【簡介：】想必很多人對飛機很感興趣，因為飛機大多是很漂亮的，流線型的機身，舒展的機翼，實現(xiàn)了人類在藍(lán)天翱翔的夢想。其實飛機外型的美觀雖然是人類主動的設(shè)計創(chuàng)作，而實質(zhì)卻是受制于空氣阻

想必很多人對飛機很感興趣，因為飛機大多是很漂亮的，流線型的機身，舒展的機翼，實現(xiàn)了人類在藍(lán)天翱翔的夢想。其實飛機外型的美觀雖然是人類主動的設(shè)計創(chuàng)作，而實質(zhì)卻是受制于空氣阻力的被動結(jié)果，從某種意義上講，這種符合人類審美標(biāo)準(zhǔn)的流暢線條其實是空氣動力原理的杰作。 大千世界千變?nèi)f化，飛機也是形態(tài)各異，大的、小的、胖的、瘦的，四個翅膀的、兩個翅膀的甚至還有一個翅膀的，打個比方，飛機的式樣就像寵物狗一樣，當(dāng)真是品種豐富，血統(tǒng)復(fù)雜。俗話說外行看熱鬧，內(nèi)行看門道，既然飛機的外觀是空氣動力原理決定的，那么這么多種飛機的形狀在飛機設(shè)計中就有個稱謂，叫做空氣動力布局。下面我們就逐一介紹一下各種氣動布局，當(dāng)了解到氣動布局這個概念后再回過頭來看這些飛機，就會發(fā)現(xiàn)自己不會再看花眼了，其實全世界的飛機品種再多，也無非就以下這幾種氣動布局而已。各種空氣動力布局的主要差別就在于機翼位置上的差別，首先介紹一個最常見的布局――常規(guī)布局。這種布局的特點是有主機翼和水平尾翼，大的主機翼在前，小機翼也就是水平尾翼在后，有一個或者兩個垂直尾翼。世界上絕大多數(shù)飛機屬于這種氣動布局，特別是客運、貨運大型飛機，幾乎全是這種布局，例如波音系列、歐洲的空中客車系列，我國的運七、運八、ARJ21，美國的C130等。我國的軍用飛機中除了殲10猛龍戰(zhàn)斗機以外，都是常規(guī)氣動布局。常規(guī)布局最大的優(yōu)點是技術(shù)成熟，這是航空發(fā)展史上最早廣泛使用的布局，理論研究已經(jīng)非常完善，生產(chǎn)技術(shù)也成熟而又穩(wěn)定，同其他氣動布局相比各項性能比較均衡，所以目前無論是民用飛機還是軍用飛機絕大多數(shù)使用這種氣動布局。常規(guī)氣動布局機型――我國的ARJ21祥鳳支線客機常規(guī)氣動布局機型――我國的FC-1梟龍殲擊機 常規(guī)氣動布局機型――我國的殲11B殲擊機 常規(guī)布局中還有一個另類――變后掠翼布局，就是主翼的后掠角度可以改變，高速飛行可以加大后掠角，相當(dāng)于飛鳥收起翅膀，低速飛行時減小后掠角，展開翅膀。這種布局的優(yōu)勢在于可以適應(yīng)高速和低速時的不同要求，起降性能好，缺點是結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性嚴(yán)重增加了飛機重量，隨著發(fā)動機技術(shù)特別是矢量推力技術(shù)的不斷發(fā)展和鴨翼的應(yīng)用，這種布局逐漸趨于淘汰。變后掠翼布局典型機型有前蘇聯(lián)的米格27、圖22，美國的F14、F111、B1，北約的狂風(fēng)等。