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固定翼飛機

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大型固定翼飛機,從遠到近分別是:俄羅斯空軍安-124「魯斯蘭」運輸機(蘇聯空軍標誌);俄羅斯空軍圖-95轟炸機(蘇聯空軍標誌);美國空軍B-52「同溫層堡壘」轟炸機。
大型固定翼飛機,從遠到近分別是:
俄羅斯空軍安-124「魯斯蘭」運輸機蘇聯空軍標誌);
俄羅斯空軍圖-95轟炸機(蘇聯空軍標誌);
美國空軍B-52「同溫層堡壘」轟炸機
一架波音737客機是固定翼飛機的一個例子
一架波音737客機是固定翼飛機的一個例子
三角形風箏的固定翼不是剛性的
三角形風箏的固定翼不是剛性的

固定翼飛機(英語:Fixed-wing aircraft),簡稱定翼機,是諸如飛行機航空器,其能夠使用機翼飛行,該機翼產生由飛機的前向空速和機翼形狀引起的升力。它是固定翼航空器的一種,也是最常見的一種,另一種固定翼航空器是滑翔機。飛機按照其使用的發動機類型又可被分為噴氣飛機和螺旋槳飛機。固定翼飛機不同於旋翼飛機(旋翼飛機的機翼形成安裝在旋轉軸上的轉子)和直升飛機(翼機的飛行方式與鳥類相似)不同。 固定翼飛機的機翼不一定是剛性的。 風箏,懸掛式滑翔機,可變後掠翼飛機和採用機翼變形的飛機都是固定翼飛機的例子。

固定翼飛機可以滑行,包括各種自由滑翔機和束縛的風箏,都可以利用移動的空氣來獲得高度。 從發動機獲得前推力的動力固定翼飛機(飛機)包括動力滑翔傘,動力懸掛滑翔機和一些地面效應飛行器。大多數固定翼飛機都是由飛機上的飛行員駕駛的,但是有些飛機是經過專門設計的,可以無人值守,可以遠程或自主(使用機載計算機)進行控制。

歷史

1910年倫敦到曼徹斯特飛行比賽時堡漢(英語:Louis Paulhan)的法爾曼-III(英語:Farman III)雙翼飛機
1910年倫敦到曼徹斯特飛行比賽堡漢英語Louis Paulhan法爾曼-III英語Farman III雙翼飛機

飛機是人類在20世紀所取得的最重大的科學技術成就之一,有人將它與電視電腦並列為20世紀對人類影響最大的三大發明。關於世界上最早的固定翼機到底是由誰發明各國尚存在爭議,但較為普遍的觀點是由美國人萊特兄弟發明。他們在1903年12月17日進行的飛行作為「第一次重於空氣的航空器進行的受控的持續動力飛行」被國際航空聯合會(FAI)所認可[1]

飛機作為交通工具的特點

美國航太總署阿姆斯特朗飛行研究中心(英語:Armstrong Flight Research Center)的固定翼飛機,包括: X-31向量推力試驗機(英語:Rockwell-MBB X-31) F-15短距離起降/高機動性實驗機 SR-71「黑鳥」偵察機 F-106「三角標槍」戰鬥機 F-16XL戰鬥機2號原型機 X-38試驗機 無線電遙控母機 X-36無尾高機動性試驗機(英語:McDonnell Douglas X-36)。
美國航太總署阿姆斯特朗飛行研究中心英語Armstrong Flight Research Center的固定翼飛機,包括:
X-31向量推力試驗機英語Rockwell-MBB X-31
F-15短距離起降/高機動性實驗機
SR-71「黑鳥」偵察機
F-106「三角標槍」戰鬥機
F-16XL戰鬥機2號原型機
X-38試驗機
無線電遙控母機
X-36無尾高機動性試驗機英語McDonnell Douglas X-36

和其他交通工具相比,固定翼機有很多優點:

  • 速度快。目前噴射客機的巡航時速在900公里/小時左右。
  • 機動性高。固定翼機飛行不受高河流沙漠海洋的阻隔,而且可根據客、貨源數量隨時增加班次。

但是固定翼機作為交通工具也有自身的局限性:

  • 價格昂貴。無論是固定翼機本身還是固定翼機所消耗的油料相對其他交通運輸方式都高昂的多。
  • 受天氣情況影響。雖然現在航空技術已經能適應絕大多數氣象條件,但是比較嚴重的等氣象條件仍然會影響飛機的起降安全。
  • 起降場地有限制。大部份固定翼機都需要機場升降,需要有較長的跑道供起降,對起降的條件要求比較苛刻。

