有关飞机的各个部件原理

gdyong · 发表于 2007-11-9 12:10:28

行器发动机的分类

　　飞行器发动机的主要功用是为飞行器提供推进动力或支持力，是飞行器的心脏。自从飞机问世以来的几十年中，发动机得到了迅速的发展，从早期的低速飞机上使用的活塞式发动机，到可以推动飞机以超音速飞行的喷气式发动机，还有运载火箭上可以在外太空工作的火箭发动机等，时至今日，飞行器发动机已经形成了一个种类繁多，用途各不相同的大家族。

　　飞行器发动机常见的分类原则有两种：按空气是否参加发动机工作和发动机产生推进动力的原理。按发动机是否须空气参加工作，飞行器发动机可分为两类，大约如下所示：

　　吸空气发动机简称吸气式发动机，它必须吸进空气作为燃料的氧化剂（助燃剂），所以不能到稠密大气层之外的空间工作，只能作为航空器的发动机。一般所说的航空发动机即指这类发动机。如根据吸气式发动机工作原理的不同，吸气式发动机又分为活塞式发动机、燃气涡轮发动机、冲压喷气式发动机和脉动喷气式发动机等。

　　火箭喷气式发动机是一种不依赖空气工作的发动机，航天器由于需要飞到大气层外，所以必须安装这种发动机。它也可用作航空器的助推动力。按形成喷气流动能的能源不同，火箭发动机又分为化学火箭发动机、电火箭发动机和核火箭发动机等。

　　按产生推进动力的原理不同，飞行器的发动机又可分为直接反作用力发动机、间接反作用力发动机两类。直接反作用力发动机是利用向后喷射高速气流，产生向前的反作用力来推进飞行器。直接反作用力发动机又叫喷气式发动机，这类发动机有涡轮喷气发动机、冲压喷气式发动机，脉动喷气式发动机，火箭喷气式发动机等。

　　间接反作用力发动机是由发动机带动飞机的螺旋桨、直升机的旋翼旋转对空气作功，使空气加速向后（向下）流动时，空气对螺旋桨（旋翼）产生反作用力来推进飞行器。这类发动机有活塞式发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴发动机、涡轮螺旋桨风扇发动机等。而涡轮风扇发动机则既有直接反作用力，也有间接反作用力，但常将其划归直接反作用力发动机一类，所以也称其为涡轮风扇喷气发动机。
活塞式发动机

　　航空活塞式发动机是利用汽油与空气混合，在密闭的容器（气缸）内燃烧，膨胀作功的机械。活塞式发动机必须带动螺旋桨，由螺旋桨产生推（拉）力。所以，作为飞机的动力装置时，发动机与螺旋桨是不能分割的。

　　（一）活塞式发动机的主要组成
　
　　主要由气缸、活塞、连杆、曲轴、气门机构、螺旋桨减速器、机匣等组成。

　　气缸是混合气（汽油和空气）进行燃烧的地方。气缸内容纳活塞作往复运动。气缸头上装有点燃混合气的电火花塞（俗称电嘴），以及进、排气门。发动机工作时气缸温度很高，所以气缸外壁上有许多散热片，用以扩大散热面积。气缸在发动机壳体（机匣）上的排列形式多为星形或V形。常见的星形发动机有5个、7个、9个、14个、18个或24个气缸不等。在单缸容积相同的情况下，气缸数目越多发动机功率越大。活塞承受燃气压力在气缸内作往复运动，并通过连杆将这种运动转变成曲轴的旋转运动。连杆用来连接活塞和曲轴。曲轴是发动机输出功率的部件。曲轴转动时，通过减速器带动螺旋桨转动而产生拉力。除此而外，曲轴还要带动一些附件（如各种油泵、发电机等）。气门机构用来控制进气门、排气门定时打开和关闭。

　　（二）活塞式发动机的工作原理

　　活塞顶部在曲轴旋转中心最远的位置叫上死点、最近的位置叫下死点、从上死点到下死点的距离叫活塞冲程。活塞式航空发动机大多是四冲程发动机，即一个气缸完成一个工作循环，活塞在气缸内要经过四个冲程，依次是进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。

　　发动机开始工作时，首先进入“进气冲程”，气缸头上的进气门打开，排气门关闭，活塞从上死点向下滑动到下死点为止，气缸内的容积逐渐增大，气压降低——低于外面的大气压。于是新鲜的汽油和空气的混合气体，通过打开的进气门被吸入气缸内。混合气体中汽油和空气的比例，一般是 1比 15即燃烧一公斤的汽油需要15公斤的空气。

　　进气冲程完毕后，开始了第二冲程，即“压缩冲程”。这时曲轴靠惯性作用继续旋转，把活塞由下死点向上推动。这时进气门也同排气门一样严密关闭。气缸内容积逐渐减少，混合气体受到活塞的强烈压缩。当活塞运动到上死点时，混合气体被压缩在上死点和气缸头之间的小空间内。这个小空间叫作“燃烧室”。这时混合气体的压强加到十个大气压。温度也增加到摄氏4OO度左右。压缩是为了更好地利用汽油燃烧时产生的热量，使限制在燃烧室这个小小空间里的混合气体的压强大大提高，以便增加它燃烧后的做功能力。

　　当活塞处于下死点时，气缸内的容积最大，在上死点时容积最小（后者也是燃烧室的容积）。混合气体被压缩的程度，可以用这两个容积的比值来衡量。这个比值叫“压缩比”。活塞航空发动机的压缩比大约是5到8，压缩比越大，气体被压缩得越厉害，发动机产生的功率也就越大。

　　压缩冲程之后是“工作冲程”，也是第三个冲程。在压缩冲程快结束，活塞接近上死点时，气缸头上的火花塞通过高压电产生了电火花，将混合气体点燃，燃烧时间很短，大约0.015秒；但是速度很快，大约达到每秒30米。气体猛烈膨胀，压强急剧增高，可达6O到75个大气压，燃烧气体的温度到摄氏2000到250O度。燃烧时，局部温度可能达到三、四千度，燃气加到活塞上的冲击力可达15吨。活塞在燃气的强大压力作用下，向下死点迅速运动，推动连杆也门下跑，连杆便带动曲轴转起来了。

　　这个冲程是使发动机能够工作而获得动力的唯一冲程。其余三个冲程都是为这个冲程作准备的。

　　第四个冲程是“排气冲程”。工作冲程结束后，由于惯性，曲轴继续旋转，使活塞由下死点向上运动。这时进气门仍旧关闭，而排气门大开，燃烧后的废气便通过排气门向外排出。当活塞到达上死点时，绝大部分的废气已被排出。然后排气门关闭，进气门打开，活塞又由上死点下行，开始了新的一次循环。

　　从进气冲程吸入新鲜混合气体起，到排气冲程排出废气止，汽油的热能通过燃烧转化为推动活塞运动的机械能，带动螺旋桨旋转而作功，这一总的过程叫做一个“循环”。这是一种周而复始的运动。由于其中包含着热能到机械能的转化，所以又叫做“热循环”。

　　活塞航空发动机要完成四冲程工作，除了上述气缸、活塞、联杆、曲轴等构件外，还需要一些其他必要的装置和构件。

　　（三）活塞式航空发动机的辅助工作系统

　　发动机除主要部件外，还须有若干辅助系统与之配合才能工作。主要有进气系统（为了改善高空性能，在进气系统内常装有增压器，其功用是增大进气压力）、燃油系统、点火系统（主要包括高电压磁电机、输电线、火花塞）、起动系统（一般为电动起动机）、散热系统和润滑系统等。

涡轮喷气发动机

　　在第二次世界大战以前，所有的飞机都采用活塞式发动机作为飞机的动力，这种发动机本身并不能产生向前的动力，而是需要驱动一副螺旋桨，使螺旋桨在空气中旋转，以此推动飞机前进。这种活塞式发动机＋螺旋桨的组合一直是飞机固定的推进模式，很少有人提出过质疑。

　　到了三十年代末，尤其是在二战中，由于战争的需要，飞机的性能得到了迅猛的发展，飞行速度达到700－800公里每小时，高度达到了10000米以上，但人们突然发现，螺旋桨飞机似乎达到了极限，尽管工程师们将发动机的功率越提越高，从1000千瓦，到2000千瓦甚至3000千瓦，但飞机的速度仍没有明显的提高，发动机明显感到“有劲使不上”。

　　问题就出在螺旋桨上，当飞机的速度达到800公里每小时，由于螺旋桨始终在高速旋转，桨尖部分实际上已接近了音速，这种跨音速流场的直接后果就是螺旋桨的效率急剧下降，推力下降，同时，由于螺旋桨的迎风面积较大，带来的阻力也较大，而且，随着飞行高度的上升，大气变稀薄，活塞式发动机的功率也会急剧下降。这几个因素合在一起，决定了活塞式发动机＋螺旋桨的推进模式已经走到了尽头，要想进一步提高飞行性能，必须采用全新的推进模式，喷气发动机应运而生。

　　喷气推进的原理大家并不陌生，根据牛顿第三定律，作用在物体上的力都有大小相等方向相反的反作用力。喷气发动机在工作时，从前端吸入大量的空气，燃烧后高速喷出，在此过程中，发动机向气体施加力，使之向后加速，气体也给发动机一个反作用力，推动飞机前进。事实上，这一原理很早就被应用于实践中，我们玩过的爆竹，就是依靠尾部喷出火药气体的反作用力飞上天空的。

　　早在1913年，法国工程师雷恩．洛兰就获得了一项喷气发动机的专利，但这是一种冲压式喷气发动机，在当时的低速下根本无法工作，而且也缺乏所需的高温耐热材料。1930年，弗兰克．惠特尔取得了他使用燃气涡轮发动机的第一个专利，但直到11年后，他的发动机在完成其首次飞行，惠特尔的这种发动机形成了现代涡轮喷气发动机的基础。

　　现代涡轮喷气发动机的结构由进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管组成，战斗机的涡轮和尾喷管间还有加力燃烧室。涡轮喷气发动机仍属于热机的一种，就必须遵循热机的做功原则：在高压下输入能量，低压下释放能量。因此，从产生输出能量的原理上讲，喷气式发动机和活塞式发动机是相同的，都需要有进气、加压、燃烧和排气这四个阶段，不同的是，在活塞式发动机中这4个阶段是分时依次进行的，但在喷气发动机中则是连续进行的，气体依次流经喷气发动机的各个部分，就对应着活塞式发动机的四个工作位置。

　　空气首先进入的是发动机的进气道，当飞机飞行时，可以看作气流以飞行速度流向发动机，由于飞机飞行的速度是变化的，而压气机适应的来流速度是有一定的范围的，因而进气道的功能就是通过可调管道，将来流调整为合适的速度。在超音速飞行时，在进气道前和进气道内气流速度减至亚音速，此时气流的滞止可使压力升高十几倍甚至几十倍，大大超过压气机中的压力提高倍数，因而产生了单靠速度冲压，不需压气机的冲压喷气发动机。

　　进气道后的压气机是专门用来提高气流的压力的，空气流过压气机时，压气机工作叶片对气流做功，使气流的压力，温度升高。在亚音速时，压气机是气流增压的主要部件。

　　从燃烧室流出的高温高压燃气，流过同压气机装在同一条轴上的涡轮。燃气的部分内能在涡轮中膨胀转化为机械能，带动压气机旋转，在涡轮喷气发动机中，气流在涡轮中膨胀所做的功正好等于压气机压缩空气所消耗的功以及传动附件克服摩擦所需的功。经过燃烧后，涡轮前的燃气能量大大增加，因而在涡轮中的膨胀比远小于压气机中的压缩比，涡轮出口处的压力和温度都比压气机进口高很多，发动机的推力就是这一部分燃气的能量而来的。

