架,各型B737总数将大大超过5000架。

    第二代客机的尺寸往往比第一代小,载客量也少,主要用于中短程航线上,两代相互补充。它的经济性有较大改善。目前,第二代客机的改型仍是世界范围内中短程航线上的主力机型。

    第三代喷气式客机于20世纪70年代投入使用,采用高涵道比涡扇发动机和改进型“尖峰”翼型,代表机型包括美国的波音747、道格拉斯DC—10、洛克希德公司L—1011。

    美国波音747波音747是美国波音公司研制的四发宽体远程客机,是世界上最大的民航客机。1965年8月,波音公司开始研制一种载客500人的大型宽机身客机,以满足20世纪60年代末民航旅客增加的需要。1968年9月30日第一架波音747出厂,截至1992年3月31日,各型波音747共获订货1168架。波音747的巡航高度为13700米,最大载油量134吨,商载90吨,最大马赫数0.88,航程13000KM,它在世界上被各国国际航空公司广泛运营在跨洋航线上。波音747自从1969年第一次投入飞行以来,已经成为飞机中的大哥大:它拥有的庞大机身、四台马力强劲的涡轮风扇发动机、更远的飞行距离和载客量是其他商业飞机无法比拟的,即使在今天,也是如此。

    第三代喷气客机是针对世界客运量的飞速增长而研制的宽体客机。其机身直径可达55~66米,是第二代以前所谓“窄体”客机的1.5倍;起飞重量最大可达300吨以上,载客量远程可达400人以上,近程则超过600人。动力装置开始采用推力更大、耗油率更低的高涵道比涡扇式发动机,噪声和振动水平则大大下降。

    美国波音757

    第四代喷气式客机研制始于20世纪70年代,80年代投入使用。当时国际上出现了石油危机,因而这一代飞机采用了更先进的高涵道比涡扇发动机,耗油率又有降低,提高了经济性。主要机型有:波音757、波音767、欧洲的A310、A320和苏联的伊尔—96、图—204等。

    波音757飞机是波音家族的新成员,是最经济的中远程双发客机,1982年开始交付给航空公司使用。波音757是在波音727的基础上采用新机翼和先进的发动机,修改了机身外形发展而形成的。在1000千米航段上比波音727—100省油10%。它主要的机型有757—200、757—300,巡航高度为12700米,载油34吨,商载26吨,航程可达7000千米,最大马赫数0.86。虽然它比B737飞机的“个头”大,但它可以使用和波音737一样的机场进行起降,飞行性能良好。

    欧洲空中客车工业公司A320系列单通道飞机家族A320是窄机身客机,最大特点就是采用了电传飞行操纵系统。电传飞行操纵系统的优点是取消了传统的钢索和滑轮,并采用全新的控制准则。如果没有驾驶员的操纵信号或操纵信号不恰当,则飞机自动保持在适当的航迹上。因此A320的生存能力高于同类飞机。特别是当电传操纵系统失灵时,备用的机械系统仍可给出适当的控制,使飞机安全着陆。

    第五代喷气式客机于20世纪90年代投入使用。这一代飞机采用了经济性更好的涡扇发动机,翼型设计更加优良,安全性和舒适性也大大提高,代表型号有波音777、A330和A340等。

    波音777波音777是波音公司研制的双发动机涡扇远程运输机,也是世界上最大的双发客机,1995年开始投入使用。它拥有比波音747更好的飞行性能,可以提供380个客座,最大巡航高度15000米。航程可达14000千米,最大商载55吨。它有两种系列型号:777—200和777—300。波音777从设计到出厂,没有使用一张纸,被誉为“无纸设计”。它的先进的驾驶舱管理功能使广大飞行员对它无不向往。

    欧洲空中客车工业公司的A330A330是欧洲空中客车工业公司研制的双发中短程宽体客机。1987年4月,A330和A340两个型号同时上马。A330于1992年11月2日首飞,1993年10月交付使用。A330和A340采用同样的机身,并且有85%的零部件可以通用。

