飞机
原理
在真实且可产生升力的机翼中,气流总是在后缘处交汇,否则在机翼后缘将会产生一个气流速度为无穷大的点。这一条件被称为库塔条件,只有满足该条件,机翼才可能产生升力。在理想气体中或机翼刚开始运动的时候,这一条件并不满足,粘性边界层没有形成。通常翼型(机翼横截面)都是上方距离比下方长,刚开始在没有环流的情况下上下表面气流流速相同,导致下方气流到达后缘点时上方气流还没到后缘,后驻点位于翼型上方某点,下方气流就必定要绕过尖后缘与上方气流汇合。由于流体黏性(即康达效应),下方气流绕过后缘时会形成一个低压旋涡,导致后缘存在很大的逆压梯度。随即,这个旋涡就会被来流冲跑,这个涡就叫做起动涡。根据海姆霍兹旋涡守恒定律,对于理想不可压缩流体在有势力的作用下翼型周围也会存在一个与起动涡强度相等方向相反的涡,叫做环流,或是绕翼环量。环流是从机翼上表面前缘流向下表面前缘的,所以环流加上来流就导致后驻点最终后移到机翼后缘,从而满足库塔条件。由满足库塔条件所产生的绕翼环量导致了机翼上表面气流向后加速,由伯努利定理可推导出压力差并计算出升力,这一环量最终产生的升力大小亦可由库塔-茹可夫斯基方程计算:L(升力)=ρVΓ(气体密度×流速×环量值)这一方程同样可以计算马格努斯效应的气动力。根据伯努利定理——“流体速度越快,其静压值越小(静压就是流体流动时垂直于流体运动方向所产生的压力)。”因此上表面的空气施加给机翼的压力F1小于下表面的F2。F1、F2的合力必然向上,这就产生了升力。升力的原理就是因为绕翼环量(附着涡)的存在导致机翼上下表面流速不同压力不同。
优缺点
优点
喷气式客机的时速在810千米左右,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。
据国际民航组织统计,民航平均每亿客公里的死亡人数为0.4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,是比火车更为安全的交通运输方式。
缺点
价格太贵。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的极多。
受天气情况影响。虽然航空技术已经能适应绝大多数气象条件,但是风、雨、雪、雾等气象条件仍然会影响飞机的起降安全。
起降场地也有限制。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公里以内距离的城际运输市场空间。
因此飞机只适用于重量轻,时间紧急,航程又不能太近的运输。
危险:虽然民航客机每亿客公里的死亡人数远低于其他运具,但批评者认为飞机本身旅程亦远比其他运具长,所以这个数值被拉低。在某些数据上飞机并不是特别安全。
飞机的事故率虽然比火车低,但是飞机一旦失事,将会有极少人生还甚至无人生还。飞机与地面失去联系,就无法安全飞行。
分类
飞机不仅广泛应用于民用运输和科学研究,还是现代军事里的重要武器,所以又分为民用飞机和军用飞机。
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。
飞机还可按组成部件的外形、数目和相对位置进行分类。
按机翼的数目,可分为单翼机、双翼机和多翼机。按机翼相对于机身的位置,可分为下单翼、中单翼和上单翼飞机。
按机翼平面形状,可分为平直翼飞机、后掠翼飞机、前掠翼飞机和三角翼飞机。
按水平尾翼的位置和有无水平尾翼,可分为正常布局飞机(水平尾翼在机翼之后)、鸭式飞机(前机身装有小翼面)和无尾飞机(没有水平尾翼);正常布局飞机有单垂尾、双垂尾、多垂尾和V型尾翼等型式。
按用途可分为战斗机、轰炸机、攻击机、拦截机。按推进装置的类型,可分为螺旋桨飞机和喷气式飞机;
按发动机的类型,可分为活塞式飞机、涡轮螺旋桨式飞机和喷气式飞机;按发动机的数目,可分为单发飞机、双发飞机和多发飞机。
按起落装置的型式,可分为陆上飞机、水上飞机和水陆两用飞机。
还可按飞机的飞行性能进行分类:
按飞机的飞行速度,可分为亚音速飞机、超音速飞机和高超音速飞机。
按飞机的航程,可分为近程飞机、中程飞机和远程飞机。
结构
大多数飞机由五个主要部分组成:机翼、机身、尾翼、起落装置和动力装置。
机翼的主要功用是为飞机提供升力,以支持飞机在空中飞行,也起一定的稳定和操纵作用。在机翼上一般安装有副翼和襟翼。操纵副翼可使飞机滚转;放下襟翼能使机翼升力系数增大。另外,机翼上还可安装发动机、起落架和油箱等。机翼有各种形状,数目也有不同。在航空技术不发达的早期为了提供更大的升力,飞机以双翼机甚至多翼机为主,但现代飞机一般是单翼机。
在机翼设计的过程当中,经常提到的一个矛盾是飞机的稳定性和操作性两个方面,上单翼飞机好像提起来的塑料袋,他非常的稳定,但是操作性稍微差一点。下单翼飞机好像托起来的花瓶,操作性很灵活,但是稳定性就稍微逊色一点。