變后掠翼氣動布局――俄羅斯圖22逆火戰(zhàn)略轟炸機變后掠翼氣動布局――美國F14雄貓艦載殲擊機變后掠翼氣動布局――北約狂風(fēng)戰(zhàn)斗轟炸機無尾布局，這種氣動布局顧名思義就是沒有尾巴的氣動布局。這里的“尾巴”指的是水平尾翼，主翼在機尾，實際起到水平尾翼的作用。無尾布局的最大優(yōu)點是高速飛行時性能優(yōu)異，大家可以想象一下，無尾布局是最接近飛鏢、導(dǎo)彈、火箭的氣動布局，航天飛機采用的也是無尾布局，因為這是最適合高速飛行的布局，阻力小，結(jié)構(gòu)強度大。由于沒有水平尾翼，無尾布局大大減少了空氣阻力，因為在常規(guī)布局中，從主翼表面流過來的氣流會在水平尾翼形成阻力，同時為了平衡主翼的升力，水平尾翼其實一直充當(dāng)一個“向下壓”的角色，會損失掉一部分升力，所以和常規(guī)布局相比沒有水平尾翼的無尾布局的空氣動力效率要高很多，更適合高速飛行。無尾布局機翼承載重量更合理，和機身鏈接結(jié)構(gòu)更穩(wěn)固，這就簡化了機身結(jié)構(gòu)，再加上去掉了水平尾翼和相關(guān)的操控系統(tǒng)后，機身重量可以大大降低。無尾布局的缺點是低速性能不好，這影響到飛機的低速機動性能和起降能力。另外無尾布局因為只能依靠主翼控制飛行，所以穩(wěn)定性也不理想。無尾布局在歐洲應(yīng)用最為普及，法國的幻影系列是典型機型。無尾氣動布局機型――法國幻影2000無尾氣動布局機型――英法聯(lián)合研制的協(xié)和超音速客機無尾氣動布局機型――英國火神轟炸機針對無尾布局的低速性能和穩(wěn)定性的缺陷，后來飛機設(shè)計師們又重新搬出了萊特兄弟的世界上第一架飛機的氣動布局――鴨式布局，因為當(dāng)初這種氣動布局的飛機飛起來像鴨子，故此得名。鴨式布局也是主翼在后面，前面加個小機翼叫做鴨翼，所以這種氣動布局其實就是無尾布局加個鴨翼，或者說是主翼縮小水平尾翼放大的常規(guī)布局。有了這個鴨翼，無尾布局的缺點得到明顯改善，高速飛行時更加穩(wěn)定，起降距離明顯縮短，甚至機動性能比常規(guī)布局更加出色。歐洲最為推崇鴨式布局，瑞典的JAS39，英法德西班牙聯(lián)合研制的歐洲戰(zhàn)斗機EU2000，法國的陣風(fēng)以及以色列的幼師全部采用鴨式布局。可以說目前鴨式布局再次成為航空技術(shù)發(fā)展的趨勢，俄羅斯和美國正在研制新型飛機都在使用這種布局，例如俄羅斯的s37金雕試驗機和美國的QSST超音速客機。我國最新研制的殲10猛龍就屬于鴨式布局，或者稱為無尾鴨翼布局。鴨式氣動布局機型――世界第一架飛機飛行者一號鴨式氣動布局機型――俄羅斯圖144超音速客機鴨式氣動布局機型――我國的殲10猛龍戰(zhàn)斗機三翼布局，這種布局其實就是常規(guī)布局加個鴨翼，或者說鴨式布局加個水平尾翼。這種氣動布局的優(yōu)勢是又多了一個可以控制飛機的部位，三個機翼更好的平衡分配載重，機動性能更好，對飛機的操控也更精準(zhǔn)更靈活，可以縮短起降距離。缺點是會增加阻力，降低空氣動力效率，增加操控系統(tǒng)復(fù)雜程度和生產(chǎn)成本。綜合評測，常規(guī)布局增加鴨翼取得的性能改進(jìn)得不償失，所以目前只有俄羅斯蘇27的改進(jìn)型蘇30MKI、33、34、35、37系列采用了這種氣動布局。