小編的話:大家有沒有這樣的疑惑:飛機這樣的龐然大物是如何能夠從地面飛并距離,負(fù)重那么多也能像在平地一樣?今天就和各位社友詳細(xì)解釋一下飛機的飛行原理——
大多數(shù)飛機由五個主要部分組成:機翼、機身、尾翼、起落裝置和動力裝置,飛機的飛行要解決兩個問題:一是上升;二是前進(jìn),前進(jìn)靠的是發(fā)動機的動力帶動螺旋槳旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的向前牽引力或是噴氣產(chǎn)生的向前推力。上升是根據(jù)伯努利原理,即流體(包括氣流和水流)的流速越大,其壓強越小;流速越小,其壓強越大。還有,升力和迎角等都有很大關(guān)系。
氣流流過的壓力差產(chǎn)生了升力
飛機運動的三軸簡化,俯仰、滾轉(zhuǎn)、偏航
↓↓滾轉(zhuǎn)是副翼控制↓↓
↓↓俯仰運動靠升降舵控制↓↓
↓↓偏航運動靠方向舵控制↓↓
平衡分析(對單旋翼式)
(1)直升飛機的大螺旋槳旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生升力平衡重力。
直升飛機的槳葉大概有2—3米長,一般有5葉組成。普通飛機是靠翅膀產(chǎn)生升力起飛的,而直升飛機是靠螺旋槳轉(zhuǎn)動,撥動空氣產(chǎn)生升力的。直升飛機起飛時,螺旋槳越轉(zhuǎn)越快,產(chǎn)生的升力也越來越大,當(dāng)升力比飛機的重量還大時,飛機就起飛了。在飛行中飛行員調(diào)節(jié)高度時,就只要通過改變大螺旋槳旋轉(zhuǎn)的速度就可以了。
(2)直升飛機的橫向穩(wěn)定。
因為直升飛機如果只有大螺旋槳旋,那么根據(jù)動量守衡,機身就也會旋轉(zhuǎn),因此直升飛機就必須要一個能夠阻止機身旋轉(zhuǎn)的裝置。而飛機尾部側(cè)面的小型螺旋槳就是起到這個作用,飛機的左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)或保持穩(wěn)定航向都是靠它來完成的。同時為了不使尾槳碰到旋翼,就必須把直升飛機的機身加長,所以,直升飛機有一個像蜻蜓式的長尾巴。
航空發(fā)動機:提供飛機前進(jìn)的動力
▲星型發(fā)動機示意圖,在其他更先進(jìn)的航空發(fā)動機出現(xiàn)之前
大型飛機的發(fā)動機常采用星型設(shè)計 ?
▲星型發(fā)動機屬于活塞式發(fā)動機的一種
早在1903年,星型發(fā)動機就用在了飛機上
▲渦輪噴氣發(fā)動機簡稱渦噴發(fā)動機,其歷史也很悠久
1937年,世界上第一個渦輪噴氣發(fā)動機就開始運行了 ?
▲從大的方面看,渦噴發(fā)動機由5個結(jié)構(gòu)組成 ? 空氣從進(jìn)氣道進(jìn)入發(fā)動機后,首先被高速運轉(zhuǎn)的壓氣機壓縮,產(chǎn)生高壓致密空氣以提供大量氧氣,燃燒室噴油燃燒,向后沖擊渦輪機,而渦輪機又帶動前面的的壓氣機,燃?xì)饬鲝膰娍趪姵霎a(chǎn)生推力。
▲渦輪風(fēng)扇發(fā)動機簡稱渦扇發(fā)動機
很容易就能發(fā)現(xiàn),渦扇發(fā)動機和渦噴發(fā)動機兩者之間的區(qū)別。渦噴只有一個空氣通道,專業(yè)上叫做“涵道”,而渦扇發(fā)動機卻有兩個空氣通道。也就是說,渦噴發(fā)動機是單涵道發(fā)動機,而渦扇是雙涵道發(fā)動機。
▲發(fā)動機在運轉(zhuǎn)時,外涵道與內(nèi)涵道空氣流量的比值叫做涵道比 ? 規(guī)律是,涵道比越大越省油,經(jīng)濟性越好,高涵道比的發(fā)動機在亞音速時有非常好的能效,所以它廣泛地運用于客機、運輸機等。 ?
▲高涵道比的發(fā)動機,主要推力不是來自于向后噴出的高溫燃?xì)?,而是來自于外涵道高速向后噴出的空?? 現(xiàn)代戰(zhàn)斗機也大多采用渦扇發(fā)動機,只是,為了追求高空的超音速性能,使用低涵道比的發(fā)動機。 ?