　　从涡轮中流出的高温高压燃气，在尾喷管中继续膨胀，以高速沿发动机轴向从喷口向后排出。这一速度比气流进入发动机的速度大得多，使发动机获得了反作用的推力。

　　一般来讲，当气流从燃烧室出来时的温度越高，输入的能量就越大，发动机的推力也就越大。但是，由于涡轮材料等的限制，目前只能达到1650K左右，现代战斗机有时需要短时间增加推力，就在涡轮后再加上一个加力燃烧室喷入燃油，让未充分燃烧的燃气与喷入的燃油混合再次燃烧，由于加力燃烧室内无旋转部件，温度可达2000K，可使发动机的推力增加至1.5倍左右。其缺点就是油耗急剧加大，同时过高的温度也影响发动机的寿命，因此发动机开加力一般是有时限的，低空不过十几秒，多用于起飞或战斗时，在高空则可开较长的时间。

　　随着航空燃气涡轮技术的进步，人们在涡轮喷气发动机的基础上，又发展了多种喷气发动机，如根据增压技术的不同，有冲压发动机和脉动发动机；根据能量输出的不同，有涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴发动机和螺桨风扇发动机等。

　　喷气发动机尽管在低速时油耗要大于活塞式发动机，但其优异的高速性能使其迅速取代了后者，成为航空发动机的主流。

涡轮风扇发动机

　　自从惠特尔发明了第一台涡轮喷气发动机以后，涡轮喷气发动机很快便以其强大的动力、优异的高速性能取代了活塞式发动机，成为战斗机的首选动力装置，并开始在其他飞机中开始得到应用。

　　但是，随着喷气技术的发展，涡轮喷气发动机的缺点也越来越突出，那就是在低速下耗油量大，效率较低，使飞机的航程变得很短。尽管这对于执行防空任务的高速战斗机还并不十分严重，但若用在对经济性有严格要求的亚音速民用运输机上却是不可接受的。

　　要提高喷气发动机的效率，首先要知道什么式发动机的效率。发动机的效率实际上包括两个部分，即热效率和推进效率。为提高热效率，一般来讲需要提高燃气在涡轮前的温度和压气机的增压比，但在飞机的飞行速度不变的情况下，提高涡轮前温度将会使喷气发动机的排气速度增加，导致在空气中损失的动能增加，这样又降低了推进效率。由于热效率和推进效率对发动机循环参数矛盾的要求，致使涡轮喷气发动机的总效率难以得到较大的提升。

　　那么，如何才能同时提高喷气发动机的热效率和推进效率，也就是怎样才能既提高涡轮前温度又至少不增加排气速度呢？答案就是采用涡轮风扇发动机。这种发动机在涡轮喷气发动机的的基础上增加了几级涡轮，并由这些涡轮带动一排或几排风扇，风扇后的气流分为两部分，一部分进入压气机（内涵道），另一部分则不经过燃烧，直接排到空气中（外涵道）。由于涡轮风扇发动机一部分的燃气能量被用来带动前端的风扇，因此降低了排气速度，提高了推进效率，而且，如果为提高热效率而提高涡轮前温度后，可以通过调整涡轮结构参数和增大风扇直径，使更多的燃气能量经风扇传递到外涵道，就不会增加排气速度。这样，对于涡轮风扇发动机来讲，热效率和推进效率不再矛盾，只要结构和材料允许，提高涡轮前温度总是有利的。

　　目前航空用涡轮风扇发动机主要分两类，即不加力式涡轮风扇发动机和加力式涡轮风扇发动机。前者主要用于高亚音速运输机，后者主要用于歼击机，由于用途不同，这两类发动机的结构参数也大不相同。

　　不加力式涡轮风扇发动机不仅涡轮前温度较高，而且风扇直径较大，涵道比可达8以上，这种发动机的经济性优于涡轮喷气发动机，而可用飞行速度又比活塞式发动机高，在现代大型干线客机、军用运输机等最大速度为M0.9左右的飞机中得到广泛的应用。根据热机的原理，当发动机的功率一定时，参加推进的工质越多，所获得的推力就越大，不加力式涡轮风扇发动机由于风扇直径大，空气流量就大，因而推力也较大。同时由于排气速度较低，这种发动机的噪音也较小。

　　加力式涡轮风扇发动机在飞机巡航中是不开加力的，这时它相当于一台不加力式涡轮风扇发动机，但为了追求高的推重比和减小阻力，这种发动机的涵道比一般在1.0以下。在高速飞行时，发动机的加力打开，外涵道的空气和涡轮后的燃气一同进入加力燃烧室喷油后再次燃烧，使推力可大幅度增加，甚至超过了加力式涡轮喷气发动机，而且随着速度的增加，这种发动机的加力比还会上升，并且耗油率有所下降。加力式涡轮风扇发动机由于具有这种低速时较油耗低，开加力时推重比大的特点，目前已在新一代歼击机上得到广泛应用。

涡扇的。这可是国内的弱项！

脉动喷气发动机

　　　脉动喷气发动机是喷气发动机的一种，可用于靶机，导弹或航空模型上。德国纳粹在第二次世界大战的后期，曾用它来推动V-1导弹，轰炸过伦敦。这种发动机的结构如图所示，它的前部装有单向活门，之后是含有燃油喷嘴和火花塞的燃烧室，最后是特殊设计的长长的尾喷管。

　　脉动喷气发动机工作时，首先把压缩空气打入单向活门，或使发动机在空中运动，这时便有气流进入燃烧室，然后油咀喷油，火花塞点火燃烧。这时长尾喷管在燃气喷出后，由于燃气流的惯性作用，虽然燃烧室内的压强同外面大气的压强相等，仍会继续向外喷，所以在燃烧室内造成空气稀薄的现象，使压强显著降低到小于大气压，于是空气再次打开单向活门流入燃烧室，喷油点火燃烧，开始第二个循环。这样周而复始，发动机便可不断地工作了。这种发动机由进气到燃烧、排气的循环过程进行得很快，一秒钟大约可达40～50次。

　　脉动式发动机在原地可以起动，构造简单，重量轻，造价便宜。这些都是它的优点。但它只适于低速飞行（速度极限约为每小时640～800公里），飞行高度也有限，单向活门的工作寿命短，加上振动剧烈，燃油消耗率大等缺点，使得它的应用受到限制。

涡轮轴发动机

　　在带有压气机的涡轮发动机这一类型中，涡轮轴发动机出现得较晚，但已在直升机和垂直／短距起落飞机上得到了广泛的应用。

　　涡轮轴发动机于1951年12月开始装在直升机上，作第一次飞行。那时它属于涡轮螺桨发动机，并没有自成体系。以后随着直升机在军事和国民经济上使用越来越普遍，涡轮轴发动机才获得独立的地位。

　　在工作和构造上，涡轮轴发动机同涡轮螺桨发动机根相近。它们都是由涡轮风扇发动机的原理演变而来，只不过后者将风扇变成了螺旋桨，而前者将风扇变成了直升机的旋翼。除此之外，涡轮轴发动机也有自己的特点：它一般装有自由涡轮(即不带动压气机，专为输出功率用的涡轮)，而且主要用在直升机和垂直／短距起落飞机上。

　　在构造上，涡轮轴发动机也有进气道、压气机、燃烧室和尾喷管等燃气发生器基本构造，但它一般都装有自由涡轮，如图所示，前面的是两级普通涡轮，它带动压气机，维持发动机工作，后面的二级是自由涡轮，燃气在其中作功，通过传动轴专门用来带动直升机的旋翼旋转，使它升空飞行。此外，从涡轮流出来的燃气，经过尾喷管喷出，可产生一定的推力，由于喷速不大，这种推力很小，如折合为功率，大约仅占总功率的十分之一左右。有时喷速过小，甚至不产生什么推力。为了合理地安排直升机的结构，涡轮轴发动机的喷口，可以向上，向下或向两侧，不象涡轮喷气发动机那样非向后不可。这有利于直升机设计时的总体安排。

　　涡轮轴发动机是用于直升机的，它与旋翼配合，构成了直升机的动力装置。按照涡轮风扇发动机的理论，从理论上讲，旋翼的直径愈大愈好。同样的核心发动机，产生同样的循环功率，所配合的旋翼直径愈大，则在旋翼上所产生的升力愈大。事实上，由于在能量转换过程中有损失，旋翼也不可能制成无限大，所以，旋翼的直径是有限制的。——般说，通过旋翼的空气流量是通过涡轮轴发动机的空气流量的500-1000倍。

　　同涡轮轴发动机和直升机常用的另一种动力装置——活塞发动机采相比，涡轮轴发动机的功率重量比要大得多，在2.5以上。而且就发动机所产生的功率来说，涡轮轴发动机也大得多，目前使用中的涡轮轴发动机所产生的功率，最高可达6000马力甚至10000马力，活塞发动则相差很远。在经济性上，涡轮轴发动机的耗油率略高于最好的活塞式发动机，但它所用的航空煤油要比前者所用的汽油便宜，这在一定程度上得到了弥补。当然，涡轮轴发动机也有其不足之处。它制造比较困难，制造成本也较高。特别是由于旋翼的转速更低，它需要比涡轮螺旋桨发动机更重更大的减速齿轮系统，有时它的重量竟占发动机总重量一半以上。

涡轮螺旋桨发动机
　　一般来说，现代不加力涡轮风扇发动机的涵道比是有着不断加大的趋势的。因为对于涡轮风扇发动机来说，若飞行速度一定，要提高飞机的推进效率，也就是要降低排气速度和飞行速度的差值，需要加大涵道比；而同时随着发动机材料和结构工艺的提高，许用的涡轮前温度也不断提高，这也要求相应地增大涵道比。对于一架低速（500～600km/h）的飞机来说，在一定的涡轮前温度下，其适当的涵道比应为50以上，这显然是发动机的结构所无法承受的。

　　为了提高效率，人们索性便抛去了风扇的外涵壳体，用螺旋桨代替了风扇，便形成了涡轮螺旋桨发动机，简称涡桨发动机。涡轮螺旋桨发动机由螺旋桨和燃气发生器组成，螺旋桨由涡轮带动。由于螺旋桨的直径较大，转速要远比涡轮低，只有大约1000转/分，为使涡轮和螺旋桨都工作在正常的范围内，需要在它们之间安装一个减速器，将涡轮转速降至十分之一左右后，才可驱动螺旋桨。这种减速器的负荷重，结构复杂，制造成本高，它的重量一般相当于压气机和涡轮的总重，作为发动机整体的一个部件，减速器在设计、制造和试验中占有相当重要的地位。

　　涡轮螺旋桨发动机的螺旋桨后的空气流就相当于涡轮风扇发动机的外涵道，由于螺旋桨的直径比发动机大很多，气流量也远大于内涵道，因此这种发动机实际上相当于一台超大涵道比的涡轮风扇发动机。

　　尽管工作原理近似，但涡轮螺旋桨发动机和涡轮风扇发动机在产生动力方面却有着很大的不同，涡轮螺旋桨发动机的主要功率输出方式为螺旋桨的轴功率，而尾喷管喷出的燃气推力极小，只占总推力的5%左右，为了驱动大功率的螺旋桨，涡轮级数也比涡轮风扇发动机要多，一般为2～6级。