但考虑到机翼对发动机噪音的屏蔽作用、便于维护等,大型民用客机飞机一般采用下单翼设计,同时采用上反角安装,以提高机动性。
机身的主要功用是装载乘员、旅客、武器、货物和各种设备;还可将飞机的其它部件如尾翼、机翼及发动机等连接成一个整体。但是飞翼是将机身隐藏在机翼内的。
尾翼包括水平尾翼(平尾)和垂直尾翼(垂尾)。水平尾翼由固定的水平安定面和可动的升降舵组成(某些型号的民用机和军用机整个平尾都是可动的控制面,没有专门的升降舵)。垂直尾翼则包括固定的垂直安定面和可动的方向舵。尾翼(瑞典的AJ-37与JAS39等等飞机是首翼)的主要功用是用来操纵飞机俯仰和偏转,以及保证飞机能平稳地飞行。
起落装置又称起落架,是用来支撑飞机并使它能在地面和其他水平面起落和停放。陆上飞机的起落装置,一般由减震支柱和机轮组成,此外还有专供水上飞机起降的带有浮筒装置的起落架和雪地起飞用的滑橇式起落架。它是用于起飞与着陆滑跑、地面滑行和停放时支撑飞机。
一般的飞机起落架有3个支撑点,根据这三个支撑点的排列方式,往往分为前三角起落架和后三角起落架。其中,前三角起落架指前面一个支撑点,后面两个支撑点的起落架形式,使用此类起落架的飞机往往静止时仰角较小,在起飞时很快就可以达到很高的速度,瞬间机翼的两面风速差达到临界,飞机得到足够的升力后即可起飞;后三角起落架采用的是前面两个支撑点,后面一个支撑点的形式,使用此类起落架的飞机往往静止时仰角较大,当飞机在跑道上达到一定的速度的时候,机翼两面的风速差即可达到一个临界,此时后起落架会被抬起,驾驶员继续推油门杆,同时向后拉操作杆以控制飞机平衡,当速度达到一定的值时,飞机即可起飞。
动力装置主要用来产生拉力或推力,使飞机前进。其次还可以为飞机上的用电设备提供电力,为空调设备等用气设备提供气源。
现代飞机的动力装置主要包括涡轮发动机和活塞发动机两种,应用较广泛的动力装置有四种:航空活塞式发动机加螺旋桨推进器;涡轮喷射发动机;涡轮螺旋桨发动机;涡轮风扇发动机。随着航空技术的发展,火箭发动机、冲压发动机、原子能航空发动机等,也有可能会逐渐被采用。动力装置除发动机外,还包括一系列保证发动机正常工作的系统,如燃油供应系统等。
讲到飞机的动力装置,就不得不讲一下飞机的推重比。推重比就是飞机的推力与飞机所受到的重力的比值。一般的民用飞机的推力是小于飞机的重力的,因为每增加一个KN的推力,都要增加飞机的制造成本。而当飞机的推力大于飞机的重力的时候,飞机可以实现高速爬升甚至垂直爬升,很多需要高机动性能的飞机,比如战斗机等都有很大的推力和很小的重力。
另外,等同重力的要求下,飞机的推力越大,机翼面积就越小,飞机巡航阻力就越小,速度就越快,滑跑距离就越长。反之亦然。
飞机除了上述五个主要部分之外,还装有各种仪表、通讯设备、领航设备、安全设备和其它设备等。
其他的如鸭翼式结构,由后置的主机翼与可以理解成前置水平尾翼的鸭翼构成。也就是用鸭翼来控制飞机的仰角,水平尾翼的位置是鸭翼结构的主翼,来控制飞机的横滚。
无尾结构,受益于矢量推力发动机的无尾结构飞机,只有一个多是三角形的主翼,没有控制仰角的水平尾翼和鸭翼。靠发动机推力矢量方向变化来控制飞机的仰角。
三翼面结构,同时有主翼、水平尾翼、鸭翼的飞机。操作性能更高。
双垂直尾翼结构,战斗机多用的结构,踩舵时可以让飞机不用更滚就转向。
现代飞机驾驶舱内可供驾驶员使用的飞行操纵装置通常包括:
主操纵装置:驾驶杆或驾驶盘、方向舵脚蹬、油门杆和气门杆。在某些采用电传操纵系统的飞机上,驾驶杆或驾驶盘已经被简化成位于驾驶员侧方的操纵杆。
辅助操纵装置:襟翼手柄、配平按钮、减速板手柄。
随着电子技术的发展,飞行操纵装置的形式也发生了根本性的变化。在大型飞机中,传统的机械式操纵系统已逐渐地被更为先进的电传操纵系统所取代,计算机系统全面介入飞行操纵系统,驾驶员的操作已不再像是直接操纵飞机动作。由于某些采用电传操纵系统的飞机取消了原有的驾驶杆或驾驶盘等装置而改为侧杆操纵,驾驶舱的空间显得比以往更加宽松,所以有些驾驶员称此类驾驶舱为“飞行办公室”。原子能的发现和利用又为飞机动力开辟了一个新的途径。1946年约翰·霍普金斯大学应用物理实验室分析了核动力飞机的可行性和潜在的问题。在当时最大的问题是缺乏防辐射材料的数据,其他的问题还包括飞机在运行或事故中会泄露的放射性物质,要如何对机组和地面人员进行保护,还存在试飞场地和范围的选择问题。飞机在飞行中会向大气释放放射性物质飞机自身会产生直接辐射。为此制定了核动力飞机的操作要求:及时在最不利的情况下,核动力飞机不能向大气中排放放射性物质,飞机的一切有害辐射必须被限制在飞机内部或预先指定的禁区内。
