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第3章 人类航空发展历程(2)

(5)按飞机的航程远近分,有近程、中程、远程飞机之分。远程飞机的航程为11000千米左右,可以完成中途不着陆的洲际跨洋飞行。中程飞机的航程为3000千米左右,近程飞机的航程一般小于1000千米。近程飞机一般用于支线,因此又称支线飞机。中、远程飞机一般用于国内干线和国际航线,又称干线飞机。

我国民航总局采用按飞机客座数划分大、中、小型飞机。飞机的客座数在100座以下的为小型,100~200座为中型,200座以上的为大型。

支线客机

支线客机通常是指100座以下的小型旅客机,主要用于大城市与中小城市之间的旅客运输。支线航空是20世纪60年代才开始兴起的,但发展速度很快,特别是在美国1978年对民航运输业采取“放松管制”政策以后,发展更加迅速。

支线客机按座位多少,形成不同的档次,主要有10座级(一般为8~9座)、20座级(15~21座,一般为19座)、30座级(28~40座)、50座级(40~65座)、80座级(70~85座)、100座级(90~110座)。各航空公司可以根据不同航线的距离和客源情况,选择最佳机型。从世界范围看,航空运输呈不断增长的趋势,导致航线和机场拥挤问题日益突出,由于新建或扩建机场都受到用地紧张、保护环境等因素的限制,使支线飞机的研制出现大型化的趋势。据美国联邦航空局统计,1978~1987年间美国支线航空客机的平均座位数从11.9个增加到20.1个,增长68.1%,到1999年已加大到29.1个。另外,从全世界不同时期各类支线飞机的比例也能看出支线飞机大型化的趋势。

美国是支线航空最发达的地区,目前共有1922架支线客机,其中大部分是涡轮螺旋桨式飞机(占73.1%),其次是活塞式飞机(占24.8%)、直升机(占1.1%)和喷气式飞机(占1%)。从座位数看,数量最多的是10~19座飞机,占总数的39.5%。但研制生产支线飞机的厂家大多在欧洲(英国、荷兰、法国、意大利、德国和瑞典)及世界其他地区,如加拿大、巴西、印尼、中国等。

掠翼飞机

早期的飞机多采用直机翼,后来为提高飞机的飞行速度,作超音速飞行,飞机发明家们竭尽智力地研究机翼的形状和布局,而前掠、后掠、变后掠、斜翼和X翼等形形色色的飞机机翼就是他们独具创新的设计。这些机翼有一个共同特点就是都带有掠角,因此,我们把装有这些机翼的飞机统称为掠翼飞机。

第一架前掠翼飞机是第二次世界大战中出现的德国制容克JU-287大型喷气轰炸机。它的最大飞行速度是810千米/小时,比当时的任何螺旋桨飞机都快得多。有人认为这种飞机的试飞成功是高速飞机设计的一项革命性突破。但奇怪的是,在飞行中发现,铝合金前掠翼发生严重颤振和翼梢扭曲变形,成为它的致命弱点,这种飞机的研制因此而搁置。

20世纪80年代,随着复合材料和控制技术的进步,前掠翼飞机才东山再起,重新发展。美国格鲁门公司研制了两架X-29A前掠翼验证机,机翼上用碳纤维复合材料,以特殊铺层的办法制作蒙皮而解决了这一关键问题。在爱德华空军基地试飞时,发现这种飞机的升力增大了30%~40%,阻力减小了10%~20%,重量减轻了约25%,飞行速度达到音速的1.5倍,取得了惊人的成果。

现在,美国计划将X-29A验证机的试验成果应用到先进技术战斗机的方案上,着手研制具有实战能力的前掠翼战斗机。他们提出的方案很多,其中最具特色的是前掠双垂尾的布局。这种战斗机作大机动飞行时前掠立尾前方的气流恰好垂直于它的前缘,这样,方向舵就会达到非常好的气动效果,而且横侧操纵能力也会大大增强。当然发动机的转向喷口也可以帮助纵、横向操纵,使其更加机动灵活。

后掠翼飞机,人们对它并不陌生。早期的一些亚音速战斗机为了改善性能也采用后掠机翼,美国在20世纪40年代初研制成功的XP-55战斗机就是典型的一种。现役超音速战斗机的机翼都带后掠,令人瞩目的美国F-16和俄罗斯米格-29战斗机就是采用大后掠角的边条翼和三角翼组合的布局,使气动特性得到极大改善。

第二次世界大战结束时,美国从德国法西斯手中缴获了大量国防机密资料,发现梅塞施米特公司当时正在设计变后掠翼的P-1101战斗机。该设计可使平直机翼转成后掠翼,又可把后掠机翼转成平直机翼,这引起美国空军的极大重视,并决定制造样机进行试验。1948年,贝尔公司承担了研制任务,样机定名为X-5变后掠翼研究机。

1951年,第一架可变后掠翼飞机试飞成功。1964年,美国的F-111变后掠翼战斗机问世,轰动世界。此后各国飞机设计师纷纷效仿,先后已有十多种先进的变后掠翼战斗机和轰炸机问世。如美国的F-14,俄罗斯的米格-23、米格-27、苏-27等战斗机;美国的B-1、俄罗斯的“海盗旗”等超音速战略轰炸机等。