　　同活塞式发动机＋螺旋桨相比，涡轮螺旋桨发动机有很多优点。首先，它的功率大，功重比（功率/重量）也大，最大功率可超过10000马力，功重比为4以上；而活塞式发动机最大不过三四千马力，功重比2左右。其次，由于减少了运动部件，尤其是没有做往复运动的活塞，涡轮螺旋桨发动机运转稳定性好，噪音小，工作寿命长，维修费用也较低。而且，由于核心部分采用燃气发生器，涡轮螺旋桨发动机的适用高度和速度范围都要比活塞式发动机高很多。在耗油率方面，二者相差不多，但涡轮螺旋桨发动机所使用的煤油要比活塞式发动机的汽油便宜。

　　由于涵道比大，涡轮螺旋桨发动机在低速下效率要高于涡轮风扇发动机，但受到螺旋桨效率的影响，它的适用速度不能太高，一般要小于900km/h。目前在中低速飞机或对低速性能有严格要求的巡逻、反潜或灭火等类型飞机中的到广泛应用。

螺桨风扇发动机

　　螺桨风扇发动机是一种介于涡轮风扇发动机和涡轮螺旋桨发动机之间的一种发动机形式，其目标是将前者的高速性能和后者的经济性结合起来，目前正处于研究和实验阶段。

　　螺桨风扇发动机的结构见图，它由燃气发生器和一副螺桨-风扇（因为实在无法给这个又象螺旋桨又象风扇的东东起个名字，只好叫它螺桨-风扇）组成。螺桨-风扇由涡轮驱动，无涵道外壳，装有减速器，从这些来看它有一点象螺旋桨；但是它的直径比普通螺旋桨小，叶片数目也多（一般有6～8叶），叶片又薄又宽，而且前缘后掠，这些又有些类似于风扇叶片。

　　根据涡轮风扇发动机的原理，在飞行速度不变的情况下，涵道比越高，推进效率就越高，因此现代新型不加力涡轮风扇发动机的涵道比越来越大，已经接近了结构所能承受的极限；而去掉了涵道的涡轮螺旋桨发动机尽管效率较高，但由于螺旋桨的速度限制无法应用于M0.8~M0.95的现代高亚音速大型宽体客机，螺桨风扇发动机的概念则应运而生。

　　由于无涵道外壳，螺桨风扇发动机的涵道比可以很大，以正在研究中的一种发动机为例，在飞行速度为M0.8时，带动的空气量约为内涵空气流量的100倍，相当于涵道比为100，这是涡轮风扇发动机所望尘莫及的，将其应用于飞机上，可将高空巡航耗油率较目前高涵道比轮风扇发动机降低15%左右。

　　同涡轮螺旋桨发动机相比，螺桨风扇发动机的可用速度又高很多，这是由它们叶片形状不同所决定的。普通螺旋桨叶片的叶型厚度大以保证强度，弯度大以保证升力系数，从剖面来看，这种叶型实际上就是典型的低速飞机的机翼剖面形状，它在低速情况下效率很高，但一旦接近音速，效率就急剧下降，因此装有涡轮螺旋桨发动机的飞机速度限制在M0.6~M0.65左右；而螺桨-风扇的既宽且薄、前缘尖锐并带有后掠的叶型则类似于超音速机翼的剖面形状，这种叶型的跨音速性能就要好的多，在飞行速度为M0.8时仍有良好的推进效率，是目前新型发动机中最有希望的一种。

　　当然，螺桨风扇发动机也有其缺点，由于转速较高，产生的振动和噪音也较大，这对舒适性有严格要求的客机来讲是一个难题。另外，暴露在空气中的螺桨-风扇的气动设计也是目前研究的难点所在。

冲压喷气发动机
　　冲压喷气发动机是一种利用迎面气流进入发动机后减速，使空气提高静压的一种空气喷气发动机。它通常由进气道（又称扩压器）、燃烧室、推进喷管三部组成。冲压发动机没有压气机（也就不需要燃气涡轮），所以又称为不带压气机的空气喷气发动机。

　　这种发动机压缩空气的方法，是靠飞行器高速飞行时的相对气流进入发动机进气道中减速，将动能转变成压力能（例如进气速度为3倍音速时，理论上可使空气压力提高37倍）。冲压发动机的工作时，高速气流迎面向发动机吹来，在进气道内扩张减速，气压和温度升高后进入燃烧室与燃油（一般为煤油）混合燃烧，将温度提高到2000一2200℃甚至更高，高温燃气随后经推进喷管膨胀加速，由喷口高速排出而产生推力。冲压发动机的推力与进气速度有关，如进气速度为3倍音速时，在地面产生的静推力可以超过2OO千牛。

　　冲压发动机的构造简单、重量轻、推重比大、成本低。但因没有压气机，不能在静止的条件下起动，所以不宜作为普通飞机的动力装置，而常与别的发动机配合使用，成为组合式动力装置。如冲压发动机与火箭发动机组合，冲压发动机与涡喷发动机或涡扇发动机组合等。安装组合式动力装置的飞行器，在起飞时开动火箭发动机、涡喷或涡扇发动机，待飞行速度足够使冲压发动机正常工作的时，再使用冲压发动机而关闭与之配合工作的发动机；在着陆阶段，当飞行器的飞行速度降低至冲压发动机不能正常工作时，又重新起动与之配合的发动机。如果冲压发动机作为飞行器的动力装置单独使用时，则这种飞行器必须由其他飞行器携带至空中并具有一定速度时，才能将冲压发动机起动后投放。冲压发动机或组合式冲压发动机一般用于导弹和超音速或亚音速靶机上。按应用范围划分，冲压发动机分为亚音速、超音速、高超音速三类。

　　一、亚音速冲压发动机

　　亚音速冲压发动机使用扩散形进气道和收敛形喷管，以航空煤油为燃料。飞行时增压比不超过 1.89，飞行马赫数小于 O.5时一般不能正常工作。亚音速冲压发动机用在亚音速航空器上，如亚音速靶机。

　　二、超音速冲压发动机

　　超音速冲压发动机采用超音速进气道（燃烧室入口为亚音速气流）和收敛形或收敛扩散形喷管，用航空煤油或烃类燃料。超音速冲压发动机的推进速度为亚音速～6倍音速，用于超音速靶机和地对空导弹（一般与固体火箭发动机相配合）。

　　三、高超音速冲压发动机

　　这种发动机燃烧在超音速下进行，使用碳氢燃料或液氢燃料，飞行马赫数高达5～16，目前高超音速冲压发动机正处于研制之中。由于超音速冲压发动机的燃烧室入口为亚音速气流，也有将前两类发动机统称为亚音速冲压发动机，而将第三种发动机称为超音速冲压发动机。

火箭发动机

　　火箭发动机是我国劳动人民首先创造出来的。早在唐代初年(约在七世纪）火药就出现了，南宋时代火药用来制造烟火，其中包括“起花”。大约在十三世纪制成火箭。我国古代制造的火箭和起花所用的是黑色火药。它们的工作原理和现代的固体燃料火箭是一样的。

　　同空气喷气发动机相比较，火箭发动机的最大特点是：它自身既带燃料，又带氧化剂，靠氧化剂来助燃，不需要从周围的大气层中汲取氧气。所以它不但能在大气层内，也可在大气层之外的宇宙真空中工作。这是任何空气喷气发动机都做不到的。目前发射的人造卫星、月球飞船以及各种宇宙飞行器所用的推进装置，都是火箭发动机。

　　现代火箭发动机主要分固体推进剂和液体推进剂发动机。所谓“推进剂”就是燃料（燃烧剂）加氧化剂的合称。

　　一、固体火箭发动机

　　固体火箭发动机为使用固体推进剂的化学火箭发动机。固体推进剂有聚氨酯、聚丁二烯、端羟基聚丁二烯、硝酸酯增塑聚醚等。

　　固体火箭发动机由药柱、燃烧室、喷管组件和点火装置等组成。药柱是由推进剂与少量添加剂制成的中空圆柱体（中空部分为燃烧面，其横截面形状有圆形、星形等）。药柱置于燃烧室（一般即为发动机壳体）中。在推进剂燃烧时，燃烧室须承受2500～3500度的高温和102～2×107帕的高压力，所以须用高强度合金钢、钛合金或复合材料制造，并在药柱与燃烧内壁间装备隔热衬。

　　点火装置用于点燃药柱，通常由电发火管和火药盒（装黑火药或烟火剂）组成。通电后由电热丝点燃黑火药，再由黑火药点火燃药拄。

　　喷管除使燃气膨胀加速产生推力外，为了控制推力方向，常与推力向量控制系统组成喷管组件。该系统能改变燃气喷射角度，从而实现推力方向的改变。

　　药柱燃烧完毕，发动机便停止工作。

　　固体火箭发动机与液体火箭发动机相比较，具有结构简单，推进剂密度大，推进剂可以储存在燃烧到中常备待用和操纵方便可靠等优点。缺点是“比冲”小（也叫比推力，是发动机推力与每秒消耗推进剂重量的比值，单位为秒）。固体火箭发动机比冲在250～300秒，工作时间短，加速度大导致推力不易控制，重复起动困难，从而不利于载人飞行。

　　固体火箭发动机主要用作火箭弹、导弹和探空火箭的发动机，以及航天器发射和飞机起飞的助推发动机。

　　二、液体火箭发动机

　　液体火箭发动机是指液体推进剂的化学火箭发动机。常用的液体氧化剂有液态氧、四氧化二氮等，燃烧剂由液氢、偏二甲肼、煤油等。氧化剂和燃烧剂必须储存在不同的储箱中。

　　液体火箭发动机一般由推力室、推进剂供应系统、发动机控制系统组成。

　　推力室是将液体推进剂的化学能转变成推进力的重要组件。它由推进剂喷嘴、燃烧室、喷管组件等组成，见图。推进剂通过喷注器注入燃烧室，经雾化，蒸发，混合和燃烧等过成生成燃烧产物，以高速（2500一5000米／秒）从喷管中冲出而产生推力。燃烧室内压力可达2O0大气压（约20OMPa）、温度300O～4000℃，故需要冷却。

　　推进剂供应系统的功用是按要求的流量和压力向燃烧室输送推进剂。按输送方式不同，有挤压式（气压式）和泵压式两类供应系统。挤压式供应系统是利用高压气体经减压器减压后（氧化剂、燃烧剂的流量是靠减压器调定的压力控制）进入氧化剂、燃烧剂贮箱，将其分别挤压到燃烧室中。挤压式供应系统只用于小推力发动机。大推力发动机则用泵压式供应系统，这种系统是用液压泵输送推进剂。

　　发动机控制系统的功用是对发动机的工作程序和工作参数进行调节和控制。工作程序包括发动机起动、工作。关机三个阶段，这一过程是按预定程序自动进行的。工作参数主要指推力大小、推进剂的混合比。

　　液体火箭发动机的优点是比冲高（25O～5OO秒），推力范围大（单台推力在1克力～700吨力）、能反复起动、能控制推力大小、工作时间较长等。液体火箭发动机主要用作航天器发射、姿态修正与控制、轨道转移等。

　　三、其他能源的火箭发动机

　　（一）电火箭发动机
　　电火箭发动机是利用电能加速工质，形成高速射流而产生推力的火箭发动机。与化学火箭发动机不同，这种发动机的能源和工质是分开的。电能由飞行器提供，一般由太阳能、核能、化学能经转换装置得到。工质有氢、氮、氩、汞、氨等气体。

