飞行器就是能离开地面飞行的装置,是在地球大气层内或者大气层之外的空间(环地球的空间、行星和行星际空间)飞行的器械。按照大气层内外空间,飞行器活动可以分为航空和航天两类。

航空:是指在大气层内的空间飞行活动,一般不超过30KM高度。航空必须具备空气介质和克服航空器自身重力的升力,大部分航空器还要有产生相对一空气运动所需的推力。

航天:在大气层外的近地空间、星际空间的飞行活动。

航天不同于航空,航天器是在极高的真空宇宙空间以类似于自然天体的运动规律飞行。但是航天器的发射和回收都还是要经过大气层的,这就使航空和航天产生了必然的联系。

飞行器按照其工作环境和工作原理的不同分为三类:火箭和导弹、航天器、航空器。

  1. 火箭和导弹 在大气层内外飞行,利用火箭发动机而获得运动的飞行器,主要结构为动力装置和载荷(比如战斗部之类的)。

  2. 航天器 在大气层外飞行,靠运载火箭推力获得一定速度和高度后,在引力的作用下按照天体力学的规律进行轨道飞行的飞行器。

  3. 航空器 在大气层内飞行,主要依靠空气的静浮力或与空气进行相对运动时产生的空气动力升空飞行的飞行器。

依靠静浮力的主要有飞艇、气球等。

依靠空气相对运动的有固定翼、直升机、旋翼机等

飞艇是一种装有安定面、方向舵和升降舵的流线型气球,并装有发动机带动螺旋桨产生拉力。

滑翔机是指没有动力装置的重于空气的固定翼航空器。

固定翼

固定翼就是翅膀形状固定,靠流过机翼的风提供升力。动力系统包括机翼和助推发动机。

固定翼的优点是续航时间长、飞行效率最高、载荷最大。

但是也有其缺点:绝大多数固定翼飞机起飞需要助跑,降落需要滑行。

固定翼航空器是自稳定系统,即飞上天、助推发动机稳定工作之后,不需要复杂控制,固定翼就能自己抵抗气流的干扰保持稳定。对于飞行器姿态控制来说,固定翼航空器是完整驱动系统,即它在任何姿态下都可以调整到其他任何姿态,并且保持这个姿态,但是会存在失速问题。

固定翼的构成

除了少数特殊形式的飞机外,大多数固定翼飞机都由机翼、机身、尾翼、起落装置和动力装置五个主要部分组成:

机翼——机翼的主要功用是产生升力,以支持飞机在空中飞行,同时也起到一定的稳定和操作作用。在机翼上一般安装有副翼和襟翼,操纵副翼可使飞机滚转,放下襟翼可使升力增大。机翼上还可安装发动机、起落架和油箱等。不同用途的飞机其机翼形状、大小也各有不同。

机身——机身的主要功用是装载乘员、旅客、武器、货物和各种设备,将飞机的其他部件如:机翼、尾翼及发动机等连接成一个整体。

尾翼——尾翼包括水平尾翼和垂直尾翼。水平尾翼由固定的水平安定面和可动的升降舵组成,有的高速飞机将水平安定面和升降舵合为一体成为全动平尾。垂直尾翼包括固定的垂直安定面和可动的方向舵。尾翼的作用是操纵飞机俯仰和偏转,保证飞机能平稳飞行。

起落装置——飞机的起落架大都由减震支柱和机轮组成,作用是起飞、着陆滑跑,地面滑行和停放时支撑飞机。

动力装置——动力装置主要用来产生拉力和推力,使飞机前进。

飞机上除了这五个主要部分外,根据飞机操作和执行任务的需要,还装有各种仪表、通讯设备、领航设备、安全设备等其他设备。

固定翼的分类方法

固定翼航空器作为一个庞大的类别,其分类方式自然五花八门。

按机翼分

以机翼数量和位置分
  • 双翼机

  • 单翼机其中,单翼机依靠位置,可分为

    • 上单翼

    • 中单翼

    • 下单翼

按机翼平面形状分
  • 平直翼

  • 后掠翼

  • 前掠翼

  • 三角翼

按照动力分

  • 喷气式

  • 电风扇(bushi)