1946年对核动力飞机的研究最终演变成长期的飞机核能推进(NEPA)计划。NEPA计划始于该年5月,由美国空军主持,所以研究方向是核动力远程战略轰炸机和高性能飞机。由于核能具有持久性和高温双重特性,所以在理论上使用一个反应堆是可行的。但是洛克希德飞机公司在1957年的报告中提出“由于战略轰炸机需要的高速性和高续航能力,以及相对于类似化学能飞机的潜在低空性能优势,将成为核动力的第一候选。
民用机型
在美国空军飞机种类中,攻击机的字母缩写为A,轰炸机的字母缩写为B,运输机的字母缩写为C,电子战机的字母缩写为E,战斗机的字母缩写为F,直升机的字母缩写为H,教练机的字母缩写为T,活塞式飞机字母缩写一般为P,侦察机字母缩写为R,超级飞机缩写为SR,通用机是U,试验机是X和Y
波音
波音707(已于1991年停止生产)
波音717(已于2006年停止生产)
波音727(已于1984年停止生产)
波音737系列飞机是美国波音公司生产的一种中短程双发喷气式客机,世界上任何时候天空中都有近1000架737在飞翔。
737包括737-100/-200,737-300/-400/-500,新一代737包括737-600/-700/-800/-900.传统型737已经停产。
波音747又称为“珍宝客机”(Jumbo Jet),波音747飞机是美国波音公司研制、生产的四发(动机)远程宽机身民用运输机。是全球首架宽体喷气式客机。是一种研制与销售都很成功的民航客机。还是世界上最易识别的客机之一。最新的型号是747-8洲际客机。自波音747飞机投入运营以来,一直是全球最大的民航机,一直垄断着大型运输机的市场,这种情况直到竞争对手空中客车A380大型客机的出现。
波音757注:[已于2005年11月18日停止生产]
波音787梦想飞机波音787预计于2006年开始生产,在2007年进行首飞和测试,并在2008年获得认证。于2011年9月27日将首架波音787“梦幻客机”交付日本全日空航空公司。
2013年,波音787客机因为电池问题被多国停飞,波音公司经研究后提交电池问题修复方案,并于3月12日得到美国联邦航空管理局批准。[3]
空中客车
空中客车A300(已于2007年停止生产)
空中客车A310(已于2007年停止生产)
空中客车A320
320系列飞机包括A318、A319、A320和A321在内组成了单通道飞机系列。
空中客车A330
空中客车A340(已于2011年11月10日停止生产)
空中客车A350
空中客车A380是欧洲空中客车工业公司研制生产的四发远程550座级超大型宽体客机,投产时也是全球载客量最大的客机。A380为全机身长度双层客舱四引擎客机,采用最高密度座位安排时可承载850名乘客,在典型三舱等配置(头等-商务-经济舱)下也可承载555名乘客。A380在投入服务后,打破波音747在远程超大型宽体客机领域统领35年的纪录,A380的出现结束了波音747在大型运输机市场30年的垄断地位。
载重量最大的民用飞机仍是苏制的An-225梦想式运输机。波音747LCF和空客A300-600ST也是一种运输机。
参数
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。这指的是飞机的仰头、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。例如当飞机转了一个很小角度的弯,机身倾斜得很厉害,驾驶员一时不能很快地调整好自己的平衡感觉,从而不能正确地判断地平线的位置,就可能导致飞机不能恢复到正确的飞行姿态上来。还有飞机在海上做夜间飞行,漆黑的天空与漆黑的大海同样都会闪烁着星光或亮光。在这茫茫黑夜中很难分辨哪里是天空,哪里是大海,稍有失误,很容易就把飞机开进海中。
为了飞行的安全,极有必要制作出一种能指示飞机飞行姿态的仪表。这块仪表必须具有这样一种性能,即能够显示出一条不随着飞机的俯仰、倾斜而变动的地平线。在表上这条线的上方即为天,下方即为地。天与地都分别用不同的颜色予以区别,非常醒目。怎样才能造出这条地平线呢?设计者从玩具陀螺中获得了灵感。
许多小孩都玩过陀螺。它的神奇之处在于当它转动起来以后,无论你如何去碰它,它总是保持直立姿态,决不会躺倒。而且它转的越快,这种能保持直立的特性就越强。换句话说:陀螺转动起来后,它可以保持它的旋转轴的指向不受外界的干扰,指向它起始的方向。利用这个原理,在19世纪末就制造出来陀螺仪,它的核心部分是一个高速转动的陀螺,专业术语叫转子。把转子装在一个各方向均可自由转动的支架上,这就是陀螺仪。把陀螺仪安装到其他设备上,不管这个设备如何运动,陀螺仪内转子旋转轴的方向是不会改变的。飞机发明后不久,陀螺仪就被用到了飞机上。把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,它在仪表中被叫做人造地平线,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。