▲美國F22猛禽戰(zhàn)斗機使用的渦扇發(fā)動機,涵道比很低,只有0.3:1
▲渦輪螺旋槳噴氣發(fā)動機,簡稱渦槳發(fā)動機 ? 渦槳發(fā)動機的本質(zhì)類似于渦噴發(fā)動機接上一個減速器,并帶動外部的螺旋槳
目前,蛟龍-600是世界上最大的水陸兩用飛機,于2016年7月23日總裝下線。
渦槳發(fā)動機通常用在小型或低速的亞音速飛機上。但也有例外,俄羅斯的圖-95戰(zhàn)略轟炸蛟龍-600機使用的NK-12MV型渦槳發(fā)動機,讓其達(dá)到925公里每小時的高速,接近音速。
▲俄羅斯的圖-95戰(zhàn)略轟炸機
▲每一個NK-12MV型渦槳發(fā)動機上有8個葉片,前后葉片采取同軸反轉(zhuǎn)的模式
▲同軸反轉(zhuǎn)示意圖 ? ? ?
▲安-70運輸機上的D-27漿扇發(fā)動機
渦槳發(fā)動機的燃油效率通常高于渦扇發(fā)動機,但它也不是盡善盡美,原因之一是,渦槳發(fā)動機上多了一個減速器,也就是變速齒輪。
變速齒輪的存在一是增加了發(fā)動機重量,二是多少會帶來一些功率上的損耗。
為此,有的國家研制一種不需要變速齒輪的發(fā)動機,它就是槳扇發(fā)動機。由于和渦輪之間沒有減速器,槳扇的螺旋槳轉(zhuǎn)速非常高,帶來的優(yōu)點是燃料效率進(jìn)一步提高,而缺點是噪音大,難以運用于追求舒適性的客機上。目前,只有安-70運輸機使用漿扇發(fā)動機。
▲“安-70”運輸機由烏克蘭與俄羅斯共同研制開發(fā),于1994年12月6日首飛 ?
“安-70”的發(fā)動機,其葉片為前置,還有另一種槳扇發(fā)動機,其葉片為后置,這就是通用電氣早些年進(jìn)行實驗的發(fā)動機GE36。
▲GE36槳扇發(fā)動機
▲GE36槳扇發(fā)動機示意圖 ?
▲實驗中的GE36,表現(xiàn)出了非常低的燃料消耗,但同樣還是因為噪音大的問題,它沒有被使用在任何飛機上
▲渦軸發(fā)動機并非如此簡單,但您可以借此理解其本質(zhì)
渦輪軸發(fā)動機簡稱渦軸發(fā)動機,顧名思義,它是通過“軸”來傳輸動力。直升機、坦克、船舶上都有使用
無論是上文提到的渦噴還是渦扇發(fā)動機,它們的前部都有一個“壓氣機”,這可是個大塊頭,要是能把它去掉就太好了。問題是,沒有了壓氣機,怎么壓縮空氣? ? 飛行器飛得越快,迎面而來的空氣就越快,當(dāng)快到幾倍音速時,空氣自然就得到了壓縮。高壓空氣進(jìn)入燃燒室,混入燃油,劇烈燃燒并向后高速噴出以得到動力。這就是沖壓發(fā)動機的原理。 ?
▲圖中的(a)代表傳統(tǒng)的渦噴發(fā)動機,其結(jié)構(gòu)很復(fù)雜
而(b)代表沖壓發(fā)動機;(c)表示超燃沖壓發(fā)動機 ?
沖壓發(fā)動機一般用在導(dǎo)彈和目前還在試驗階段的高超音速飛行器上
起落架收放示意1
起落架收放示意2
起落架收放示意1
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直升機與普通飛機區(qū)別及飛行簡單原理
不可否認(rèn),直升機和飛機有些共同點。比如,都是飛行在大氣層中,都重于空氣,都是利用空氣動力的飛行器,但直升機有諸多獨有特性。
(1)直升機飛行原理和結(jié)構(gòu)與飛機不同,飛機靠它的固定機翼產(chǎn)生升力,而直升機是靠它頭上的槳葉(螺旋槳)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生升力。
(2)直升機的結(jié)構(gòu)和飛機不同,主要由旋翼、機身、發(fā)動機、起落裝置和操縱機構(gòu)等部分組成。根據(jù)螺旋槳個數(shù),分為單旋翼式、雙旋翼式和多旋翼式。
(3)單旋翼式直升機尾部還裝有尾翼,其主要作用:抗扭,用以平衡單旋翼產(chǎn)生的反作用力矩和控制直升機的轉(zhuǎn)彎。
(4)直升機最顯眼的地方是頭上窄長的大刀式的旋翼,一般由2~5片槳葉組成一副,由1~2臺發(fā)動機帶動,其主要作用:通過高速的旋轉(zhuǎn)對大氣施加向下的巨大的力,然后利用大氣的反作用力(相當(dāng)與直升飛機受到大氣向上的力)使飛機能夠平穩(wěn)的懸在空中。
看完之后,坐上飛機又可以給孩子吹牛了。
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編輯:黃飛
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