三翼氣動布局機型――俄羅斯蘇37殲擊機飛翼布局，這種布局簡單說就是只有飛機翅膀的布局，看上去只有機翼，沒有機身，機身和機翼融為一體。無疑這種布局是空氣動力效率最高的布局，因為所有機身結(jié)構(gòu)都是機翼，都是用于產(chǎn)生升力，而且最大程度低降低了阻力?？諝庾枇ψ钚∷岳走_(dá)波反射自然也是最小，所以飛翼布局是隱身性能最好的氣動布局。飛翼布局的最大缺陷是操控性能極差，完全依賴電子傳感控制機翼和發(fā)動機的矢量推力，因此飛翼布局沒有得到普及，只應(yīng)用于用于大型飛機，例如轟炸機、運輸機，目前投入使用的只有美國的B2轟炸機。飛翼氣動布局機型――美國B2隱形戰(zhàn)略轟炸機還有一種奇特的氣動布局――前掠翼布局，這種布局的特點是主翼前掠而不是后掠，不過雖然很早就開展了這種氣動布局的研制工作，但是因為機翼前掠致命的穩(wěn)定性問題導(dǎo)致這種技術(shù)一直只停留在研發(fā)階段，沒有得到實際應(yīng)用。典型機型有俄羅斯正在研制的S37金雕試驗機和美國早已停止研制的X29試驗機。前掠翼氣動布局機型――俄羅斯S37金雕試驗機前掠翼氣動布局機型――美國X29試驗機現(xiàn)在知道了如何辨別飛機的氣動布局了，是不是感覺世界上的飛機不再那么眼花繚亂了？我們要回過頭來說說紙飛機了。對于紙飛機來說，最合適的氣動布局是無尾布局，因為這種布局結(jié)構(gòu)最穩(wěn)固，即使用薄的紙折疊也能夠保證機翼挺直，即使用力投擲高速飛出，紙飛機的結(jié)構(gòu)也可以抵抗住風(fēng)壓不至于變形太大。無尾布局阻力可以調(diào)整到最小，所以可以投擲得更遠(yuǎn)。其實我們平時折疊的紙飛機都是無尾布局，即使初學(xué)者第一次折疊也可以獲得很好的滑翔性能，這正驗證了無尾氣動布局的諸多優(yōu)點。只不過普通的紙飛機沒有垂直尾翼，或者說垂直尾翼在下方，看上去不太漂亮，不過這也算是紙飛機獨有的氣動布局吧。除了紙飛機，任何飛機都不敢把垂直尾翼放在下面，如何起飛姑且不說，降落時尾巴是注定要遭殃了。升力公式Y(jié) =(1/2)ρV2SCy（注V2是V的平方 不會輸入上平方符號）。ρ為空氣密度、V為飛機與氣流的相對速度、S為翼面積、Cy 為升力系數(shù)由公式可知影響升力大小的有1.機翼的面積2.機翼形狀的升力系數(shù)3.空氣相對于機翼的流速4.當(dāng)時的空氣密度,其中已空氣相對于機翼的流速影響最大,它直接影響到飛機起飛時的升力取得,也就是說為什么飛機起飛前總是要高速滑行的原因,且是逆風(fēng)滑行,如此才能取得更高的相對速度,好取得更高的升力,還有一般飛機會有襟翼,可以增加機翼面積,飛機在起飛或降落的時候,伸出襟翼(有興趣可以在搭飛機時往機翼看,起飛降落時飛機機翼前緣及后緣會伸展開來),亦是增加升力方法,除此之外,飛機的升力，還和攻角有關(guān)。攻角就是機翼前進(jìn)方向與氣流的夾角，因為角度變化，氣流會在上翼面后端產(chǎn)生低壓區(qū)(與空氣分離有關(guān))，造成更大的壓力差，所以升力變大。但達(dá)到臨界攻角約12~14 度時,依照機翼斷面形狀不同，低壓區(qū)轉(zhuǎn)為亂流，造成失速。