自动化飞行
(Auto Pilot 自动驾驶)
飞机能不能不用驾驶员,自动去飞行?早在地平仪被装在飞机上以后,有人就在琢磨这个想法。1914年,一名美国发明家斯派雷利用地平仪上陀螺指针作为飞机平飞的标准,用电器装置测出飞机飞行时和这个标准的偏离,再用机械装置予以校正,就使飞机保持在平飞的状态上。这就是世界上第一台自动驾驶仪。虽然它只能保持飞机的平飞,但它给后人以启迪,从此开始了飞机自动飞行的时代。20世纪70年代,电子计算机进入飞机,飞机有了自己的电子“大脑”。首先使用了三个电子计算机(飞行控制计算机)分别控制飞机三个轴的飞行状态。此时的飞机不仅能被控制平飞,而且可以控制转弯和升降。考虑到飞机在做转弯和升降运动时,它的推力必须相应的发生变化,为了要顺利地完成这些过程,就有必要同时控制发动机的推力。于是第二步又在飞机上加装了管理推力的推力控制计算机。为了使飞机真正实现自动控制飞行的全过程,也就是能“独立自主”,这就需要统一管理上述两套系统(姿态和推力)并且与其他仪表系统实行大联合。所以第三步是在飞机上又装上一台能力更强的计算机,全面管理和协调飞行。这台统管全局的计算机叫飞行管理计算机。它是飞机的核心中枢。在这个中枢的数据库内存储着各个机场及各条航路的数据。驾驶员只要选定航路的起点和终点,将命令输入这台计算机内,它就可以代替驾驶员指挥飞机起飞、爬升、巡航、下降直到降落在目的地机场。这套系统还可以在飞行全过程中即时发出指令,使飞机按照最佳的飞行状态、最合理的使用推力、最经济的油耗飞完全程,从而实现了全程自动化飞行。听起来,由这套计算机系统控制的飞机飞得比由驾驶员控制飞得还好,那么,是不是以后飞机飞行就不需要驾驶员了?答案是:不行。原因之一是飞机的航行线路要由驾驶员设定并输入到计算机中去;原因之二是飞机在起飞和降落这两个阶段中,变化因素太多,计算机只能按预先编好的程序动作,不具备灵活反应的能力;原因之三是即使飞机在巡航状态时,驾驶员可以不做任何动作去控制飞机,但他必须监视这个机器“大脑”的工作。万一这台“大脑”出现什么故障或反应不够及时,驾驶员要立刻接管驾驶飞机的任务,这样才能保证飞行安全。
黑匣子
(CVR&FDR)
一架飞机失事后,有关部门都要千方百计地去寻找飞机上落下来的“黑匣子”。因为黑匣子是判断飞行事故原因最重要及最直接的证据。虽然叫黑匣子,其实它的颜色却不是黑的,而是醒目的橙色,这只是约定俗成的一个俗名。它的正式名字是飞行信息记录系统。在电子技术中,把只注重其输入和输出的信号而不关注其内部情况的仪器统统称为黑匣子。飞行信息记录系统是一种典型的黑匣子式的仪器。业内人士都叫它黑匣子,传到社会上,公众也只知道飞机上有个黑匣子。飞行信息记录系统包括两套仪器:第一个是驾驶舱话音记录器,实际上就是一个磁带录音机。从飞行开始后,它就不停地把驾驶舱内的各种声音,例如谈话、发报及其他各种声音响动全部录下来。但它只能保留停止录音前30分钟内的声音。第二个是飞行数据记录器,它把飞机上的各种数据即时记录在磁带上。早期的记录器只能记录20多种数据,但现已可达到60种以上。其中有16种是重要的必录数据,如飞机的加速度、姿态、推力、油量、操纵面的位置等等。记录的时间范围是最近的25小时。25小时以前的记录就被抹掉。
有了这两个记录器,平时在一段飞行过后,有关人员把记录回放,用以重现已被发现的失误或故障。维修人员利用它可以比较容易地找到故障发生的位置;飞行人员可以用它来检查飞机飞行性能和操作上的不足之外,改进飞行技术。一旦飞机失事,这个记录系统就成为最直接的事故分析依据。为了保证记录的真实性和客观性,驾驶员只能查阅记录的内容而不能控制记录器的工作或改动记录内容。为了确保记录器即使在飞机失事后也能保存下来,就必须把它放在飞机上最安全的部位。根据统计资料知道飞机尾翼下方的机尾是飞机上最安全的地方,于是就把这个“黑匣子”安装在此处。黑匣子被放进一个(或两个)特殊钢材制造的耐热抗震的容器中,此容器为球形或长方形,它能承受自身重力1000倍的冲击、经受1100℃的高温30分钟而不被破坏,在海水中浸泡30天而不进水。还装有超声波水下定位信标,当黑匣子落入水中后可以自动连续30天发出超声波信号。有了以上这些技术措施的保障,不管是经过猛烈撞击的、烈火焚烧过的、掉入深海中的黑匣子,在飞机失事之后,绝大多数都能被寻找到。根据它的记录,航空事故分析业务进展了一大步。在保障飞机安全,改进飞机设计直至促进航空技术进步各方面,黑匣子都是功不可没。
航线
飞机飞行的路线称为空中交通线,简称航线。飞机的航线不仅确定了飞机飞行具体方向、起讫点和经停点,而且还根据空中交通管制的需要,规定了航线的宽度和飞行高度,以维护空中交通秩序,保证飞行安全。
(这个是定义)飞机在空中具体是如何确定线路的呢?