变后掠翼飞机在高速飞行时机翼转成大后掠角,飞机的阻力小,加速性能好,抗阵风能力强;起落和低速飞行时,机翼转成平直和小后掠角,飞机的续航时间增长,经济性能好,起落距离短,安全,因而成为现代战斗机和轰炸机设计中的重要举措。

X形机翼飞机的方案很早就有了。美国对它的研究也不少,而美国航空公司在20世纪80年代末提出X形机翼的新型战斗机方案却很奇特。

这种飞机机翼为X形翼,一副前掠,一副后掠,像一只大蝙蝠。飞机的机身短,进气道和发动机都装在腰部,喷口处于X形翼后缘交汇处。发动机的喷气流从机翼表面上向后诱导出强气流,不但带走前掠翼与边条翼交汇处形成的乱流,而且这股气流产生的环量可以大大提高机翼的升力,据估计,这种飞机的机动性能将极其优越。

美国西科斯基公司提出了直升机和X型翼飞机结合为一体的新方案,用X形机翼进一步进行转换试验。计划中的这种飞机具有极强的性能,在各种飞行条件下都能够达到最佳的飞行状态,人们正企盼着这种新型飞机的问世。

民用运输机

航空中用于客货运输的飞机,我们称之为民用运输机。民用运输机在飞机家族中占有非常重要的地位,人类发明飞机的最初愿望就是为了客货高速、不受约束自由地运输,实现自己的飞翔梦想。由于服役时间长、经验丰富,民用运输机自然而然地就成为“老前辈”。

发展过程

民用运输机虽然在飞机诞生后不久就产生了,但是直到20世纪30年代才趋于成熟。当时美国和德国制造了以活塞式发动机为动力装置的飞机。第二次世界大战结束后,航空技术发展很快。20世纪50年代出现了涡轮螺旋桨飞机,如英国的“子爵”号飞机等。同一时期,涡轮喷气式运输机研制成功,这被认为在民用运输机的发展史上具有划时代的意义。

分类

民用运输机是一个非常笼统的概念,根据不同的分类标准又可以把它细分为不同的种类。通常根据起飞重量的差异分为小型、中型、大型三种。按航程远近不同可分为近程、中程、远程三种。按用途又可以分为客机和货机。

机身构造

机身是整个飞机的主体,布置有客舱、行李舱和服务舱,前部布置驾驶舱和操纵系统。为了保证旅客的安全和舒适,现代客机的客舱都是增压密封舱,舱内装有空调、供氧、救生等设备。周到的服务,舒适的环境,让旅客在享受高空之旅的时候暂时缓解焦躁和不安的情绪。

私人飞机

公务包机(专机)和私人飞机,从类别上说它们均属于客机,并根据机型不同归入到远程、中程或短程客机里面。远程包机目前也只有政府才能拥有,如美国总统的“空军”一号。中程和短程公务包机很多企业已经拥有了,其中又以小型公务包机为最多。

私人飞机目前只有短程一种,乘员2~5人的最为普遍,费用比较高昂,只有少部分人才能够拥有。

民航客机的未来

随着民航事业的迅速发展,乘坐飞机的人越来越多。一方面使一些繁忙航线的航班数量迅速增多,给空中交通管制带来很大负担;另一方面人们对于远程航线特别是越洋航线的飞行时间仍感偏长,迫切需要缩短时间的愿望也越来越强烈。

因此,未来的客机需要朝高速化和巨型化方向发展。要实现这一目标,还需要很长的一段路要走。

新的驱动力——喷气式飞机

驱动飞机前进的动力有很多。在发现蒸汽机、内燃机可以为飞机提供这种动力的同时,人们还发现了喷气的力量,这是一种区别于前两者的动力驱动方式。喷气式飞机就是依靠这种动力,实现了人类追求更快、更高的飞行目标。

第一架喷气式飞机

1939年8月27日,人类航空史上第一架喷气式飞机试飞成功。它是飞机设计师亨克尔和燃气涡轮专家奥海恩共同制作完成的,名为He-178喷气式战斗机。这架飞机的机身由亨克尔设计,发动机是奥海恩研制的推力为380千克的Hes-3B涡轮喷气发动机。在巨大的轰鸣声中,这架飞机冲上蓝天,带领着飞机进入了喷气时代喷气的原理

如果以为世界上的动力装置只有蒸汽机和内燃机,那么喷气发动机就要不“高兴”了。喷气发动机是利用压气机先将空气吸入,然后在燃烧室内让燃油燃烧,加热空气。加热后的空气带动涡轮转动,涡轮又带动压气机给气体加压。

最后,这种高压的燃气从发动机的排气锥和推力喷管喷出,产生向后的推力。

喷气式飞机表演

现在,人们由喷气式飞机尾部拉烟现象得到启发,在一些特殊的场合安排了特别的“拉烟表演”。表演中,喷气式飞机尾部喷出五颜六色的烟雾,不断变换飞行路线,在空中留下美丽的图案。这种烟雾的产生,是因为在飞机的翼尖、机腹或者机尾安装了专门的烟雾释放装置,能够在表演中释放出烟雾来,它与喷气式飞机在自然状况下产生的烟雾并不一样。

