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飞机的结构

作者:何夕林
2019-10-10
信息

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。

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