　　电火箭发动机由电源、电源交换器、电源调节器、工质供应系统和电推力器组成。电源和电源交换器供给电能；电源调节器的功用是按预定程序起动发动机，并不断调整电推力器的各种参数，使发动机始终处于规定的工作状态；工质供应系统则是贮存工质和输送工质；电推力器的作用是将电能转换成工质的动能，使其产生高速喷气流而产生推力。

　　按加速工质的方式不同，电火箭发动机有电热火箭发动机、静电火箭发动机和电磁火箭发动机的三种类型。电热火箭发动机利用电能加热（电阻加热或电弧加热）工质（氢、胺、肼等），使其气化；经喷管膨胀加速后，由喷口排出而产生推力。静电火箭发动机的工质（汞、铯、氢等）从贮箱输入电离室被电离成离子，然后在电极的静电场作用下加速成高速离子流而产生推力。电磁火箭发动机是利用电磁场加速被电离工质而产生射流，形成推力。电火箭发动机具有极高的比冲（70O～250O秒）、极长的寿命（可重复起动上万次、累计工作可达上万小时）。但产生的推力小于10ON。这种发动机仅适用于航天器的姿态控制、位置保持等。

　　（二）核火箭发动机
　　核火箭发动机用核燃料作能源，用液氢、液氦、液氨等作工质。核火箭发动机由装在推力室中的核反应堆、冷却喷管、工质输送系统和控制系统等组成。在核反应堆中，核能转变成热能以加热工质，被加热的工质经喷管膨胀加速后，以6500～1100O米／秒的速度从喷口排出而产生推力。核火箭发动机的比冲高（250～1000秒）寿命长，但技术复杂，只适用于长期工作的航天器。这种发动机由于核辐射防护、排气污染、反应堆控制，以及高效热能交换器的设计等问题未能解决，至今仍处于试验之中。此外，太阳加热式和光子火箭发动机尚处于理论探索阶段。

喷气发动机的推重比

　　喷气发动机的推力和发动机的净重之比，称为发动机的推重比。

　　推重比是一个综合性的性能指标，它不仅体现喷气发动机在气动热力循环方面的水平，也体现了结构方面的设计水平。目前，高性能的加力式涡轮风扇发动机的推重比可达8～10。

推进效率

　　喷气发动机既是发动机又是推进器，因此就存在一个推进效率的问题。所谓推进效率，就是指发动机传递给飞行器的推进功率与其产生的总机械功率之比，即：

　　推进效率 = 传给飞行器的推进功率 / 进排气的机械能之差

　　根据计算可知，发动机的推进效率仅与进气速度（等于飞机飞行速度）和排气速度有关：

推进效率 =
2
———————————
1+排气速度/进气速度

　　由此可见，喷气发动机的推进效率由排气速度和飞行速度的比值决定，比值越大，推进效率越低。

在结构上，通常将喷气发动机的压气机、燃烧室和涡轮叫做核心发动机或燃气发生器。

　　当空气流经涡轮风扇发动机的前端风扇后，分为两个部分：一部分气流进入燃气发生器，叫做内涵道；另一部分从燃气发生器的外围通过，称为外涵道。外涵道与内涵道的流量之比，叫做涵道比，也叫流量比。

俄罗斯飞机命名法

　　世界上绝大多数国家的军用飞机命名方法都是机种代号加上序列号及改型号。然而，俄罗斯/前苏联的飞机命名方式却有一点不同。俄罗斯/前苏联的飞机不论军用或民用，其型号都由三部分组成，例如苏-27K飞机，其名称便可分成“苏”、“27”、“K”(俄文字母)三部分。下面我们就来看一看这三部分所表示的意思。

　　第一部分“苏”为设计局名称“苏霍伊”的第一个音，表明这种飞机是由哪个设计局设计的。所有苏霍伊设计局的飞机都是以“苏”打头,而安东诺夫设计局的飞机则以“安”开头。前苏联航空工业部一共有11个独立的设计局，而设计局则都是以设计师的名字命名的。

　　前苏联的设计局一览表　

飞机名
设计局名称
主要设计机种

图-(Tu-)
图波列夫设计局
运输机、轰炸机、预警机、截击机

苏- (Su-)
苏霍伊设计局
歼击轰炸机、截击机

伊尔- (Il-)
伊留申设计局
运输机、轰炸机、强击机

米格-(MiG-)
米高扬/格列维奇设计局
歼击机、截击机

雅克- (Yak-)
雅可夫列夫设计局
截击机、轰炸机、垂直起降强击机、教练机

安- (An-)
安东诺夫设计局
运输机

米- (Mi-)
米里设计局
直升机

卡- (Ka-)
卡莫夫设计局
舰载反潜直升机

拉- (La-)
拉夫契金设计局
最初为歼击机，后改为无人机

别- (Be-)
别利也夫设计局
水上飞机

米亚-(Mya-)
米亚西歇夫设计局
最初为战略轰炸机，后改为航天器

　　如今，这些设计局全部都在原来的基础上重新改组，如在原苏霍伊设计局的基础上组建了苏霍伊航空联合体，在图波列夫设计局及相关工厂组建了图波列夫航空联合体等，但命名的方法依然沿用了下来。

　　第二部分为设计序列号，由拉伯数码构成。如米格-31、安-22、图-22等。而且一般来说，在俄罗斯飞机的顺序号中，战斗机(歼击机和截击机)使用单数序列号，而其他飞机如轰炸机、运输机、教练机等都用双数序列号。

　　第三部分为俄文字母构成的改型记号。如п表示装有搜索跟踪雷达的全天候型，Ф表示加大推力型，М表示经过改装，Б表示改型为强击或轰炸用，Р表示改型为侦察机用，С表示设有附面层吹出装置等。

　　另外，北大西洋公约组织为了方便起见，给每一种俄罗斯飞机都选用一个英文单词作为绰号。他们将俄罗斯的飞机分成战斗机、轰炸机、运输机、直升机和其他飞机五类，战斗机(Fighter)的绰号就选以F开头的单词；轰炸机(Bomber)的绰号就选以B开头的单词；运输机(Carrier)的绰号就选以C开头的单词；直升机(Helicopter)的绰号就选以H开头的单词；其它飞机(Miscellaneous)的绰号就选以M开头的单词。如战斗机苏-27的绰号为Franker(侧卫)，轰炸机图-20的绰号为Bear(熊)。

美国军用飞机命名法
　　美国军用飞机的命名基本上是由英文字母加数字组成，常见的为机种代号加上序列号，如F-14，F-15等。然而，有许多飞机的名称却有两个以上的字母，如AV-8B，TR-1A等，这些又表示什么意思呢?

　　1962年，美国国防部规定了军用飞机的统一命名方法，即命名使用代号和名称，代号则包括机种代号、序列代号、改型代号、任务变更代号和状态代号。具体说明如下：

　　当然，我们常见的美国飞机一般由两、三个代号组成，较少有状态代号和任务变更代号，如F-16B、A-10、B-52H等。由四个代号组成的飞机，一般是在机种代号前加上任务变更代号(如YF-22、XV-15等)或者状态代号(如AV-8B、TR-1A等)，极少数飞机既包括任务变更代号又同时包括状态代号。下面我们来看一个使用两个任务变更代号的例子：

　　RAH-66“科曼奇”(Comanche)直升机名称中，H(直升机)是直升机机种代号，R(侦察)和A(攻击)则是任务变更代号。因此，从名称上我们就可以知道，RAH-66“科曼奇”是美国用于侦察和攻击的武装直升机。
F-14B

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名词术语

　　迎角(Angle of attack) 对于固定翼飞机，机翼的前进方向(相当与气流的方向)和翼弦(与机身轴线不同)的夹角叫迎角，也称为攻角，它是确定机翼在气流中姿态的基准。

　　对于直升机和旋翼机，迎角的表示方法与固定翼飞机略有不同，它是指与前进方向垂直的轴和旋翼的控制轴之间的夹角。

　　侧滑角（side slip angle）是指飞机的轴线与飞机的飞行速度方向在水平面内的夹角。侧滑角是确定飞机飞行姿态的重要参数。

　　过载（overload）作用在飞机上的气动力和发动机推力的合力与飞机重力之比称为飞机的过载。飞机所能承受过载的大小是衡量飞机机动性的重要参数。过载越大，飞机的受力越大，为保证飞机的安全，飞机的过载不能过大。飞行员在机动飞行中也会因为过载大于一或者小于一而承受超重和失重。飞行员所能承受的最大过载一般不能超过8。

　　边条(Strake) 边条是指附加于机身或机翼机身结合处的小翼面，包括机身边条和机翼边条两种。机身边条位于机身左右两侧，宽度相等；而机翼边条则是位于机翼机身结合处近似三角形的小翼面。采用边条翼结构可以减少阻力，改善飞机的操作性。

　　上反角(Dihedral angle) 上反角是指机翼基准面和水平面的夹角，当机翼有扭转时，则是指扭转轴和水平面的夹角。当上反角为负时，就变成了下反角(Cathedral angle)。

　　三角翼(Delta wing) 指平面形状呈三角形的机翼。三角翼的特点是后掠角大，结构简单，展弦比小，适合于超音速飞行。

　　马赫数(Mach number) 常写作M数，它是高速流的一个相似参数。我们平时所说的飞机的M数是指飞机的飞行速度与当地大气(即一定的高度、温度和大气密度)中的音速之比。比如M1.6表示飞机的速度为当地音速的1.6倍。

　　推力重量比(Thrust-weight ratio)表示发动机单位重量所产生的推力，简称为推重比，是衡量发动机性能优劣的一个重要指标，推重比越大，发动机的性能越优良。当前先进战斗机的发动机推重比一般都在10以上。

　　翼载(Wing loading) 翼载是指飞机的满载重量W和飞机的机翼面积S的比值W/S。翼载的大小直接影响到飞机的机动性能、爬升性能以及起飞着陆性能等。

　　襟翼(Flap) 襟翼是安装在机翼后缘附近的翼面，是后缘的一部分。襟翼可以绕轴向后下方偏转，从而增大机翼的弯度，提高机翼的升力。襟翼的类型有很多，如简单襟翼、开缝襟翼、多缝襟翼、吹气襟翼等等。

　　副翼(Aileron)　是指安装在机翼翼梢后缘的一小块可动的翼面。飞行员操纵左右副翼差动偏转所产生的滚转力矩可以使飞机做横滚机动。

　　副油箱(Droppable fuel tank) 是指挂在机身或机翼下面的中间粗、两头尖呈流线型的燃油箱。挂副油箱可以增加飞机的航程和续航时间，而飞机在空战时又可以扔掉副油箱，以较好的机动性投入战斗。

风切变

　　风切变是一种大气现象，是风速在水平和垂直方向的突然变化。由于速度是矢量，有大小有方向，所以风切变包括水平风的垂直切变，水平风的水平切变以及垂直风的切变。风切变是导致飞行事故的大敌，特别是低空风切变。国际航空界公认低空风切变是飞机起飞和着陆阶段的一个重要危险因素。