    由于采用了先进机翼、高效率发动机和大量复合材料,A330飞机的经济性有了大幅度提高。同时,A330飞机在客舱的灵活性和舒适性方面也进行了优化。该机型拥有真正的宽体机身,能够满足不同运营商对客舱座位数和分级布局的各种需求,因此也广受市场欢迎。

    目前除了第一代喷气式客机之外,第二代、第三代、第四代和第五代同时都在使用,各自在远近不同、繁忙程度不同的航线上发挥着作用。

    知识点

    水上飞机

    水上飞机是能在水面上起飞、降落和停泊的飞机,其中有些同时也能在陆上机场起降的,称为两栖飞机。水上飞机分为船身式或浮筒式两种。两栖飞机则在船身或浮筒上装可收放的起落架,在水上起降时收上,在陆上起降时放下。

    当水上飞机停泊在水上时,宽大船体所产生的浮力,就会使飞机浮在水面上并且不会下沉。但在需要起飞时,螺旋桨发动机产生的拉力,就会拖着它以相当快的速度在水面上滑跑。伴随着速度的不断增加,机翼上产生的升力慢慢克服了飞机的重力,从而把飞机从水面上逐渐托起来,成为在空中飞行的航船。而在它完成空中任务之后,自然也要重返到水面。国外许多人根据水上飞机这一特点,又把它叫做水上飞船或飞机巡洋舰。

    灵活机动的直升机备受青睐

    直升机是依靠驱动旋翼产生外力,并通过特殊的传动机构和操纵系统改变升力的大小和方向,从而实现飞行的航空器。它不需要起飞滑跑和着陆滑跑,而是直接上升和降落,有利于执行特殊的任务。又由于直升机的体积较小,便于运载和存放,因此,直升机很受人们喜爱。

    当人类对飞行处于幻想时期的时候,就产生了直升机的基本思想,昭示了现代直升机的原理。最有价值的是我国古代的玩具“竹蜻蜓”和意大利人达·芬奇的直升机设计方案图。

    竹蜻蜓是我国古代一大发明。玩时,双手一搓,然后手一松,竹蜻蜓就会飞上天空。旋转好一会儿后,才会落下来。这种简单而神奇的玩具,曾令西方传教士惊叹不已,将其称为“中国螺旋”。20世纪30年代,德国人根据“中国螺旋”的形状和原理发明了直升机上天的螺旋桨。

    15世纪达·芬奇的画是世界上最早的直升机设计方案图。大概也想仿照当时的提水机械,以阿基米德螺线形状的翼面在空气中旋转,实现把人垂直提升到空中的构想。

    达·芬奇的直升机设计方案图古时的生产力和科技水平低下,不可能造出实际的直升机,但中国的竹蜻蜓和意大利人达·芬奇的直升机方案图画,为现代直升机的发明提供了启示,它们被公认为是直升机发展史的起始点。

    1906年法国直升机设计师保罗·科尔尼研制出世界上第一架有热动力、能载人离开地面的直升机。这架直升机采用了纵列式双旋翼布局,其主构架是一根大口径的钢管,由钢索系紧并与6个辅助构件连接在一起。它的动力装置是一台水冷式安托瓦内特发动机。

    1907年11月13日,科尔尼在自己家乡附近驾驶自己设计制造的直升机升空。试飞时由于直升机振动太大,驾驶员很难操纵,只好用绳子拴在地面上,作了离地30厘米、留空20秒的飞行。

    科尔尼在首次成功之后的几个月里又继续试飞15次,做前飞、后飞达300次以上。有一次还把弟弟带着升空,创造了直升机双人升空的纪录。它标志着直升机的发展进入了新阶段。