飛 行 原 理 簡 介 了解一些簡單的飛行原理，可以讓我們從道理上弄清飛機為什么能飛這個問題。要了解飛機的飛行原理就必須先知道飛機的組成以及功用，飛機的升力是如何產(chǎn)生的等問題。這些問題將分成幾個部分簡要講解。 一、飛行的主要組成部分及功用 **到目前為止，除了少數(shù)特殊形式的飛機外，大多數(shù)飛機都由機翼、機身、尾翼、起落裝置和動力裝置五個主要部分組成 1. 機翼――機翼的主要功用是產(chǎn)生升力，以支持飛機在空中飛行，同時也起到一定的穩(wěn)定和操作作用。在機翼上一般安裝有副翼和襟翼，操縱副翼可使飛機滾轉(zhuǎn)，放下襟翼可使升力增大。機翼上還可安裝發(fā)動機、起落架和油箱等。不同用途的飛機其機翼形狀、大小也各有不同。 2. 機身――機身的主要功用是裝載乘員、旅客、武器、貨物和各種設(shè)備，將飛機的其他部件如：機翼、尾翼及發(fā)動機等連接成一個整體。 3. 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動的升降舵組成，有的高速飛機將水平安定面和升降舵合為一體成為全動平尾。垂直尾翼包括固定的垂直安定面和可動的方向舵。尾翼的作用是操縱飛機俯仰和偏轉(zhuǎn)，保證飛機能平穩(wěn)飛行。 4.起落裝置――飛機的起落架大都由減震支柱和機輪組成，作用是起飛、著陸滑跑，地面滑行和停放時支掌飛機。 5.動力裝置――動力裝置主要用來產(chǎn)生拉力和推力，使飛機前進(jìn)。其次還可為飛機上的其他用電設(shè)備提供電源等?，F(xiàn)在飛機動力裝置應(yīng)用較廣泛的有：航空活塞式發(fā)動機加螺旋槳推進(jìn)器、渦輪噴氣發(fā)動機、渦輪螺旋槳發(fā)動機和渦輪風(fēng)扇發(fā)動機。除了發(fā)動機本身，動力裝置還包括一系列保證發(fā)動機正常工作的系統(tǒng)。 *飛機上除了這五個主要部分外，根據(jù)飛機操作和執(zhí)行任務(wù)的需要，還裝有各種儀表、通訊設(shè)備、領(lǐng)航設(shè)備、安全設(shè)備等其他設(shè)備。 二、飛機的升力和阻力 **飛機是重于空氣的飛行器，當(dāng)飛機飛行在空中，就會產(chǎn)生作用于飛機的空氣動力，飛機就是靠空氣動力升空飛行的。在了解飛機升力和阻力的產(chǎn)生之前，我們還要認(rèn)識空氣流動的特性，即空氣流動的基本規(guī)律。流動的空氣就是氣流，一種流體，這里我們要引用兩個流體定理：連續(xù)性定理和伯努利定理 流體的連續(xù)性定理：當(dāng)流體連續(xù)不斷而穩(wěn)定地流過一個粗細(xì)不等的管道時，由于管道中任何一部分的流體都不能中斷或擠壓起來，因此在同一時間內(nèi)，流進(jìn)任一切面的流體的質(zhì)量和從另一切面流出的流體質(zhì)量是相等的。 **連續(xù)性定理闡述了流體在流動中流速和管道切面之間的關(guān)系。流體在流動中，不僅流速和管道切面相互聯(lián)系，而且流速和壓力之間也相互聯(lián)系。伯努利定理就是要闡述流體流動在流動中流速和壓力之間的關(guān)系。 