由固定机翼产生升力.doc

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1、由動力裝置產生前進推力﹐由固定機翼產生升力﹐在大氣層中飛行的重於空氣的航空器。無動力裝置的滑翔機﹑以旋翼作為主要升力面的直昇機以及在大氣層外飛行的航天飛機都不屬飛機的範圍。但在日常生活中﹐有人習慣地將氣球﹑飛艇以外的航空器泛稱飛機。飛機的發展1903年12月7日﹐美國萊特兄弟設計製造的“飛行者”1號進行了成功的試飛。這是人類首次成功地用重於空氣的航空器實現有動力﹑可操縱的持續飛行。萊特兄弟的飛機是一架鴨式飛機﹐機翼和鴨翼均採取雙翼型式﹐機翼面積45平方米﹐推進動力為一台8.8千瓦(12馬力)的內燃機﹐飛機總重340公斤。在4次飛行中飛行高度僅2～3米﹐第一次留空時間12秒﹐飛行距

2、離36.5米﹐最好的一次也不過留空59秒﹐前進了260米。在這以前﹐法國的F.坦普爾﹑俄國A.Φ.莫扎依斯基﹑美國的H.S.馬克西姆和蘭利﹐S.P.等人分別在1874年﹑1882年﹑1894年和1903年10月試飛過自己建造的飛機﹐但都沒有成功。其中一個原因是缺乏重量輕的發動機。他們的飛機大多採用笨重的蒸汽機作為動力﹐使得飛機過於笨重而無法自己起飛昇空﹐重量較輕的內燃機的出現﹐為萊特兄弟飛機的成功提供了一個重要條件。其次﹐在萊特兄弟以前的飛機上都沒有解決飛行穩定和操縱問題以及結構剛度不足的問題﹐因而不能持續安全飛行。在學習﹑繼承前人滑翔飛行經驗的基礎上﹐萊特兄弟在自己設計的飛機上

3、安裝了可偏轉的前(鴨)翼和垂直尾翼﹐分別實現俯仰和航向操縱﹐橫向操縱則依靠扭翹機翼來實現﹐從而使飛機在操縱之下持續飛行。儘管橫向操縱方式不如現代飛機上的副翼操縱簡單有效﹐但在當時已是傑出的發明。1903年以後的30年內﹐飛機在軍事方面得到廣泛應用﹐性能不斷提高﹐構造不斷完善﹐但仍然保持著雙翼機的型式。這時活塞式航空發動機的功率雖已增大﹐但還不足以使飛機達到較高的飛行速度。當時製造飛機的材料仍以木材和蒙布為主﹐結構比較笨重。為了保證飛行安全﹐仍然需要機翼面積較大的雙翼機。同時雙翼機在減輕結構重量﹑增加有效載重和提高機翼剛度方面也有很大優點。30年代以後﹐冶金和機械製造技術的進步使活

4、塞式發動機不斷完善﹐功率增大﹐重量減輕﹐飛機的飛行速度不斷提高﹐這時雙翼機阻力大(主要由上下翼面間的支柱和張線造成)的缺點便暴露出來。為了進一步提高飛行速度﹐迫切需要取消機翼上的支柱和張線﹐把雙翼機改為單翼機。由於強度高﹑重量輕的硬鋁合金問世和結構分析技術的完善﹐使得有可能在不過分增加結構重量的情況下用全金屬的單翼機代替雙翼機。同時由於機翼上普遍採用增昇裝置﹐也可在不惡化起飛著陸性能的條件下減小機翼面積。再加上其他改善飛機氣動外形的措施﹐如改用封閉座艙﹐發動機加整流罩﹐採用收放起落架等﹐到30年代末飛機速度已提高到500公里/時。在進一步提高飛機飛行速度的過程中﹐單翼機因機翼﹑尾

5、翼扭轉剛度不足而出現副翼反逆和顫振﹐多次因振動發生災難性的飛行事故。人們開始尋找事故的原因﹐研究和掌握結構變形與氣動力交互作用的機理﹐氣動彈性力學遂得以建立和發展。20世紀40年代以後﹐由於科學研究工作的進展﹐顫振問題已不再成為提高飛機速度的障礙。第二次世界大戰末期和戰後﹐飛機速度已接近音速。進一步提高飛行速度需要巨大的功率﹐這是活塞式發動機難以達到的﹐這時螺旋槳的效率也隨速度增加而急劇下降。同時傳統外形的飛機在接近音速時阻力劇增﹐出現嚴重的操縱穩定問題﹐飛機碰到了所謂“音障”。超越音障是從兩個方面解決的﹕一是改用渦輪噴氣發動機﹐這種發動機構造簡單﹑重量輕﹑超音速時推進效率高﹐特

6、別是它的巨大功率是超音速飛行的理想動力﹔二是採用後掠機翼﹑減小機翼厚度和利用面積律設計飛機外形﹐大大降低超音速飛行的阻力。這樣﹐飛機便平穩地穿過音障﹐實現超音速飛行。飛機在超音速飛行時﹐由於氣動加熱和表面摩擦受熱使機體結構處在高溫環境下。由於材料耐熱強度的限制﹐對於鋁合金結構的飛機﹐最大速度不能超過馬赫數2.2～2.5。這時環境溫度約為120～150。英國和法國在60年代開始研製的“協和”號超音速旅客機就將巡航速度的馬赫數選為2.2。這種飛機研製成功是一個重大的技術突破﹐但是它的巡航經濟性仍遠低於高亞音速旅客機﹐因而只生產了16架就停止了。飛機的速度範圍和高度範圍在不斷擴大﹐超音

7、速飛機不僅要以超音速飛行﹐還要在高空以高亞音速巡航﹐以保持較高的飛行效率﹐同時又要在有限的場地上用較低的速度安全起飛和著陸。為了同時有良好的高﹑低速和高﹑低空飛行性能﹐又出現了變後掠翼飛機和斜翼機。前者的機翼在變後掠角的同時﹐也改變機翼展弦比和相對厚度。為徹底擺脫飛機對機場的依賴﹐人們一直在研究製造能垂直起落的飛機﹐在這方面還只取得有限的進展。飛機分類飛機按用途分為軍用飛機和民用機兩大類。軍用飛機是按各種軍事用途設計的飛機﹐其中主要包括殲擊機(戰鬥機)﹑截擊機﹑殲擊轟炸機﹑強擊機