首先,飞行员会把出发机场和到达机场以及途中要经过的导航点输入到飞机的电脑中。
当飞机升空后,导航点和飞机之间会不断的交换数据,从而引导飞机的自动飞行系统控制飞机往下一个导航点飞行。
也就是说,飞机在空中的线路是由空中交管指挥中心控制的。
小型机
在欧美国家,2-6座的小型飞机是一个非常活跃的市场,他们的制造商主要为小型的独立公司,通常仅生产几种机型及衍生机型。这类飞机主要为私人所有,价格较为低廉,广泛应用于私人飞行、飞行培训、观光游览、航空运动等方面。小型飞机一般只装配有一台发动机,一些飞机发烧友也在自己制造这类飞机。
小型飞机的市场很大,因此相关的制造商和机型也比较多,该领域主要有以下知名公司:
1.赛斯纳飞机公司(Cessna Aircraft Co.),美国公司。
2.派珀飞机公司(New Piper Aircraft, Inc.),美国公司。
3.派士(Pilatus Aircraft Ltd),瑞士公司。
4.钻石飞机公司(Diamond Aircraft),奥地利公司。
5.西锐设计(Cirrus Design),美国公司。
6.兰斯(Lancair International Inc. ),美国公司。
7.Liberty(Liberty Aerospace, Inc. ),美国公司。
8.Jabiru(Jabiru Aircraft Pty Ltd),澳大利亚公司。
9.Aquila(The AQUILA Aviation by Excellence AG),德国公司。
在国内,2003年以后,随着通用航空事业的普及,2~5座的通用航空器制造业逐步发展起来。在国内主要的小型通用航空器制造商为:
1.国产钻石,山东滨州制造;
2.蜜蜂系列,出到第11代,北航制造;
3.小鹰系列,当年负责为61个阶级弟兄运送药品的运五系列飞机的后续机型,石家庄制造;
4.雁洲系列,广东珠海制造,其中包括两个陆地固定翼机型、一个水上固定翼机型和一个单人直升机机型。
发明历史
发明者争议
飞机是人类在20世纪所取得的最重大的科学技术成就之一,有人将它与电视和电脑并列为20世纪对人类影响最大的三大发明。
关于世界上最早的飞机到底是由谁发明各国尚存在争议,但较为普遍的观点是由美国人莱特兄弟发明。
美国人认为飞机的发明者是美国人莱特兄弟(Wilbur Wright和Orville Wright),于1903年12月17日上午10点35分在美国试飞成功。
法国人认为世界最早的飞机是由法国人克雷芒·阿德尔(Clément Ader)发明,于1890年10月9日在法国试飞成功,部分人认为他发明了历史上第一架飞机。
巴西人认为是巴西人阿尔贝托·桑托斯·杜蒙特(Alberto Santos-Dumont)发明了飞机,1906年10月12日桑托斯-杜蒙特的“14 bis”飞机成功地飞至60米高空是世界上第一次成功的动力飞行,之前的飞行并没有达到真正意义上“飞”的标准。
据未经证实的报道,德国飞机制造业先驱古斯塔夫-韦斯科普夫于1901年成功试飞“秃鹫”飞行器,可以离开地面飞行2.5公里,古斯塔夫将比莱特兄弟研制飞机的时间早两年。
诞生
二十世纪最重大的发明之一,是飞机的诞生。人类自古以来就梦想着能像鸟一样在太空中飞翔。而2000多年前中国人发明的风筝,虽然不能把人带上天空,但它确实可以称为飞机的鼻祖。
20世纪初在美国有一对兄弟他们在世界的飞机发展史上做出了重大的贡献,就是莱特兄弟。在当时大多数人认为飞机依靠自身动力的飞行完全不可能,而莱特兄弟确不相信这种结论,从1900年至1902年他们兄弟进行1000多次滑翔试飞,终于在1903年制造出了第一架依靠自身动力进行载人飞行的飞机“飞行者”1号,并且获得试飞成功。他们因此于1909年获得美国国会荣誉奖。同年,他们创办了“莱特飞机公司”。这是人类在飞机发展史上取得的巨大进步。
1927年至1932年中,座舱仪表和领航设备的研制取得进展,陀螺技术应用到飞行仪表上。这个装在万向支架上的旋转飞轮能够在空间保持定向,于是成为引导驾驶员能在黑暗中、雨雪天中飞行的各种导航仪表的基础。这时飞机中就出现了人工地平仪,它能向飞行员指示飞机所处的飞行高度;陀螺磁罗盘指示器,在罗盘上刻有度数;地磁感应罗盘,它不受飞机上常常带有的大量铁质东西的影响,也不受振动和地球磁场的影响。这些仪表以灵敏度高、能测出离地30多米的高度表和显示飞机转弯角速度的转弯侧滑仪,此外还有指示空中航线的无线电波束,都是用来引导驾驶员通过模糊不清的大气层时的手段。
飞行仿真器又称飞行模拟器,它是一种可以在地面模仿飞机的飞行状态。1930年,美国人埃德温·林克发明了第一个飞行仿真器,并且以自己名字命名为“林克练习器”,尽管它存在着技术上的缺陷,但是,它已经体现了不使用真实飞机就能安全、经济地反复进行紧急状态动作训练的优点。如今飞机模拟器已经由计算机、模拟驾驶舱、运动系统、操纵负载系统和视景系统等组成。是现代航空科研、教学、试验等不能缺少的技术设备。