伯努利定理基本內(nèi)容：流體在一個管道中流動時，流速大的地方壓力小，流速小的地方壓力大。 **飛機的升力絕大部分是由機翼產(chǎn)生，尾翼通常產(chǎn)生負(fù)升力，飛機其他部分產(chǎn)生的升力很小，一般不考慮。從上圖我們可以看到：空氣流到機翼前緣，分成上、下兩股氣流，分別沿機翼上、下表面流過，在機翼后緣重新匯合向后流去。機翼上表面比較凸出，流管較細(xì)，說明流速加快，壓力降低。而機翼下表面，氣流受阻擋作用，流管變粗，流速減慢，壓力增大。這里我們就引用到了上述兩個定理。于是機翼上、下表面出現(xiàn)了壓力差，垂直于相對氣流方向的壓力差的總和就是機翼的升力。這樣重于空氣的飛機借助機翼上獲得的升力克服自身因地球引力形成的重力，從而翱翔在藍(lán)天上了。 * 機翼升力的產(chǎn)生主要靠上表面吸力的作用，而不是靠下表面正壓力的作用，一般機翼上表面形成的吸力占總升力的60-80%左右，下表面的正壓形成的升力只占總升力的20-40%左右。 **飛機飛行在空氣中會有各種阻力，阻力是與飛機運動方向相反的空氣動力，它阻礙飛機的前進(jìn)，這里我們也需要對它有所了解。按阻力產(chǎn)生的原因可分為摩擦阻力、壓差阻力、誘導(dǎo)阻力和干擾阻力。 1.摩擦阻力――空氣的物理特性之一就是粘性。當(dāng)空氣流過飛機表面時，由于粘性，空氣同飛機表面發(fā)生摩擦，產(chǎn)生一個阻止飛機前進(jìn)的力，這個力就是摩擦阻力。摩擦阻力的大小，決定于空氣的粘性，飛機的表面狀況，以及同空氣相接觸的飛機表面積?？諝庹承栽酱蟆w機表面越粗糙、飛機表面積越大，摩擦阻力就越大。 2.壓差阻力――人在逆風(fēng)中行走，會感到阻力的作用，這就是一種壓差阻力。這種由前后壓力差形成的阻力叫壓差阻力。飛機的機身、尾翼等部件都會產(chǎn)生壓差阻力。 3.誘導(dǎo)阻力――升力產(chǎn)生的同時還對飛機附加了一種阻力。這種因產(chǎn)生升力而誘導(dǎo)出來的阻力稱為誘導(dǎo)阻力，是飛機為產(chǎn)生升力而付出的一種“代價”。其產(chǎn)生的過程較復(fù)雜這里就不在詳訴。 4.干擾阻力――它是飛機各部分之間因氣流相互干擾而產(chǎn)生的一種額外阻力。這種阻力容易產(chǎn)生在機身和機翼、機身和尾翼、機翼和發(fā)動機短艙、機翼和副油箱之間。 *以上四種阻力是對低速飛機而言，至于高速飛機，除了也有這些阻力外，還會產(chǎn)生波阻等其他阻力。 三、影響升力和阻力的因素 **升力和阻力是飛機在空氣之間的相對運動中（相對氣流）中產(chǎn)生的。影響升力和阻力的基本因素有：機翼在氣流中的相對位置（迎角）、氣流的速度和空氣密度以及飛機本身的特點（飛機表面質(zhì)量、機翼形狀、機翼面積、是否使用襟翼和前緣翼縫是否張開等）。 1.迎角對升力和阻力的影響――相對氣流方向與翼弦所夾的角度叫迎角。在飛行速度等其它條件相同的情況下，得到最大升力的迎角，叫做臨界迎角。在小于臨界迎角范圍內(nèi)增大迎角，升力增大：超過臨界臨界迎角后，再增大迎角，升力反而減小。迎角增大，阻力也越大，迎角越大，阻力增加越多：超過臨界迎角，阻力急劇增大。 2.飛行速度和空氣密度對升力阻力的影響――飛行速度越大升力、阻力越大。