留在天上的尾巴

当喷气式飞机从天空中飞过的时候,人们常常会看到它身后拖着一条长长的“尾巴”,在飞机飞过很长一段时间后,仍旧留在天空中。这条“尾巴”叫做飞机“尾迹云”。只有当喷气式飞机在20益的环境中飞行,而且空气湿度很高,接近于饱和,同时大气又比较稳定的时候才会出现。飞机尾部喷出的废气使空中的低温高湿空气凝结,就形成了人们看到的长长的白色“尾巴”。

应用于战争

因为喷气式飞机的飞行速度很快,所以人们一直都在考虑将其应用在军事方面。在第二次世界大战中,喷气式飞机就投入了使用。英国和德国都将一部分喷气式飞机应用在这次战争中,美国和日本也从英、德两国那里引进了制造喷气式飞机的技术。

以水面为跑道的水上飞机

普通飞机的起飞、降落和停泊都要以平坦、坚实的陆地作支撑,可有一种特殊的飞机,它可以在水面自由地完成许多动作,让其他飞机望尘莫及,这就是水上飞机。水上飞机可以根据人们特殊的需要,在水面上又快又好地完成飞行或其他任务,是人类水上作业的好帮手。

“两栖动物”

水上飞机可以看做是“飞机与船的结合”。最早实现这种结合的是法国人亨利·法布尔。他从1907年开始了对水上飞机的研究。1910年3月28日,他所研制的飞机第一次试飞,但是没能离开水面。后来,他对这架飞机进行了改良。在第二次飞行中,飞机离开水面飞行了500米,真正成就了“飞机与船的结合”。世界上第一架水上飞机就此诞生了。

第一架水上飞机

亨利·法布尔制造的世界上第一架水上飞机,严格来说是一架浮筒式的水上飞机,就是将普通飞机的起落架改装成可以在水面上浮起的浮筒。整个机身是木质结构,浮筒是用弹性较好的胶合板制作而成。整架飞机在水中由三个浮筒支撑,一个装在机身前面,另外两个分别装在机翼下面。

浮筒式水上飞机

浮筒式水上飞机一般多是小型飞机。在机身下方装有一或两个浮筒,将机身与水面分离,有些飞机在机翼两边还装有小型辅助浮筒,以避免飞机因为往两侧倾斜而翻覆的危险。自第一次世界大战开始,巡洋舰以上的军舰多半会携带一架或者更多的浮筒式水上飞机,进行远距离侦查、目标搜索等任务。当飞机降落时先降落在军舰附近的海面上,然后由军舰上的起重机将飞机吊回舰上并安置妥当。这一类搭载方式的浮筒式水上飞机也可以由水面直接起飞。

用途广泛水上飞机由于特殊的性能,用途非常广泛,最早人们将它应用在军事活动中。装上炸弹、鱼雷等的水上飞机,是很好的进攻武器。在第一次和第二次世界大战中,水上飞机在侦查、进攻、与空军协同作战等方面,都是功不可没。

在和平年代,当油轮不慎在海中泄漏时,水上飞机可以帮助喷洒化学药剂,清理水面上的浮油,防止造成污染。另外,在一些需要特殊气氛的场合,水上飞机还能够进行精彩的水上表演。

未来的畅想

人们对水上飞机的思考和改进并没有停下来。人们希望将水上飞机和潜艇结合起来,实现水上、水下、空中三栖作业。有人提议将其与潜艇合用,可以将飞机从水下射出;也有人提议对机翼进行改造,将其设计为可折叠式的,在水下时将其折起,到空中再展翼。这些都还只是初步的设想,人们还在不断地探索中。

特殊的客机——公务机

公务机是在行政事务和商务活动中用做交通工具的飞行器,也称行政机或商务飞机。公务机一般为9吨以下的小型飞机,可乘4~10人。但有的国家把总统、国王、皇室成员专用的要人专机也列入通用航空范围,这时波音747这样的大型飞机也可以列入公务机行列了。

公务机中也有许多如“湾流”“奖状”“挑战者”等机型的喷气式飞机。这些飞机的飞行速度与大型机相比毫不逊色,巡航高度可达12000米,最大航程有的可达到12000千米。大多数国外公司都使用现代的、多台涡轮风扇发动机或涡轮螺旋桨发动机的公务机,或者安全性能高的直升机。

用途

在一般人的概念中,公务机就是私人小飞机。但这样理解并不全面,在国外的确有许多私人拥有公务机,然而国内相当多的公务机都属于公务机租赁公司,当用户需要的时候可以向租赁公司租用,许多即将飞到上海来的公务机就是临时被一些公司老板租用的。当然,世界大跨国集团一般会拥有由数架公务机组成的机队,并配备飞行和地勤人员。

优势

公务航空公司或私人营运的公务机不受航班时间的限制,不受目的地的限制,因而有很好的行程灵活性、时间保证性和乘坐稳定性。

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