1910年12月10日,在法国巴黎展览会上,有一架飞机在表演时坠毁。驾驶员被抛出燃烧的机舱。但这架飞机却引起人们很大关注。因为它使用的一台新型发动机。设计者就是飞机驾驶员本人,他是罗马尼亚人,名叫亨利·科达,毕业于法国高等技术学校。他设计的发动机是用一台50马力的发动机使风扇向后推动空气,同时增设一个加力燃烧室,以此来增大反推力。这就是最早的喷气发动机。
20世纪30年代后期,活塞驱动的螺旋桨飞机的最大平飞时速已达到700公里,俯冲时已接近音速。音障的问题日益突出。前苏、英、美、德、意等国大力开展了喷气发动机的研究工作。德国设计师,奥安在新型发动机研制上最早取得成功。1934年奥安获得离心型涡轮喷气发动机专利。1939年8月27日奥安使用他的发动机制成He-178喷气式飞机。
1942年7月,德国23岁的奥海因经过千辛万苦的努力,制造出了第一架喷气式飞机,Me-262,同年7月18日试飞。因喷气式飞机比螺旋桨式飞机要快160km/h,得到德国政府的同意开始投入空战,1944年8月德军用37架喷气式飞机击落了18架美国的螺旋桨飞机,在同盟军中引起了震惊。
喷气发动机研制出之后,科学家们就进一步让飞机进行突破音障的飞行,经过10多年之后这项工作终于被美国人完成了。
1947年10月14日在美国加利福尼亚州的桑格菲尔地区,贝尔公司试飞能冲破音障的飞机。上午10时一架巨大的B-29轰炸机,在机舱下悬挂着一驾造型奇特的小飞机起飞了。这架小飞机命名为X-1火箭飞机。X-1飞机装有4台火箭发动机,总推力2700公斤,使用的燃料是危险的液氢和酒精。当B-29轰炸机把它从空中放下的时候,它的4台火箭发动机相继点火。当飞机发动机启动1分28秒后,马赫数达到1,飞机达到了音速。这时X-1飞机的燃料几乎用尽,速度变得更快,达到马赫数1?06,这时的高度是13000米。尽管试飞成功,但由于X-1飞机不是靠自身的动力起飞升空,这个纪录没有被承认。
本世纪20年代飞机开始载运乘客,第二次世界大战结束初期美国开始把大量的运输机改装成为客机。60年代以来,世界上出现了一些大型运输机和超音速运输机,逐渐推广使用涡轮风扇发动机。著名的有前苏联生产的安-22、伊尔-76;美国生产的C-141、C-5A、波音-747;法国的空中客车等。超音速运输机有英法联合研制的“协和”式和原苏联的图-144。然而,超音速客机的发展并不乐观。“协和”式飞机售价过高,且噪音污染大,影响效益,因而已于80年代停止生产。前苏联的图-144也因为同样的原因也在80年代停航。
影响
自从飞机发明以后,飞机日益成为现代文明不可缺少的运载工具。它深刻的改变和影响着人们的生活。由于发明了飞机,人类环球旅行的时间大大缩短了。世界上第一次环球旅行是16世纪完成的。当时,葡萄牙人麦哲伦率领一支船队从西班牙出发,足足用了3年时间,才穿越大西洋、太平洋,环绕地球一周,回到西班牙。19世纪末,一个法国人乘火车环球旅行一周,也花费了43天的时间。飞机发明以后,人们在1949年又进行了一次环球旅行。一架B—50型轰炸机,经过4次漂亮的空中加油,仅仅用了94个小时,便绕地球一周,飞行37700公里。强中更有强中手。超音速飞机问世以后,人们飞得更高更快。1979年,英国人普斯贝特只用14个小时零6分钟,就飞行36900公里,环绕地球一周。在不到一天的时间里,就可以飞到地球的各个角落,这对于生活在20世纪以前的人类来说,可以说得上是一个奇迹。
错综复杂的空中航线把世界各国连接起来,为人们提供了既方便又迅速的客运。早在本世纪20年代,航空运输就开设了定期航班,运送旅客和邮件。如今,空中航线更是四通八达,人们随时都会看见银色的飞机,如同一只大鸟,在蔚蓝的天空中一掠而过。对于现代人来说,早晨还在北京,下午已毫无倦意地出现在千里之外的另一座城市,这已经是十分平常的事了。一只只银燕把不同地区的不同种族,不同肤色的人们紧密地联系起来。通过不断地交流,人们播种友谊,传达信息,达到相互沟通,相互理解和相互促进,共同推进人类的文明。
飞机的发明也使航空运输业得到了空前发展,许多为工业发展所需的种种原料拥有了新的来源和渠道,大大减轻了人们对当地自然资源的依赖程度。那些不宜长时间运输的牲畜和难以长期保存的美味食品,也可以乘坐飞机而跨越五湖四海,给世界各地的人们共赏共享。当年连贵妃娘娘都不易品尝的岭南荔枝,如今也出现在寻常百姓的家中了。
在人类向地球深处进军时,飞机也被广泛应用于地质勘探。人们使用装备了照相机或者一种称为肖兰系统的电子设备的飞机,可以迅速而准确地对广大地区,包括险峻而难以到达的地方进行测绘。把空中拍摄的照片一张张拼接起来,就可以绘制极好的地形图。这比古老的测绘方式要简便易行得多。就连冰天雪地、人迹罕至,一度只是探险人员涉足的北极和南极,乘坐飞机也可以毫不困难地到达。