  • 火箭发动机

按照起飞着陆装置分

  • 水上飞机

    • 船身式

    • 浮筒式

  • 陆上飞机

    • 轮式(前三点式/后三点式)

  • 水陆两用

直升机

军民融合的典型产品。特点是靠一个或两个主旋翼提供升力。如果只有一个主旋翼,则还需要有一个小的尾翼抵消主旋翼的反扭距。

为了能向各个方向飞行,主旋翼有着极为复杂的机械结构,通过控制尾翼桨面的变化调整升力方向。动力系统包括发动机、桨调节系统。

直升机的优点是可以垂直起降,续航时间中等、载荷也中等。缺点是复杂的结构导致了维护的成本较高。维护较为困难。

直升机是典型的不稳定系统,如果不施加控制,一阵风就可以吹翻。但是和固定翼类似,直升机也是完整驱动系统,可以自由调整姿态。直升机相比固定翼,没有失速的问题,什么时候都可以调整姿态。

单旋翼式

图片来自网络

图片来自网络

双旋翼式

图像来自网络

多旋翼航空器

机械结构非常简单,动力系统只需要电机+桨。

优点是机械结构简单,可以垂直起降。缺点也很明显,续航时间短、载荷能力小。

多旋翼航空器是不稳定系统,同时还不是完整驱动系统。它的桨只能产生向上的升力,所以不稳定、控制较难。但是随着MEMS(微机电)技术的发展,各种传感器甚至惯性导航系统可以被旋翼飞行器承载,因此旋翼机迎来了快速的发展。

多旋翼无人机的机械可靠性较高,不像直升机有上千个活动的机械连接部件,在飞行过程中会存在磨损。

分类

按照“轴”来分的话,主要分为

名称

结构特点

特性

主要构型

双轴

电动机分别位于直线型机身两侧,重心位于机身正中。

横向稳定性差,飞行时易发生滚转,成本低但是难以操控。电动机旋转方向相反

一字形

三轴

两个电动机以90°角安装,另一电动机位于其角平分线反向延长线上。

平衡性差,转速分配复杂。需要在中心安装舵机以抵消反扭距,电动机同向。

Y形

四轴

四角各有一个电动机,重心位于其对角线交点

区分X形和+形。X型:机头方向位于两电动机之间,操控难道相对+形大,动作灵活,对角电机转向相同。+形:机头方向位于某一个电动机上,较易操作,灵活性较差。

X形和+形

六轴

六个电动机分别位于正六边形的六个顶点。

区分X形和+形。X型:机头方向位于两电动机之间,对角线两电机旋转方向相反,稳定性高于四轴,但是便携性差。+形:机头方向位于某电动机上。

X形和+形

八轴

X形和+形:八个电动机分别位于正八边形的八个顶点。上下布局:八个电机分别位于四个顶点,与四轴一致,共分上下两层。

X形:对角电动机旋转方向相反,机头位于某两个电动机之间。+形:对角电机旋转方向相同,机头与某电动机方向一致。综合稳定性号,成本较高,便携性差。单电机故障影响小。载重能力强。上下布局:同一对角线上两电机旋转方向相同,同一垂直轴上两电机则相反。自旋稳定性好。

X形、+形和上下布局形

其他知识点

旋翼航空器和旋翼机容易引发混淆。旋翼航空器≠旋翼机。直升机和多旋翼航空器都属于旋翼航空器,但是旋翼机指的是一种和直升机类似的单旋翼航空器。

自转旋翼机

自转旋翼机号称“空中三蹦子”。乍一眼看,似乎和直升机没什么区别,但是旋翼机的旋翼不与发动机传动系统相连,发动机只是提供向前的动力,旋翼是靠前方的气流吹动旋转的。因此旋翼机无法像直升机一样悬停或是垂直上升。但是相比固定翼,其起飞滑跑的距离要短了许多,动静也小了不少。旋翼机的安全系数也比较高,至少在动力失效的情况下,可以自转下滑,虽然摔了,至少摔不死。

一个鸟人罢了