　　为什么低空风切变会有如此的危害性呢？这是由风切变的本身特性造成的。以危害性最大的微下冲气流为例，它是以垂直风切变为主要特征的综合风切变区。由于在水平方向垂直运动的气流存在很大的速度梯度，也就是说垂直运动的风速会出现突然的加剧，就产生了特别强的下降气流，被称为微下冲气流。这个强烈的下降气流存在一个有限的区域内，并且与地面撞击后转向与地面平行而变成为水平风，风向以撞击点为圆心四面发散，所以在一个更大一些的区域内，又形成了水平风切变。如果飞机在起飞和降落阶段进入这个区域，就有可能造成失事。比如，当飞机着陆时，下滑通道正好通过微下冲气流，那么飞机会突然的非正常下降，偏离原有的下滑轨迹，有可能高度过低造成危险。当飞机飞出微下冲气流后，又进入了顺风气流，使飞机与气流的相对速度突然降低，由于飞机在着陆过程中本来就在不断减速，我们知道飞机的飞行速度必须大于最小速度才能不失速，突然的减速就很可能使飞机进入失速状态，飞行姿态不可控，而在如此低的高度和速度下，根本不可能留给飞行员空间和时间来恢复控制，从而造成飞行事故。

　　据统计，风切变飞行事故都发生在300米以下的起飞和着陆飞行阶段，尤其以着陆阶段为甚。占78％。风切变说到底是一个飞机能量管理问题。如当遇到使飞机性能降低的风切变时，飞机如具有机动的能量能加速以克服风切变而改出，就可以转危为安。若飞行高度很低，机动能量余量不足，飞机抗拒不了突然袭来的风切变，则只能失速掉高度以致坠机。反之，飞行高度较高，飞机机动能量余量较大，则往往不易发生不可抗拒的机毁人亡事故。

　　由于风切变现象具有时间短、尺度小、强度大的特点，从而带来了探测难、预报难、航管难、飞行难等一系列困难，是一个不易解决的航空气象难题。因此，目前对付风切变得最好办法就是避开它。因为某些强风切变是现有飞机的性能所不能抗拒的。进行风切变的飞行员培训和飞行操作程序设置，在机场安装风切变探测和报警系统，以及机载风切变探测、告警、回避系统，都是目前减轻和避免风切变危害的主要途径。

黑匣子

　　空难事故发生后，飞机往往解体，甚至被烈火烧毁。人们到现场救援的时候，总是会寻找一个东西，它的名字大家已经耳熟能详了，对了，这就是被誉为空难“见证人”的黑匣子。它可以给调查人员提供证据，帮组他们了解事故的真相。

　　实际上，黑匣子是飞机上的记录仪器，一种是飞行数据记录仪。它能将飞机的高度、速度、航向、爬升率、下降率、加速情况、耗油量、起落架放收、格林威治时间，还有飞机系统工作状况和发动机工作参数等飞行参数都记录下来。另一种是座舱话音记录仪。它实际上就是一个无线电通话记录器，可以记录飞机上的各种通话。这一仪器上的4条音轨分别记录飞行员与地面指挥机构的通话，正、副驾驶员之间的对话，机长、空中小姐对乘客的讲话．威胁、爆炸、发动机声音异常，以及驾驶舱内各种声音。黑匣子能够向调查者提供飞机出事故前各系统的运转情况。因为空难发生在短暂的瞬间，有时飞行员和全部乘务员同时遇难，调查事故的原因会有很大困难，而飞行数据记录仪可以向人们提供飞机失事瞬间和失事前一段时间里，飞机的飞行状况、机上设备的工作情况等。而座舱语言记录仪能帮助人们根据机上人员的各种对话分析事故原因，以便对事故作出正确的结论。为了承受飞机坠毁时的猛烈撞击和高温烈焰，黑匣子的外壳具有很厚的钢板和许多层绝热防冲击保护材料。而且为了尽可能的安全，黑匣子通常安装在飞机尾部最安全的部位，也就是失事时最不易损坏的部位，在飞机坠毁时，黑匣子在1100摄氏度的火焰中能经受30分钟的烧烤，能承受2吨重的物体挤压5分钟，能够在汽油、机油、油精、电池、酸液、海水中浸泡几个月，总之，它能在许多恶劣的条件安然无恙。就算这样的保护，仍然在有些空难中黑匣子遭到了损坏，所以国际航空机构又规定了更加严格的标准，而且记录介质也从磁带式改进成为能承受更大冲击的静态存储记录仪，类似于计算机里的存储芯片。

　　其实，黑匣子并不是黑色的，为了便于人们搜寻，它被涂上了鲜艳的桔黄色，也许是人们觉得它里面存储了东西对飞机事故的鉴定意义重大吧，实在是太神秘了，所以使用了这样一个同样神秘的名字――“黑匣子”。

焦　点

　　焦点是这样的一个点—当飞机的攻角发生变化时，飞机的气动力对该点的力矩始终不变，因此它可以理解为飞机气动力增量的作用点。焦点的位置是决定飞机稳定性的重要参数。焦点位于飞机重心之前则飞机是不稳定的，焦点位于飞机重心之后则飞机是稳定的。

　　我们知道，当飞机处于平衡状态时，作用在飞机上的所有气动力的作用点一定与飞机的中心重合。当飞机受到扰动或其他原因攻角发生改变，作用在飞机上的气动力会发生变化，不仅是大小的变化，作用点也会发生变化。这时，我们可以通过力的合成原理，将气动力分解成两部分，一部分是飞机在原来的平衡位置所受到的气动力，仍然作用于重心；另一部分是气动力的改变量，作用点就是飞机的焦点。

　　如图，蓝色的点就是飞机的焦点。飞机在受到一个使攻角增大的扰动情况下，增加的气动力就作用在焦点上，如果飞机的焦点位于重心之后，则气动力增量将对重心产生一个低头力矩，使飞机攻角减小，飞行员即使不加以控制，飞机仍然能够回到原来的平衡位置；如果焦点位于重心之前，气动力增量对重心产生的将是抬头力矩，使飞机继续抬头，偏离继续扩大，如果飞行员不及时加以控制，将导致飞行稳定性的丧失直至发生飞行事故。

　　飞机的焦点位置在整个攻角的变化范围内也是变化的，焦点在机身上的前极限位置被称为前焦点位置，相应的，焦点在机身上的后极限位置被称为后焦点位置，在九十多年飞机发展的过程中，前七十多年里人们都极力将飞机的前焦点控制在飞机的重心之后，以保证飞机具有足够的稳定性，但是为此却必须付出机动性下降的代价。自从七十年代开始出现电传操纵以来，人们通过计算机的帮助完全可以保证飞机的稳定飞行，焦点位置也没有必要一定位于重心之后了，所以现代的高性能战斗机都是采用电传操纵的不稳定飞机。这样的飞机由于焦点的位置靠前，不仅机动性大大提高，还提高的总升力，并且减小了配平阻力。

失　速

　　我们知道，机翼能够产生升力是因为机翼上下存在着压力差。但是这是有前提条件的，就是要保证上翼面的的气流不分离。

　　当机翼的迎角较小时，在相同的时间里气流绕过上翼面所通过的路程比流过下翼面的路程长，所以上翼面的气流速度比下翼面的快，由于气流的速度越快压力就越低，因而产生了上下翼面的压力差。

　　但是如果机翼的迎角大到了一定程度，靠近机翼翼面附近的气流在绕过上翼面时，由于自身粘性的作用，流速会减慢，甚至减慢到零，而上游尚未减速的气流仍然源源不断地流过来，减速了的气流就成为了阻碍，最后气流就不可能再沿着机翼表面流动了，它将从表面抬起进入外层的绕流，这就叫做边界层分离。当气流从机翼表面抬起时，受外层气流的带动，向后下方流动，最后就会卷成一个封闭的涡，叫做分离涡。像这样旋转的涡中的压力是不变的，它的压力等于涡上方的气流的压力。而涡上方的气流流线弯曲程度并不大，所以其压力与下翼面的压力相比小不了多少，这样机翼的升力就比原来减小了。这种情况就叫作失速，对应的机翼迎角叫做失速迎角或临界迎角。机翼失速示意图

　　如果我们给出机翼的升力系数和机翼迎角之间的关系，可以看出，当机翼的迎角达到临界迎角之前，升力系数随迎角增大而增大；当迎角超过临界迎角之后，升力系数就下降了。由于机翼的升力系数与升力成正比，所以说明了当机翼迎角大到一定程度之后，升力的确下降了。机翼升力系数与迎角的关系

　　失速之后的机翼气动效率极低，已经不能够产生足够的有效升力。所以对现在的飞机，都要求在临界迎角以下一定范围内飞行，不允许靠近更不允许超过，以避免发生尾旋等危险。

尾　旋

　　尾旋是飞机在超过临界迎角后绕其自身的三根轴自转的同时、重心沿陡的螺旋线航迹急剧下降的自发运动，又称螺旋。尾旋的特点是迎角大，约20度-70度；螺旋半径小，甚至只有几米；旋转角速度高可达每秒几弧度，下沉速度大，甚至达每秒百米。

尾旋阶段示意图

　　尾旋不是飞机的正常飞行状态，一般是因为飞行员操作不当造成飞机迎角过大或遇到突风而发生的。由于尾旋的不可控性，极易造成飞机的坠毁，正常情况下应该尽量避免进入尾旋。但为了训练飞行员遇到尾旋时的处理能力及研究尾旋的改出方法，某些机动性较高飞机，如歼击机、教练机，允许有意进入尾旋并改出。机动性较差的飞机，如轰炸机、侦察机以及非机动性飞机，如旅客机、运输机，则严禁进入尾旋。由于尚不能保证飞机在任何情况下都不会意外地进入尾旋，多年来尾旋事故屡有发生。

　　完整的尾旋运动由三个阶段组成，即进入阶段、尾旋阶段和改出阶段。尾旋阶段又可分成尾旋过渡阶段和垂直尾旋阶段。垂直尾旋阶段是研究尾旋的主要阶段。根据飞机是由正飞或倒飞进入，尾旋又分为正尾旋和反尾旋。根据尾旋时飞机俯仰角的不同，尾旋还可分为陡尾旋、缓尾旋和平尾旋。

　　采用失速特性较好的翼型和机翼平面形状，尽量使质量沿机冀机身分布合理，减少大迎角时机翼、机身对尾翼的遮蔽以提高舱面效率等，是保证飞机具有满意尾旋特性所经常采用的设计措施

超音速巡航

　　超音速巡航能力，是要求飞机具有在发动机不开加力的情况下，能在M1.5以上做超过30分钟的超音速飞行。

　　目前的常规战斗机，只有打开加力时才能做超音速飞行，而且耗油量会猛增1-2倍。超音速飞行时间只有几分钟，而且机动性也较差。而具有超音速巡航能力的飞机，可以克服以上不足，大大提高其作战效能：可以更快的速度飞抵战区执行任务；可以高速脱离战区摆脱敌机攻击；可以外推拦截线，使敌方轰炸机和攻击机在更远处被拦截；可以超音速状态发射导弹扩大攻击区。

　　由此可见，具有超音速巡航能力将是第四代战斗机所必须具备的技术指标。美国的第四代战斗机F-22就具有超音速巡航能力。

　　那么怎么才能使战斗机具有超音速巡航能力呢？主要措施有两条：一是采用先进的气动外形设计，使飞机的阻力尽量减少：翼身融合体技术就是一种，它能提高飞机的升阻比，减少超、跨音速波阻。二是采用性能先进的发动机，使发动机最大推力大，具有较好的速度特性。从目前研制的水平来看，最佳方案是选用小流量比加力涡扇发动机。

　　美国的F-22飞机之所以具有真正有效的超音速巡航能力，首先是采用了先进的气动外形设计。主要内容有：翼身融合技术；大根梢比的切尖菱形机翼，前缘后掠角为42度，后缘前掠角为17度，襟翼前缘和主翼后缘均各带弧度；保形天线、保形武器舱和菱形进气道等等，这些设计使飞机气动外形干净光滑，气动阻力小。