当然,飞机在现代战争中的作用更为惊人。不仅可以用于侦察、轰炸,而且在预警、反潜、扫雷等方面也极为出色。在20世纪90年代初爆发的海湾战争中,飞机的巨大威力有目共睹。当然,飞机在军事上的应用给人类也带来了惨重灾难,对人类文明产生了毁灭性破坏。但是和平利用飞机,才是人类发明飞机的初衷。
中国空难
90年代
1998年9月11日:东航一架MD-11(B-2173)客机执行上海飞往北京的MU586航班,于上海虹桥国际机场起飞后因起落架失效被迫折返上海虹桥机场,事件中无人受伤。其后事件被制作成一部电影名为《紧急迫降》。
1982年4月26日下午中国民航266号客机在广西恭城县上空失事。
1988年1月18日中国西南航空公司伊尔-18-222号飞机执行北京—重庆航班任务时在重庆机场附近坠毁,108人遇难。
1992年7月31日中国通用航空公司由南京飞往厦门的GP7552航班2755号雅克-42型飞机起飞滑跑途中冲出跑道,在距机场约600米处失事。107人死亡,19人受伤。
1992年11月24日中国南方航空公司波音737—2523号飞机执行3943航班任务,由广州飞桂林,在广西阳朔县杨堤乡土岭村后山粉碎性解体,141人遇难。这是中国民航史上最严重的一次空难。
1993年7月23日中国西北航空公司BAe146型2716号飞机执行银川至北京航班任务,在银川机场起飞时冲入水塘,54人遇难,机组3人受伤。
1994年6月6日中国西北航空公司图-154型2610号飞机,执行西安-广州2303号航班任务,在陕西省长安县鸣犊镇坠毁160人遇难。
1997年5月8日晚21时许,中国南方航空有限公司深圳公司波音737-300型B2925号飞机执行重庆深圳3456航班任务,在恶劣天气中强行降落深圳黄田机场(现更名为深圳宝安国际机场),着陆过程中失事。“5·8”空难事故伤亡情况:机上旅客65人,其中死亡33人,重伤8人,轻伤20人;空勤组9人,其中死亡2人,重伤1人,轻伤6人。
1998年2月16日,中国台湾“中华航空公司”一架A300-600客机在台北机场降落时撞入附近建筑,共造成机上196名乘员和地面7人丧生。这也是台湾地区有史以来的最大空难。
1999年2月24日中国西南航空公司图154—2622号飞机在执行成都至温州航班任务时坠毁,61人遇难。
2000年5月22日,湖南省长沙市一架隶属于远大空调有限公司的贝尔206-b型直升飞机坠入湘江,造成包括飞行员在内的两人死亡,三人受伤。远大公司是国内首家购置公务飞机的民营企业,该公司1997年购买喷气飞机曾在国内引起较大反响。
2000年6月22日下午3时左右,武汉航空公司一架从湖北恩施至武汉的运七型客机,在武汉郊区坠毁,武汉空难客机坠地时将汉江南岸一泵船撞毁,当时在船上作业的7人全部遇难。这样,加上机上的42名死者,此次空难中共有49人死亡。
21世纪
2002年4月15日,中国国际航空公司CA129北京-釜山航班在韩国庆尚南道金海市坠毁。机上共有155名乘客和11名机组人员,确定死亡人数为122人,失踪6人,幸存者38人。
2002年5月7日,中国北方航空公司一架麦道82飞机在大连附近海域坠毁。机上103名乘客和9名机组人员全部罹难。
2002年5月25日,台湾“中华航空公司”CI611班机在澎湖附近海域坠机,机上乘客和机组人员共225人全部死亡。
2004年5月18日,上午一架阿塞拜疆货机在新疆乌鲁木齐机场附近坠毁,机组7人全部遇难,其中乌克兰籍6人,阿塞拜疆籍1人。
2004年5月28日,一架南非小型飞机在湖南省长沙附近失事。飞机上仅有的一名南非籍飞行员遇难。
2004年6月30日,一架歼七军用飞机在训练返程中因遇雷雨发生故障,在距武汉市区约80公里处坠毁。造成地面人员(儿童)1死1伤,并烧毁了两间民房,飞行员跳伞后安全着陆。
2004年9月16日,下午15时左右,一架执行航拍任务的直升机在浙江余姚玉石园附近坠毁,机上机组和乘客7人,4死3伤。
2004年11月21日8时21分,东航云南分公司(其前身为中国云南航空公司)B-3072号CRJ-200型飞机,由内蒙古自治区包头市飞往上海市的MU5210航班,在起飞后不久坠入机场附近南海公园的湖里。造成55人(其中47名乘客、6名机组人员和2名地面人员)遇难,直接经济损失1.8亿元。截至17时10分左右,此次事故中54名遇难人员遗体已全部找到。“11·21”空难事故中遇难人数为55人,其中机上遇难人员为53人,地面遇难人员为2人。
2010年5月5日晚,济南军区冯思广和中队长张德山驾机在连续起飞过程中发动机骤然停车,为避免飞机坠落在济南人口稠密地区,冯思广把个人生死置之度外,和张德山一起果断改变飞行轨迹,自己却因错过跳伞最佳时机英勇牺牲。
2010年8月24日21时36分,河南航空有限公司一架从哈尔滨飞往伊春的客机在伊春林都机场附近失事。机上共有96人,其中乘客91人,机组人员5人。客机失事造成42人遇难,54人受伤,其中8人为重伤。