    世界上第一架直升机——美国工程师西科斯基

    研制成功的VS-300直升机

    世界上公认的载人直升机Fw61是德国直升机设计师H·福克于1936年发明的,1936年6月26日成功进行试飞。1937年Fw61创造了直升机飞行速度(120千米/小时)、升限(3416米)、留空时间(1小时20分)三项世界纪录。

    世界公认的第一架实用直升机是由美国的西科斯基完成的。1939年春,西科斯基完成了VS—300直升机的全部设计工作,同年夏天制造出一架原型机。这是一架单旋翼带尾桨式直升机,装有三片桨叶的旋翼,旋翼直径8.5米,尾部装有两片桨叶的尾桨。其机身为钢管焊接结构,由V型皮带和齿轮组成传动装置。起落架为后三点式,驾驶员座舱为全开放式。动力装置是一台四气缸、75马力的气冷式发动机。这种单旋翼带尾桨直升机构型成为现在最常见的直升机构型。

    1942年5月交付美国陆军使用的R-4直升机自首次系留飞行以来,西科斯基不断对VS—300进行改进,逐步加大发动机的功率。1940年5月13日,VS—300进行了首次自由飞行,当时安装了90马力的富兰克林发动机。

    20世纪40年代,美国沃特—西科斯基公司研究出一种2座轻型直升飞R—4,它是世界上第一种投入批量生产的直升机,美国AH-64“阿帕奇”也是美国陆军航空兵、海军、海岸警卫队和英国空军、海军使用的第一种军用直升机。

    第二次世界大战的军事需要,加速了直升机技术和应用的进程,促使直升机发展由探索期进入实用期,直升机开始投入生产线生产。到二战结束时,德国工厂已生产了30多架直升机,美国交付的R5、R6直升机已达400多架。

    20世纪70年代至80年代是直升机发展的第三阶段,典型机种有:美国的S—70/UH—60“黑鹰”、S—76、AH—64“阿帕奇”,苏联的卡—50、国际合作的“虎”式直升机米—28,法国的SA365“海豚”,意大利的A129“猫鼬”等。这一阶段出现了专门的民用直升机。为了深入研究直升机的气动力学和其他问题,这时也设计制造了专用的直升机研究机,例如S—72和贝尔533。各国竞相研制专用武装直升机,促进了直升机技术的发展。

    20世纪90年代后,直升机发展进入全新阶段,出现了目视、声学、红外及雷达综合隐身设计的武装侦察直升机。典型机种有美国的RAH—66和S—92,国际合作的“虎”、NH90和EH101等。

    现代直升机直升机可以做低空(离地面数米)、低速(从悬停开始)和机头方向不变的机动飞行,特别是可在小面积场地垂直起降。由于这些特点使其具有广阔的用途及发展前景,直升机在军用方面已广泛应用于对地攻击、机降登陆、武器运送、后勤支援、战场救护、侦察巡逻、指挥控制、通信联络、反潜扫雷、电子对抗等。在民用方面应用于短途运输、医疗救护、救灾救生、紧急营救、吊装设备、地质勘探、护林灭火、空中摄影等。海上油井与基地间的人员及物资运输也是民用的一个重要方面。

    知识点

    红外线

    红外线是太阳光线中众多不可见光线中的一种,由德国科学家霍胥尔于1800年发现,又称为红外热辐射。他将太阳光用三棱镜分解开,在各种不同颜色的色带位置上放置了温度计,试图测量各种颜色的光的加热效应。结果发现,位于红光外侧的那支温度计升温最快。因此得到结论:太阳光谱中,红光的外侧必定存在看不见的光线,这就是红外线。也可以当做传输之媒介。

    太阳光谱上红外线的波长大于可见光线,波长为0.75~1000μm。红外线可分为三部分,即近红外线,波长为(0.75~1)~(2.5~3)μm之间;中红外线,波长为(2.5~3)~(25~40)μm之间;远红外线,波长为(25~40)~1000μm之间。

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