另外,雖然固定翼機不斷提升燃油效率,但是飛行時每消耗1公斤燃油就會排放3公斤二氧化碳,而且氣體直接在大氣層排放,對全球暖化的影響比地面排放還要大。

機體結構

一些大型飛機的比較:     休斯H-4大力神     安-225運輸機     空中巴士A380-800     波音747-8
一些大型飛機的比較:

飛機的機體結構通常包括機翼機身尾翼起落架。如果飛機的發動機不在機身內,則發動機短艙也屬於機體結構的一部分。[2]

機翼

機翼是飛機產生升力的部件,機翼後緣有可操縱的活動面,靠外側的叫做副翼,用於控制飛機的滾轉運動,靠內側的則是襟翼,用於增加起飛着陸階段的升力、着陸時阻力以及提供更大的上昇、下降坡率。機翼內部通常安裝油箱,機翼下面則可供掛載副油箱和武器等附加設備。有些飛機的發動機和起落架也被安裝在機翼下方。

部分大型飛機翼面設有擾流板,飛行轉向時可以立起,降低升力輔助轉向,亦可在飛行或降落接地時立起減速。[2]

機翼有各種形狀,數目也有不同。在航空技術不發達的早期為了提供更大的升力,固定翼機以雙翼機甚至多翼機為主,但現代飛機一般是單翼機。

機身

機身的主要功用是裝載人員、貨物、設備、燃料和武器等,也是飛機其他結構部件的安裝基礎,將尾翼、機翼及發動機等連接成一個整體。但飛翼機是個例外,它的機身被隱藏在其機翼的內部。[2]

尾翼

尾翼是用來平衡、穩定和操縱飛機飛行姿態的部件,通常包括垂直尾翼(垂尾)和水平尾翼(平尾)兩部分。垂直尾翼由固定的垂直安定面和安裝在其後部的方向舵組成,水平尾翼由固定的水平安定面和安裝在其後部的升降舵組成,一些型號的飛機升降舵由全動式水平尾翼代替。方向舵用於小幅度控制及修正飛機的航向運動,升降舵用於控制飛機的俯仰運動。[2]

起落架

起落架是用來支撐飛機停放、滑行、起飛和着陸滑跑的部件,由支柱、緩衝器、剎車裝置、機輪和收放機構組成。陸上飛機的起落裝置一般由減震支柱和機輪組成,此外還有專供水上飛機起降的帶有浮筒裝置的起落架和雪地起飛用的滑橇式起落架。[2]

動力裝置(航空發動機)

飛機的動力裝置的核心是航空發動機,主要功能是用來產生拉力或推力克服與空氣相對運動時產生的阻力使飛機前進[2]。次要功能則是為飛機上的用電設備提供電力,為空調設備等用氣設備提供氣源等。飛機的動力裝置除發動機外,還包括一系列保證發動機正常工作的系統,如引擎燃油系統、引擎控制系統等。

現代飛機的動力裝置一般為渦輪引擎(噴射引擎)和往復式引擎兩種。應用較廣泛的配置方式有四種:航空活塞式發動機加螺旋槳推進器;渦輪噴射引擎渦輪螺旋槳引擎渦輪扇引擎。隨着航空技術的發展,火箭發動機、沖壓引擎、原子能航空發動機、脈衝爆震發動機等,也有可能會逐漸被採用。

固定翼機的飛行操縱裝置

現代固定翼機駕駛艙內可供駕駛員使用的固定翼機操縱裝置(flight control system)通常包括:

  • 主操縱裝置:駕駛杆或駕駛盤和方向舵腳蹬。在某些採用電傳操縱系統的固定翼機上,駕駛杆或駕駛盤已經被簡化成位於駕駛員側方的操縱杆(sidestick),也稱為「側杆」。
  • 輔助操縱裝置:襟翼手柄、配平按鈕、減速板手柄等。

隨着電子技術的發展,飛行操縱裝置的形式也發生了根本性的變化。在大型固定翼機中,傳統的機械式操縱系統已逐漸地被更為先進的電傳操縱系統所取代,計算機系統全面介入飛行操縱系統,駕駛員的操作已不再像是直接操縱固定翼機動作,而更像是給固定翼機下達運動指令。由於某些採用電傳操縱系統的固定翼機取消了原有的駕駛杆或駕駛盤等裝置而改為側杆操縱,駕駛艙的空間顯得比以往更加寬鬆,所以有些駕駛員稱此類駕駛艙為「飛行辦公室」。

有關固定翼機的記錄

巡航時所產生的凝結尾
巡航時所產生的凝結尾
二戰從船上彈射的水上飛機
二戰從船上彈射的水上飛機

最大航速

最大航速是固定翼機最重要的性能之一。下列若干歷史上的最大航速紀錄:

  • 1910年 106 公里/小時飛行員:Leon Morane,法國,Bleriot XI
  • 1913年 204 公里/小時,飛行員:Maurice Prevost, 法國, Deperdussin
  • 1923年 417 公里/小時,飛行員:Harold J.Brow, 美國,Curtiss R2C-1
  • 1934年 709 公里/小時,飛行員:Francesco Agello, 意大利, Macchi MC.72(水上飛機,此項紀錄保持至今)
  • 1939年 755 公里/小時,飛行員:Fritz Wendel, 德國, 梅塞施米特 Me 209 V1
  • 1941年 1004 公里/小時,飛行員:Heinrich Dittmar, 德國, 梅塞施米特 Me 163(火箭式殲擊機
  • 1947年 1127 公里/小時,飛行員:Charles "Chuck" Yeager, 美國, Bell X-1
  • 1951年 2028 公里/小時,飛行員:Bill Bridgeman, 美國, 道格拉斯 Skyrocket
  • 1956年 3058 公里/小時,飛行員:Frank Everest, 美國, X-2(火箭式)
  • 1961年 5798 公里/小時,飛行員:Robert White, 美國, 北美航空X-15(火箭式飛機)
  • 1965年 3750 公里/小時,飛行員:W.Daniel, 美國, 洛歇 SR-71 黑鳥(噴氣式飛機)
  • 1966年 7214 公里/小時,飛行員:William Joseph Knight, 美國, 北美航空 X-15(火箭式飛機)
  • 2004年[3] 11,200 公里/小時,無人駕駛,美國, 波音 X-43A(噴氣式飛機)

最大航程

新加坡航空曾於2004年到2013年間開通了全球最長不停站商業飛行的航線:SQ21:新加坡樟宜機場與美國新澤西紐瓦克機場之間的每日不停站直航航班。整個航程達到了16600公里,從新加坡飛到紐瓦克需時18小時,從紐瓦克飛到新加坡則需時18小時45分。當時使用A340-500執行這條航線,但由於A340是四引擎飛機,油耗太大,因此2013年油價上漲後,這條航線被迫在當年10月停飛[4]SQ21號班機的末班機也於2013年11月23日飛航,由編號為9V-SGE的A340-500執行。

其後全球距離最長的不停站航班將為由雪梨飛往達拉斯澳洲航空QF7/QF8班機(航程13804公里,飛航時間為16小時50分,最早由波音747-400ER執行,目前由空中巴士A380-800執行),用時最長的不停站班機則是由約翰內斯堡飛往亞特蘭大達美航空201號班機(用時16小時55分鐘,波音777-200LR執行)

直到2018年的10月11日,新加坡航空重新開通了上述航線:新加坡樟宜機場與美國新澤西紐瓦克機場之間的每日不停站直航航班[5]。這次新航改以雙引擎的空客A350-900ULR客機飛行該航線,並保留了原來的航班號SQ21/SQ22[4]

升限及實用升限

載重及載客能力

  • 目前載重能力最好的是前蘇聯安托諾夫設計局所製造的An-225夢想式運輸機,離陸重量超過600公噸,酬載重量可達300公噸。
  • 目前載客人數最多的是2005年初發表的空中巴士A380客機,採最高密度座位時可載853人。

環球飛行

靜音飛機

2003年11月,美國麻省理工學院英國劍橋大學的研究團隊,啟動一項計劃名為靜音飛機計劃,這將徹底改造客機的概念設計:未來的客機將不只是能更省油,而且還安靜無聲,一解機場附近居民飽受飛機起降噪音折磨之苦。這種「靜音噴氣機」可以運送215名乘客,並可能在2030年時加入航空界。這架客機的噪音從機場外聽起來,像洗衣機或類似家電的噪音。

圖集

參考資料

  1. ^ 100 Years Ago, the Dream of Icarus Became Reality.. FAI NEWS. 2003年12月17日 [2007-01-05]. (原始內容存檔於2011年1月13日) (英語). 
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 ,謝礎, 賈玉紅, 黃俊, 吳永康. 航空航天技術概論(第2版). 北京航空航天大學出版社. 2008: 5,6. ISBN 978-7-81124-428-1. 
  3. ^ "X-43: Scramjet Power Breaks the Hypersonic Barrier." AIAA, 2006.
  4. ^ 4.0 4.1 Benjamin Zhang. Check out the special $317 million Airbus jet that Singapore Airlines uses on the longest flight in the world. BusinessInsider.com. Busienss Insider. 2018-10-18 [2019-02-18]. (原始內容存檔於2020-03-03). 
  5. ^ Eric Rosen. World's New Longest Flight From Singapore to Newark Launches Today. Forbes.com. 《福布斯》. 2018-10-11 [2019-02-18]. (原始內容存檔於2019-02-04). 

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