　　其次，是采用了先进的动力装置。该机装有两台F119加力涡扇发动机。由于发动机在设计中采用耐高温材料和先进热循环技术，将涡轮前燃气温度提高到1853-1923K，总增压比提高到25，因而产生的推力大(单台最大推力为104.5千牛（即为10663公斤）。使其有足够的剩余推力。同时，又因其流量比小(只有0.15-0.25)，使其速度特性得到改善。不存在推力不够和过分耗油问题，所以，在不加力的情况下就可使飞机飞行速度达到超音速，而使它具有超音速巡航能力。
能够超音速巡航的 F-22发动机 F-119

主动控制技术

　　主动控制技术（Active Control Technology），是由美国率先提出的一种飞机设计和控制技术。从飞机设计的角度来说，主动控制技术就是在飞机设计的初始阶段就考虑到电传飞行控制系统对总体设计的影响，充分发挥飞行控制系统潜力的一种飞行控制技术。F-16是世界上第一架采用主动控制思想设计的飞机。

　　采用主动控制技术的设计方法和常规设计方法有什么不同呢？我们就从常规的飞机设计方法谈起。常规的飞机设计方法的过程是这样的：根据任务要求，考虑气动力、结构强度和发动机三大因素，并在它们之间进行折衷以满足任务要求，这样为获得某一方面的性能就必须在其他方面作出让步或牺牲，例如为实现更好的气动稳定性就必须在尾翼的重量和阻力方面付出代价。折衷之后就确定了飞机的构形，再经过风洞吹风后，对飞机的各分系统（其中包括飞行控制系统）提出设计要求。这里飞行控制系统和其他分系统一样，处于被动地位，其基本功能是辅助驾驶员进行姿态航迹控制。

常规设计方法的设计步骤

　　而采用主动控制技术的设计方法则打破了这一格局，把飞行控制系统提高到和上述三大因素同等重要的地位，成为选型必须考虑的四大因素之一，并起积极作用。在飞机的初步设计阶段就考虑全时间、全权限的电传飞行控制系统的作用，综合选形，选形后再对飞行控制系统以外的其他分系统提出设计要求。这样就可以放宽对气动、结构和发动机方面的限制，依靠控制系统主动提供人工补偿，于是飞行控制由原来的被动地位变为主动地位，充分发挥了飞行控制的主动性和潜力，因而称这种技术为主动控制技术。

采用主动控制技术的设计方法的设计步骤

　　正是由于采用主动控制技术的设计方法在选形和布局的过程中，都将控制系统作为一个主要因素来考虑，所以这种技术又被称作随控布局技术（Control Configured Vehicle）。

　　主动控制思想的出现是由两个因素促成的，一个是美国空军战略思想的改变，从要导弹不要飞机变成发展机动性好的空中优势战斗机，正是提高飞机机动性的努力使主动控制技术走向航空科技的前缘；第二个是现代自动飞行控制技术和电子计算机的迅速发展，为主动控制技术的实现奠定了物质基础。从控制的角度来说，主动控制技术实际上是自动控制系统的反馈原理的应用和发展。飞机上最早的应用就是自动驾驶仪，但早期的自动驾驶仪主要是为减轻驾驶员保持姿态、航向的工作负担，在飞行个可以接通或断开，因此它对飞机设计本身不产生直接影响。随着超音速飞机的出现，产生了高空飞行气动阻尼不足的问题。其中最突出的是航向稳定问题，为此采用了增稳系统造成人工阻尼来解决，由于增稳系统所阻尼的是频率较高的短周期振动，这是驾驶员来不及反应并进行手操纵的，因此增稳系统的功能是驾驶员无法取代的。增稳系统的采用，减轻了飞机本身的设计任务，因此它的采用对飞机设计产生了直接影响。这些增稳系统仍然采用机械系统来进行控制，然而在越南战争中，美军被击落的飞机中有30%是被地面炮火击中机械操纵系统而导致坠毁的，因此提出了电传操纵系统的概念。正是电传操纵系统的运用，成为了主动控制技术的物质载体。

　　采用主动控制技术的飞机可以具有以下一些功能：
　　1．放宽静稳定度
　　2．实现直接力控制
　　3．控制机动载荷
　　4．控制突风载荷
　　5．控制机体颤振
　　6．采用综合火控/飞行/推力控制系统

　　采用主动控制技术之后，对飞机的性能有很大提高，主要表现在：
　　1．减小飞机尺寸，减轻结构重量，降低巡航阻力，增大航程；
　　2．提高战斗机的机动性和完成作战任务的效率；
　　3．减少结构疲劳损坏，延长使用寿命，改善乘座品质和着陆性能，减轻驾驶员工作负担；
　　4．降低制造成本和维护费用；

　　国外的第三代战斗机都广泛采用了主动控制技术，例如F-16，F-18，Su-27，Mig-29等等。民航机也有采用主动控制技术的，例如波音777，空中客车A320等等。

上图为一般控制技术
下图为主动控制技术
修改于：2004-8-24 0:45:44

隐身技术

　　1991年1月17日凌晨，伊拉克首都巴格达的人们还处在香甜的睡梦中，几架外形奇特、颜色漆黑的飞机从基地起飞以后，悄无声息地进入伊拉克的领空，并突然出现在巴格达的上空，向着位于市中心的通讯大楼投下了精确制导的激光制导炸弹，四十五分钟以后，巴格达的空袭警报才响起。成功完成这次空袭任务的神秘飞机便是美国空军鼎鼎大名的隐形飞机F-117。F-117早在1989年12月美国入侵巴拿马战争中就已经使用过，直到这次海湾战争才充分体现了隐形飞机的军事价值：战争期间，设防严密的巴格达市内95% 的目标都是由F-117在夜间进行轰炸的，并且在执行任务的过程中没有损失一架F-117 。这所有的一切都归功于F-117所采用的隐身(或隐形)技术。

　　隐身技术的专业定义是：在飞机研制过程中设法降低其可探测性，使之不易被敌方发现、跟踪和攻击的专门技术，当前的研究重点是雷达隐身技术和红外隐身技术。简言之，隐身就是使敌方的各种探测系统( 如雷达等)发现不了我方的飞机，无法实施拦截和攻击。早在第二次世界大战中，美国便开始使用隐身技术来减少飞机被敌方雷达发现的可能。下面主要来看一看雷达隐身技术是怎样实现的。

　　雷达是利用无线电波发现目标，并测定其位置的设备。由于无线电波具有恒速、定向传播的规律，因此，当雷达波碰到飞行目标(飞机、导弹等时，一部分雷达波便会反射回来，根据反射雷达波的时间和方位便可以计算出飞行目标的位置。由此可见，飞机要想不被雷达发现，除了超低空飞行避开雷达波的探测范围外，就得想办法降低对雷达波的反射，使反射雷达波弱到敌人无法辨别的地步。这里有一个衡量飞行器雷达回波强弱的物理量：雷达散射截面积( 英文名称Radar Cross-Section，缩写为RCS) ，是指飞机对雷达波的有效反射面积，雷达隐身的方法便是采用各种手段来减小飞机的RCS 。例如美国的B-52轰炸机的RCS 大于100平方米，很容易被雷达发现，而与其同类的采用了隐身技术的轰炸机B-2的RCS 约为0.01平方米，一般雷达很难探测到它。

　　目前用来减小飞机RCS的主要途径有两种：一是改变飞机的外形和结构，二是采用吸收雷达波的涂敷材料和结构材料。

　　由于一般飞机的外形比较复杂，总有许多部分能够强烈反射雷达波，象发动机的进气道和尾喷口、飞机上的凸出物和外挂物、飞机各部件的边缘和尖端以及所有能产生镜面反射的表面，因此必须对飞机的外形和结构做较大的改进。我们可以看到隐身飞机的外形十分独特，如F-117基本上是由平面组成的角锥形体，尾翼为V形；而B-2则是前缘后掠、后缘为大锯齿形，没有机身和尾翼，整个飞机向一个大的飞翼，其发动机进气道布置在机体上方，没有外挂物突出在机体外面。此外，为了进一步减小飞机的RCS，还在机翼的前后缘、进气道唇口部分采用了能够吸收雷达波的材料，整个飞机表面涂以黑色的吸收雷达波的涂料。

　　虽然隐形飞机能够在相当大的程度上隐身，但只是针对一般的探测设备而言，还有许多方法都可以发现隐身飞机。在1999年3到5月美国对南联盟实施轰炸的时候，南联盟防空军就曾经击落了美国的一架F-117A战斗轰炸机。此外，有得必有失，隐形飞机的隐身能力是以牺牲机动性作为代价的，而且造价也十分昂贵

垂直起落技术

　　垂直起落技术顾名思义就是飞机不需要滑跑就可以起飞和着陆的技术。它是从50年代末期开始发展的一项航空技术。

　　为什么人们会去发展垂直起落技术呢？首先，具有垂直起落能力的飞机不需要专门的机场和跑道，降低了使用成本；其次，垂直起落飞机只需要很小的平地就可以起飞和着陆，所以在战争中飞机可以分散配置，便于伪装，不易被敌方发现，大大提高了飞机的战场生存率；第三，由于垂直起落飞机即使在被毁坏的机场跑道上或者是前线的简易机场上也可以升空作战，所以出勤率也大幅提高，并且对敌方的打击具有很高的突然性。

　　那么，垂直起落技术是怎么实现的呢？我们知道，飞机飞行需要克服两种力—重力和阻力。重力是由飞机的气动面，即机翼和尾翼产生的升力平衡的；阻力则是由发动机提供的推力克服的。正常飞机的起飞过程就是飞机在发动机的推动下，克服阻力向前滑跑，当滑跑速度足够大到使机翼产生的升力大于飞机的重量时，飞机就可以离开地面升空飞行了。而垂直起落飞机由于不需要滑跑，就不可能由机翼产生平衡重力的升力，所以要实现垂直起落，就只能把希望寄托到飞机的动力设备—发动机上了。垂直起落飞机就是由发动机提供向上的推力来克服重力实现垂直起落的。

　　垂直起落飞机产生升力的办法有三个，一个是偏转发动机的喷管，第二种是直接使用升力发动机提供升力，第三个是前两种办法的组合，同时使用升力发动机和主发动机。

　　英国的“鹞”式（Harrier）就是使用偏转喷管方式的垂直起落飞机。这种飞机机身中部安装有一台“飞马”式推力转向发动机（“飞马”发动机结构图），前后两对可旋转喷口分别位于机身两侧，相对机身重心保持对称。发动机将从进气道吸入的空气一部分通过前面的两个可旋转喷口喷出，另一部分经过燃烧室和涡轮从后面的两个可旋转喷口喷出，四个喷口喷出的气流共同产生供飞机垂直起降、空中悬停和水平飞行的动力（图为“鹞”式垂直起飞示意图）。

　　俄罗斯的雅克-36和雅克141是使用升力发动机和偏转喷口主发动机相结合的垂直起落飞机（雅克式飞机发动机原理图）。飞机的两台升力发动机位于座舱后的机身内，其进气道在机身上部；主发动机装在机身内，喷口在后机身两侧。当飞机垂直起飞时，主发动机的一对可旋转喷口从向后位置转到向下位置，同时升力发动机工作，也是四束喷流提供了飞机的起飞升力。当飞机进入平飞状态之后，主发动机转至向后，升力发动机则停止工作，其进气道关闭。