升力、阻力與飛行速度的平方成正比例，即速度增大到原來的兩倍，升力和阻力增大到原來的四倍：速度增大到原來的三倍，勝利和阻力也會增大到原來的九倍?？諝饷芏却螅諝鈩恿Υ?，升力和阻力自然也大?？諝饷芏仍龃鬄樵瓉淼膬杀叮妥枇σ苍龃鬄樵瓉淼膬杀?，即升力和阻力與空氣密度成正比例。 3，機翼面積，形狀和表面質(zhì)量對升力、阻力的影響――機翼面積大，升力大，阻力也大。升力和阻力都與機翼面積的大小成正比例。機翼形狀對升力、阻力有很大影響，從機翼切面形狀的相對厚度、最大厚度位置、機翼平面形狀、襟翼和前緣翼縫的位置到機翼結(jié)冰都對升力、阻力影響較大。還有飛機表面光滑與否對摩擦阻力也會有影響，飛機表面相對光滑，阻力相對也會較小，反之則大。參考資料：‖清心也可以 回答時間 14:28其他答案飛機是比空氣重的飛行器，因此需要消耗自身動力來獲得升力。而升力的來源是飛行中空氣對機翼的作用。 機翼的上表面是彎曲的，下表面是平坦的，因此在機翼與空氣相對運動時，流過上表面的空氣在同一時間(T)內(nèi)走過的路程(S1)比流過下表面的空氣的路程(S2)遠(yuǎn)，所以在上表面的空氣的相對速度比下表面的空氣快(V1=S1/T>V2=S2/T1)。根據(jù)帕奴利定理――“流體對周圍的物質(zhì)產(chǎn)生的壓力與流體的相對速度成反比?！?，因此上表面的空氣施加給機翼的壓力F1小于下表面的F2。F1、F2的合力必然向上，這就產(chǎn)生了升力。 從機翼的原理，我們也就可以理解螺旋槳的工作原理。螺旋槳就好像一個豎放的機翼，凸起面向前，平滑面向后。旋轉(zhuǎn)時壓力的合力向前，推動螺旋槳向前，從而帶動飛機向前。當(dāng)然螺旋槳并不是簡單的凸起平滑，而有著復(fù)雜的曲面結(jié)構(gòu)。老式螺旋槳是固定的外形，而后期設(shè)計則采用了可以改變的相對角度等設(shè)計，改善螺旋槳性能。 飛行需要動力，使飛機前進(jìn)，更重要的是使飛機獲得升力。早期飛機通常使用活塞發(fā)動機作為動力，又以四沖程活塞發(fā)動機為主。這類發(fā)動機的原理如圖，主要為吸入空氣，與燃油混合后點燃膨脹，驅(qū)動活塞往復(fù)運動，再轉(zhuǎn)化為驅(qū)動軸的旋轉(zhuǎn)輸出： 單單一個活塞發(fā)動機發(fā)出的功率非常有限，因此人們將多個活塞發(fā)動機并聯(lián)在一起，組成星型或V型活塞發(fā)動機。下圖為典型的星型活塞發(fā)動機。 現(xiàn)代高速飛機多數(shù)使用噴氣式發(fā)動機，原理是將空氣吸入，與燃油混合，點火，爆炸膨脹后的空氣向后噴出，其反作用力則推動飛機向前。下圖的發(fā)動機剖面圖里，一個個壓氣風(fēng)扇從進(jìn)氣口中吸入空氣，并且一級一級的壓縮空氣，使空氣更好的參與燃燒。風(fēng)扇后面橙紅色的空腔是燃燒室，空氣和油料的混和氣體在這里被點燃，燃燒膨脹向后噴出，推動最后兩個風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)，最后排出發(fā)動機外。而最后兩個風(fēng)扇和前面的壓氣風(fēng)扇安裝在同一條中軸上，因此會帶動壓氣風(fēng)扇繼續(xù)吸入空氣，從而完成了一個工作循環(huán)。