2014年3月8日凌晨2点40分,马来西亚航空公司一架由吉隆坡飞往北京的MH370[4] 客机失去联系,机上一共239人,其中有154名中国人(中国大陆153人,成人152人,和1名1岁婴儿,中国台湾1人)全部失踪。
2014年7月23日晚7时许,台湾复兴航空一班由高雄飞往澎湖马公的GE222航班坠毁在澎湖县湖西乡西溪村的民宅,机上58人中有48人罹难10人重伤,台湾《中国时报》24日报道说,这起空难为台湾近12年来最重大的坠机事件[5]
2015年2月4日上午10点半左右,一架台湾复兴航空GE235的ATR72飞机从台北松山机场起飞后不久擦撞高架桥,坠入基隆河,断成几截。在南港失联,在南湖大桥旁坠河,疑似复兴航空轻型民航机撞到高架桥坠落,掉落于距离南湖大桥约800米的内沟溪抽水站,未起火,约10人待救。复兴航空表示,正在查证中,查明后将一并对外说明。截至2015年2月8日,共有40人遇难。正在擦过高架桥时,还将一辆计程车擦撞!飞机的黑匣子均已找到。
乘坐常识
须知
(1)防晕机。晕机呕吐是平衡器官紊乱,身体适应较差的缘故,一般只要保持镇静,排除杂念,服些防晕车船药就会平安无事。如果知道自己可能会晕机,最好在登机前15分钟服药。
(2)防旧病突发:飞机起飞、降落、上升、下降、转弯、颠簸等飞行姿态的变化,以及飞机在穿越云层时光线明暗的快速变化,会刺激一些疾病发作。由血栓或出血引起的脑病患者,绝对不要乘飞机;重度脑震荡病人应有专科医生随行并采取有效防范措施;轻度脑震荡病人应随身带些止痛药;患有血管硬化症的老年人在登机前可服少量镇静剂,感冒流涕和鼻塞不通的病人最好不乘坐飞机,因为咽鼓管阻塞有鼓膜穿孔的危险。
(3)防航空性中耳炎预防的有效措施是张嘴和吞咽。张着嘴或一个劲地吞口水,当然也能起预防作用,但毕竟欠雅观。所以航班上一般都忘不了给每位旅客送一小包包装精美的糖果,这道理就在其中。嚼几粒糖果,或嚼几块口香糖使咽鼓管常开。嚼吃是预防航空性中耳炎的最有效办法。若感觉症状仍未消除,可用拇指和食指捏住鼻子,闭紧嘴巴,用力呼气,让气流冲开咽鼓管进入中耳空气腔而消除耳闷、耳重、耳痛、耳朵难受等症状。
(4)飞机上擅自更换座位很危险。民航专家也说,航空公司原则上是不允许调换座位的,主要就是为了飞机平衡。在乘坐飞机时,航空公司通常在起飞前半小时停止办理登机牌,这半小时正是航班配载员配载飞机平衡的关键时间。此时旅客的座位基本确定,配载员根据旅客的座位分布来安排飞机底部货仓货物如何放置,以确保飞机平衡。因此,如果旅客在飞机起飞后擅自调换座位,飞机的平衡有可能改变,从而带来飞行安全隐患。
风险性
飞机重大事故发生的频率
重大事故绝少发生,造成多人伤亡的事故率约为三百万分之一。航空是远程交通最安全的方式,而且它变得越来越安全。重大事故的发生率为每飞行一亿四千万英里一次。如今是14亿英里才发生一起重大事故,安全性提高了十倍。
坐飞机和坐汽车,哪个更安全?
据美国全国安委会对1993~1995年间所发生的伤亡事故的比较研究,坐飞机比坐汽车要安全22倍。事实上,在美国过去的60年里,飞机失事所造成的死亡人数比在有代表性的3个月里汽车事故所造成的死亡人数还要少。
飞行的哪一部分最具风险?
起飞和爬升到巡航高度,下降和着陆是飞行中最容易出问题的两个阶段。用极简单化的说法,起飞时在发动机推力和结构整体性方面对飞机的要求最高,而接近和着陆则对驾驶舱的机组人员要求最高。约有四分之三的严重事故都是在这两个短暂的飞行阶段中发生的。
机上座位何处最安全?
有人会问了坐飞机哪个位置最安全?从统计数据上看,飞机是最安全的交通工具,但是也不是百分百安全,下面我们就介绍一下乘坐飞机哪个位置最安全吧!
关于坐飞机哪个位置最安全?
根据“飞机座位KARMA分布图”,飞机起火燃烧时,坐在飞机机舱前部的乘客逃生机会为65%;而坐在后部的乘客逃生机会则降低为53%。坐在靠过道座位的乘客的生存机会为64%,其他座位上乘客的逃生机会则为58%。
根据以上数据说明,逃生可能性最大的座位是对着紧急出口的那排座位,以及紧急出口前后的座位。
最危险的座位是距离紧急出口6排和更远的座位。
流控原因
我们看似如大雁迁徙是想怎么飞都行,只要到达目的地。但实际上就是排着队伍做几千千米甚至更远的飞行,而且他们的线路和飞行高度基本是不变的。鸟类如此,“铁鸟”亦然。我们的飞机在空中也不是想飞多高就能飞多高,想怎么飞就怎么飞的。[3]
飞机也限行
飞机在天上飞行,必须按照一定的航路进行飞行,航路也就相当于地面上的公路了。因为飞行员在飞行途中要掌握必要的气象、地形、导航等信息,以保障飞机的安全。尤其是在机场上空,飞机的密度最大,有起飞的、有降落的,还有从空中通过的。在这种空中交通如此繁忙的空间内,如果飞机各行其是任意飞的话,必然会发生拥
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