雅克式飞机垂直起飞示意图
雅克式飞机短距起飞示意图

　　正如前面提到的，使用垂直起落技术的飞机机动灵活，具有常规飞机无可比拟的优点，但同时也有许多重大的缺点。首先是航程短，由于要实现垂直起落，飞机的起飞重量只能是发动机推力的83%-85%，这就使飞机的有效载荷大大受到限制，影响了飞机的载油量和航程。同时，飞机垂直起飞时发动机工作在最大状态，耗油量极大，也限制了飞机的作战半径。例如“鹞”式飞机的载重量为1060千克时，作战半径只有92公里。所以在实际使用中，“鹞”式飞机尽量使用短距起飞的方式，以延长飞机的航程。因此，垂直起落飞机又称为垂直/短距起落飞机。另外，由于垂直起落飞机在实战中，经常需要分散在野外，所以它的维护也非常的困难。

　　垂直/短距起落飞机也是海军青睐的机种，因为舰船上的飞行甲板的长度总是有限的，垂直/短距起落技术就显得尤为实用。装备英国“皇家方舟”号航母的“海鹞”就是“鹞”式的海军型。“海鹞”还使用了“斜曲面跃飞”的短距起落技术，通过在航母上安装12度的斜甲板，可以让飞机滑跑跃飞，再利用推力转向，使飞机在推力不足的情况下仍能在空中稳定加速。

　　目前世界上服役的垂直起落飞机有英国的“鹞”式系列，美国的AV-8系列以及俄罗斯的雅克36。俄罗斯还有另外一种编号为雅克141的超音速垂直起落飞机，但是由于没有经费，并没有进入工程发展。

　　垂直起落技术虽然不是一个新技术，而且存在一些重大弱点，但是它的优点的确使人无法割舍。美国目前就正在发展新一代垂直/短距起落飞机（V/STOL）。随着航空科技的发展，垂直起落技术必将进入一个新的发展高峰。

变后掠翼技术

　　机翼是飞机上一个极其重要的部件，飞机的升力基本上都是由机翼产生的。从1903年莱特兄弟的第一架飞机完成动力飞行之后，人们便投入了大量的精力到提高飞机的速度上，飞机的速度基本上每十年便翻一番，从最初的每小时几十公里到如今的超音速飞行，在这中间，机翼扮演了一个重要的角色。

　　早期的飞机气动外形差，而且十分笨拙，以双翼机为主，这是因为当时人们面临的主要飞行难题在于获得足够的升力。升力产生原理告诉我们，机翼的面积越大，升力就越大，由于当时的机翼材料强度不够，因此只能给飞机装上两层乃至三层机翼，这样的机翼阻力太大，当然没有办法飞得快。

　　为了获得高速飞行，除了提高发动机的推力外，整个飞机外形必须尽可能设计成流线型，以减小飞行时的阻力。作为外形的重要组成部分--机翼就必须设计成能够产生大升力、小阻力的形状。

　　机翼的主要参数有翼展l、翼弦b、前缘后掠角χ、展弦比λ等（如图所示）。翼展是指机翼左右翼尖之间的长度；翼弦是指机翼沿机身方向的弦长，除了矩形机翼外，机翼不同地方的翼弦是不一样的；前缘后掠角是指机翼前缘与机身轴线的垂线之间的夹角；展弦比λ是翼展l和平均翼弦的比值。

　　由空气动力学的理论和实践可知，低速情况下比较适合采用大展弦比的平直机翼；高亚音速时则应该采用后掠翼；超音速飞行时就必须采用小展弦比的机翼(如三角翼)以便减小由于超音速而急剧增加的阻力。

　　然而，超音速飞机只有在战斗中才以最大速度飞行，其余大部分时间还是以较低的速度飞行，而且每次飞行总需要起飞和降落。这就产生了一个难题，究竟按哪个速度范围设计机翼呢？变后掠翼技术便是为解决这一问题而提出的，它可以使飞机在飞行过程中按照飞行速度的大小自动改变机翼的后掠角，这样既可以满足高速飞行的需要，也可以使飞机有良好的低速性能和起飞滑跑能力。变后掠翼技术常常用于多用途战斗机和轰炸机，例如前苏联的米格-23、米格-27、苏-24、图-160，美国的F-111、F-14A、B-1B以及英、德、意三国联合研制的狂风(Tornado)等等。

　　图中是F-14A“雄猫”舰载超音速战斗机的解剖图，可见变后掠翼由固定的内翼和可动的外翼组成，二者用转动枢纽联接。此外机翼前面还增设了可伸缩的小翼，用来改善变后掠翼的操纵性。在飞行中，F-14A的机翼前缘后掠角可以从20度变到68度；而在舰上停放时，后掠角最大可达75度，可以减少在航空母舰上所占的面积。此外，由于在航空母舰上起飞和着陆距离较短，因此要求舰载机有良好的起飞着陆性能，否则就要一头扎进大海了，F-14A采用变后掠翼技术正好能满足这一要求。

　　变后掠翼的优点十分显著，但其缺点是转动机构复杂，使机翼的质量增大，同时可靠性也有所降低。

补充变后掠翼技术的飞机图片

电传操纵技术

　　从飞机发明直到现在，飞机的操纵系统仍然主要是机械式的操纵系统。机械操纵系统在操纵装置（操纵杆、脚蹬）和飞机的舵机之间存在着一套相当复杂的机械联动装置和液压管路，飞行员操纵操纵杆和脚蹬，通过上述联动装置控制舵机位置，从而使飞机达到希望的姿态和航向。

　　早期的飞机只是直接人工机械操纵。随着飞机的尺寸和速度的增加，驾驶员再直接通过钢索去拉动舵面感到困难，于是作为驾驶员辅助操纵装置的液压助力器安装在操纵系统中。它由一个并联的液压作动器来增大驾驶员施加在操纵钢索上的作用力，目前液压助力器仍在许多飞机上使用。

　　第二次世界大战后不久，出现了全助力操纵系统。在这种系统中，操纵钢索从驾驶杆直接连到作动器的伺服阀上，不再与操纵面发生直接机械联系。使用全助力操纵的主要原因是在跨音速飞行时，作用在操纵面上的力变化很大而且非线性很历害。这样，操纵时从操纵面反传到驾驶杆上的力从操纵品质的观点来说是难以接受的。全助力操纵系统本身是不可逆的，因此不受跨音速飞行中非线性力的影响，由于这种操纵方法不再需要飞行员的体力去改变舵面状态，使得飞行员无法直观地感受到飞机所处的状态，于是就借助一些力反馈装置来提供人工杆力，这种人工杆力虽然在移动操纵面时不需要，但在操纵飞机时给飞行员提供适当的操纵品质还是必要的，人工杆力的设计可以使人的操纵感觉从亚音速飞行平滑地过渡到超音速飞行阶段。

　　随着飞机尺寸的继续增加和性能的进一步提高，增加稳定性帮助飞行员操纵变得十分迫切，于是从全助力操纵系统发展到增稳系统，如偏航增稳系统、俯仰增稳系统和横滚增稳系统。系统通过传感器反馈的飞机状态，在程序控制下自动控制舵机偏转，以保证飞机静稳定性。这种增稳系统与驾驶杆或脚蹬是互相独立的，因而增稳系统的工作不影响驾驶员的操纵。

　　从增稳系统发展到电传操纵（FBW）系统只是很小的一步，通过加上一个离合器或其它使机械系统在不使用时断开的方法便可以实现，“协和”超音速客机上就装有这种系统。

　　把电传操纵系统中的机械备份完全去掉就变成了全电传操纵（FFBW）系统。

　　在这里我们已经能够给电传操纵系统下一个定义了：电传操纵（Flying By Wire）系统是将飞行员的操纵信号，经过变换器变成电信号，通过电缆直接传输到自主式舵机的一种系统。它去掉了传统的飞机操纵系统中布满飞机内部的从操纵杆到舵机之间的机械传动装置和液压管路。电传操纵系统的主要组成部分包括运动传感器、中央计算机、作动器和电源，它相当于动物的感觉器官、大脑和肌肉。

　　由飞机操纵系统的发展我们可以体会到，任何事物的发展都是由需要和可能这两个因素决定的，电传操纵系统的发展也是如此。它是随着飞机（包括某些飞行器）的飞行控制技术的不断提高以及科学技术的发展而逐渐发展起来的。

　　电传操纵的重要性在于打破了飞机设计中需要保持静稳定性的布局，设计师们可以为战斗任务选择和优化最有效的布局，然后由储存在飞行控制计算机软件中的相应控制律增加人工稳定性。现役战斗机中已经有多种飞机采用电传操纵系统，例如F-16、幻影2000、“狂风”战斗机、F-15、Su-27、F/A-18等等。

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简而言之，推力矢量技术就是通过偏转发动机喷流的方向,从而获得额外操纵力矩的技术。我们知道，作用在飞机上的推力是一个有大小、有方向的量，这种量被称为矢量。然而，一般的飞机上，推力都顺飞机轴线朝前，方向并不能改变，所以我们为了强调这一技术中推力方向可变的特点，就将它称为推力矢量技术。

　　不采用推力矢量技术的飞机，发动机的喷流都是与飞机的轴线重合的，产生的推力也沿轴线向前，这种情况下发动机的推力只是用于克服飞机所受到的阻力，提供飞机加速的动力。

　　采用推力矢量技术的飞机，则是通过喷管偏转，利用发动机产生的推力，获得多余的控制力矩，实现飞机的姿态控制。其突出特点是控制力矩与发动机紧密相关，而不受飞机本身姿态的影响。因此，可以保证在飞机作低速、大攻角机动飞行而操纵舵面几近失效时利用推力矢量提供的额外操纵力矩来控制飞机机动。第四代战斗机要求飞机要具有过失速机动能力，即大迎角下的机动能力。推力矢量技术恰恰能提供这一能力，是实现第四代战斗机战术、技术要求的必然选择。

　　我们可以通过图解来了解推力矢量技术的原理。

　　普通飞机的飞行迎角是比较小的，在这种状态下飞机的机翼和尾翼都能够产生足够的升力，保证飞机的正常飞行。当飞机攻角逐渐增大，飞机的尾翼将陷入机翼的低能尾流中，造成尾翼失速，飞机进入尾旋而导致坠毁。这个时候，纵然发动机工作正常，也无法使飞机保持平衡停留在空中。

　　然而当飞机采用了推力矢量之后，发动机喷管上下偏转，产生的推力不再通过飞机的重心，产生了绕飞机重心的俯仰力距，这时推力就发挥了和飞机操纵面一样的作用。由于推力的产生只与发动机有关系，这样就算飞机的迎角超过了失速迎角，推力仍然能够提供力矩使飞机配平，只要机翼还能产生足够大的升力，飞机就能继续在空中飞行了。而且，通过实验还发现推力偏转之后，不仅推力能产生直接的投影升力，还能通过超环量效应令机翼产生诱导升力，使总的升力提高。

　　装备了推力矢量技术的战斗机由于具有了过失速机动能力，拥有极大的空中优势，美国用装备了推力矢量技术的X-31验证机与F-18做过模拟空战，结果X-31以1:32的战绩遥遥领先于F-18。

　　使用推力矢量技术的飞机不仅其机动性大大提高，而且还具有前所未有的短距起落能力，这是因为使用推力矢量技术的飞机的超环量升力和推力在升力方向的分量都有利于减小飞机的离地和接地速度，缩短飞机的滑跑距离。另外，由于推力矢量喷管很容易实现推力反向，飞机在降落之后的制动力也大幅提高，因此着陆滑跑距离更加缩短了。

　　如果发动机的喷管不仅可以上下偏转，还能够左右偏转，那么推力不仅能够提供飞机的俯仰力矩，还能够提供偏航力矩，这就是全矢量飞机。

　　推力矢量技术的运用提高了飞机的控制效率，使飞机的气动控制面，例如垂尾和立尾可以大大缩小，从而飞机的重量可以减轻。另外，垂尾和立尾形成的角反射器也因此缩小，飞机的隐身性能也得到了改善。

　　推力矢量技术是一项综合性很强的技术，它包括推力转向喷管技术和飞机机体/推进/控制系统一体化技术。推力矢量技术的开发和研究需要尖端的航空科技，反映了一个国家的综合国力，目前世界上只有美国和俄罗斯掌握了这一技术，F-22和Su-37就是两国装备了这一先进技术的各自代表机种。

　　我国现在也展开了对推力矢量技术的预先研究，并取得了一定的成果，相信在不远的将来，我们的飞机也能够装备上这一先进技术翱翔蓝天，增强我国的国防实力。

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上图中 1为矢量发动机 2为普通发动机

下图给出使用矢量发动机的飞机和发动机！

F-22使用了矢量发动机

Su-37也使用了矢量发动机，可惜出口到中国的Su27SK 和 S-20 MKK没有使用矢量发动机。出口到印度的Su30MKI却使用了。遗憾啊！

空中放油

　　飞机在空中加油具有很重要的军事意义。现代化战争，分分秒秒都至关重要，尤其是空战更是如此。战斗机不返回机场，直接经空中加油后投入战斗，就会节省许多时间，从而赢得战机。轰炸机和攻击机经过空中加油，航程可大大增加，这样就能作绕过敌方防空雷达和火力点的长途迂回飞行，顺利执行远距离空袭任务。

　　那么，飞机为什么还要在空中放油呢？主要是因为：
　　1．由于飞机的最大起飞重量远大于最大着陆重量，如果飞机在起飞后因故障要求立即着陆，那么此时的着陆重量就会超过飞机的最大着陆重量。如果强行着陆，起落架就有折断的危险。为了减轻飞机重量，达到安全降落的重量，就要进行空中放油。

　　2．如果飞机因意外情况要求迫降，尤其是起落架不能放下时，机内若留有大量燃油，就很可能会在着陆时被摩擦、碰撞产生的高温、火星引燃而发生火灾，甚至导致飞机爆炸。这样，也需要在迫降前进行空中放油。

　　不过，天空虽大，放油也不能乱放，城市、机场、森林上空和近地低空不能放油，一般放油地点都选在海洋、山区、荒原的上空。

空中加油技术

　　对于一般的军用飞机来说，不着陆一次飞行上万公里，过去似乎是难以想象的事，而今随着空中加油技术的出现却已成为现实。空中加油技术简单地说就是在空中一架飞机给另一架或几架飞机（或直升机）加注燃油，使其航程加大，续航时间增长的技术。近年来，空中加油技术得到了更为广泛的使用。空中加油机频频出现在一些局部战争中，如英阿马岛之战、美国入侵巴拿马以及1991年海湾战争，空中加油机都发挥了重要作用。1985年4月15日，美国空军的18架F-111E战斗轰炸机和3架EF-111电子干扰机，从英国的拉肯希思空军基地出发，经北大西洋，直布罗陀海峡，穿越地中海上空到达利比亚，顺利执行完轰炸任务。从起飞到着陆，连续飞行1万多公里，经过了6次空中加油，才使这次长途奔袭得以成功。

　　既然空中加油如此重要，那么，这项技术是何时出现的呢？据介绍，早在第一架飞机问世之初，就有人提出进行空中加油，以延长飞机的留空时间，或减少飞机的载油量便于飞起来。而第一次空中加油则出现在二十世纪20年代，其方法是在加油机上装一根15米长的软管，软管的头部有一个快速断流的活门，进行空中加油时，加油机放下软管从后上方慢慢掠过受油机，当受油机上的人抓住软管后就表示对接成功，然后将软管插人油箱，打开活门，加油便告开始。然而，在第一次空中加油出现后的二十多年的时间里，空中加油这项新技术竟无人问津，被“束之高阁”，直到二战以后喷气式飞机出现，空中加油技术才获得了新的发展。而如今，空中加油技术早已不是手工进行的了。目前为止，比较成熟并被广泛采用的空中加油设备主要有两种，一种是软管式加油设备，另一种是伸缩管式加油设备。

　　然而，不管是采用哪一种空中加油设备或方式，现代空中加油仍然需要飞行员正确操作，需要加油机和受油机的密切配合，才能安全完成任务。总的来说，现代空中加油的过程大致如下：首先是加油机和受油机必须按照预定时间在预定地点汇合，才能进行空中加油。然后受油机和加油机实施对接，对接成功后，加油系统根据信号自动接通油路。加油完毕后，受油机根据加油机的指挥进行脱离，整个加油过程便完成了。

　　据不完全统计，现在世界上现役专用空中加油机有上千架，拥有加油机的国家也有十几个，例如美国、俄罗斯、英国、法国、沙特阿拉伯、以色列等等。其中美国是名副其实的空中加油机大国，其拥有量占世界空中加油机总数的四分之三。美国陆海空三军使用的空中加油机主要有KC-135、KC-10A、KC-130F和KA-6D等,这些加油机都曾在海湾战争中使用过。长期以来，能够独立发展专用空中加油机的国家主要是美国、英国和俄罗斯，其他国家或地区主要是使用他们的成品和设备。而如今，中国依靠自己的力量，也发展出了自己的空中加油机，成为拥有空中加油技术的国家之一。

　　空中加油技术不仅增加了作战飞机的航程，而且大大提高了飞机的生存能力，已成为现代战争中的重要支援力量，使本不能完成的任务成为可能。空中加油技术的运用，改变了以往人们只从飞机的载油量、航程来确定其执行任务种类的传统观念，使人们对得到空中加油机支援的战术飞机的作战能力有了新的认识，空中加油技术必将在未来的战争中发挥更为重要的作用

注意国产J-10 J-8D也有空中加油能力啊！

软管式空中加油

　　软管式空中加油设备亦称为插头锥套式加油系统，是英国空中加油有限公司在继承前人经验的基础上研制出来的，1949年问世。采用这种方式进行空中加油，受油机的设备非常简单，只要在机头或机翼前缘装一根固定的或可伸缩的受油管即可。而加油机的加油设备则由绞盘、一根22~30米长的软管和一个锥套组成。锥套呈漏斗形，重量很轻，上面装有机械自锁机构。当受油管伸进锥套后，该机构自动锁紧，锥套与输油软管相连接，软管由绞盘控制伸出和收回。

　　具体加油过程是：空中加油时，加油机内的工作人员将软管放出机外，软管下的黄褐色信号灯闪亮。受油机的驾驶员收到准备妥当的信号后，便整好自己飞机的位置将受油管伸入锥套，只要自锁机构锁紧之后，燃油便自动流向受油机。由于受油机于加油机的速度差和高度差都有严格的规定，因此受油机驾驶员的动作必须十分稳定和准确。如果一切正常，黄褐色信号灯自动熄灭，遇到紧急情况，红色警告灯闪亮，告诉受油机驾驶员进行调整。加油结束后，受油机减速，当加油机和受油机的速度差达到一定值时，在一定的张力下，输油软管和受油管就会自动脱开，燃油自动关断，然后受油机和加油机的距离和高度差逐渐拉大，受油机到达安全距离后再向一侧推出，加油机则可继续给下一架飞机加油或者收回加油软管。

　　软管式空中加油设备几经更新换代，性能不断提高，其优点是一架大型加油机上可装几套加油设备，同时给几架飞机加油。由于加油机与受油机存在相对运动，采用具有柔性的软管连接安全性好。缺点是对大气湍流敏感，对接比较困难，驾驶员技术要求高；其次是输油速度慢，约为每分钟1500升左右，给大型飞机加油需要时间长。

伸缩管式空中加油

　　伸缩管式空中加油设备亦称“飞杆”加油装置，也叫做硬式加油设备（与软管式加油相对应），是美国波音飞机公司研制成功的，紧随英国的软管式加油设备之后，于1949年底投入使用。该设备的主体是一根由两截组成的刚性伸缩管，安装在加油机的尾部，平时收入机内，进行空中加油时将其伸出。伸缩管的中间装有V形舵面，后缘之间的夹角约130度左右，V形舵面的作用类似于飞机的升降舵，操纵它可以使伸缩管在一定范围内运动。例如美国KC-135加油机上的伸缩管式空中加油设备，其内管的伸缩距离为6米，上下活动范围为54度，横向活动范围为34度，并且由专门的加油人员进行操作。

　　进行空中加油作业时，加油机上的操作员通过信号指挥受油机接近已伸出的伸缩管。当它们之间距离很近时，两机相对位置保持不变，然后操纵短翼，并通过伸缩管的长短伸缩，使之与受油机上的受油管衔接。由于有加油员的操作，所以使用伸缩管式空中加油设备时，受油机的飞行员操作相对于使用软管式空中加油设备时要容易一些。一旦两者连接好，加油杆便可以自动锁定，开始给对方输油。加油完毕后的两机分离，可由驾驶员控制，减慢受油机的速度（或增大加油机的速度），使伸缩管自动开锁，燃油自动关断，两机分离。

　　采用伸缩管式加油设备，具有输油速度快，可达到每分钟6000升左右，并且对空气湍流不大敏感（因为是刚性杆），对接操纵方便等优点。其缺点是一次只能给一架飞机加油，通用性差，并且需要有专门的加油操作员。

king · 发表于 2007-11-17 15:48:09

THANK U

恋之枫景 · 发表于 2007-11-18 10:22:01

顶顶顶........

zhangyu52788 · 发表于 2008-5-31 17:09:35

机务新手007 · 发表于 2009-6-7 10:16:19

非常不错呀！多理解很有帮助

mcfly · 发表于 2009-6-15 15:38:39

有点复杂有点长，谢谢奉献共欣赏。

qhbcauc · 发表于 2010-5-25 14:05:11

这么全，好厉害

eric0825yang · 发表于 2010-5-25 16:18:29

太长了.

迎风流泪 · 发表于 2010-5-26 21:13:47

哇？！可以出本书打印出来了

落叶 · 发表于 2010-5-26 21:19:18

太全了！！！！！！！！！！！！

lwy73 · 发表于 2010-5-28 17:35:37

还没入行看不太懂，顶起

pengui · 发表于 2010-5-28 18:21:09

很全呀

aureate · 发表于 2011-6-28 11:19:01

这个比较全，就是图没有

nv40 · 发表于 2011-6-28 13:43:36

拿到钱走人

铁哥 · 发表于 2011-10-2 20:36:38

拿到钱走人

于 2011-10-04 15:57:54 连续回帖自动追加:
好东西啊

flyang_08 · 发表于 2011-10-10 11:07:10

[s:583] 大力支持

yjm524 · 发表于 2011-10-19 17:39:13

[s:583] [s:583] 我就来学习一哈谢谢楼主辛苦

weizhang3010 · 发表于 2011-10-19 18:40:24

收了，有时间好好学习学习！

lbb032401q · 发表于 2011-10-20 18:48:51

很全，我都没看完

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