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飞机与直升机
来源:世界科技百科 专题:航空飞行器 发布时间:06-08

  把飞机与直升机相提并论, 有没有搞错? 回答是肯定的: 没有.直升机不是飞机的派生, 它们是两种不同的飞行器.不管是从飞行原理上, 还是从它们诞生的年代来看, 都有泾渭分明的区别.

  飞机的飞行原理与鸟儿不一样, 但却和风筝很相似.我们知道, 风筝在我们拉着跑时, 常常是越升越高.飞机也一样, 飞机在向前滑行时, 由于速度加大, 迎面而来的风也很大.这股风分两部分, 一部分跑到飞机的机翼上面, 流速比较大, 空气的压力小;而流过机翼下面的气流由于空气通路窄, 流速小, 所以压力大.空气是对流的, 压力大的空气向压力小的地方跑, 这一跑就产生了一种从下往上的升力, 这不, 飞机就被空气抬起来了.其实这还是个著名的原理, 是瑞士科学家伯努利1726 年提出来的.

  飞机的升力问题解决了, 动力问题又产生了.飞机如果从动力来看, 可以分成以下几种:

  最先说人力飞机.可别小看人力飞机, 人力飞机产生得比较晚, 但说到底, 它解决的是单靠人是否能够上天飞行的问题.人力飞机的产生, 可以说是对`扑翼飞机'失败这一缺憾的一种补偿.人力飞机是伴随着飞机出现而出现的, 它一般采用固定的机翼, 不过, 提供力量的常常是脚而不是手, 原因很简单: 脚比手力气大.

  1936 年, 德国人海斯勒·维林吉制造了第一架脚踏飞机, 但只飞行了40秒钟.1961 年, 英国三名大学生制造了一架`升攀号'人力飞机, 它的主体是一辆自行车, 该机飞行了约50 米长的距离.1962 年、1972 年, 英国人温彭尼、波特分别驾驶自动的脚踏飞机, 各飞了3993、1071.5 米.1977 年、1979 年, 美国滑翔机运动员麦克里迪制造了`蝉翼秃鹰'号、`蝉翼信天翁号'人力飞机, 取得了很大的成功, 其中后者飞越了英吉利海峡.此后, 美国的人力固定翼飞机`仿蝙蝠', 在三分钟内沿三角形航线飞行了 1500米, 这标志着实用人力固定翼飞行的真正产生已经为时不远了.

  接着说螺旋桨飞机和喷气式飞机.螺旋桨飞机和喷气式飞机的原理有所不同.螺旋桨飞机, 简言之, 就是用螺旋桨来产生拉力的飞机.螺旋桨就像风车上的`转叶'一样.不过, 风车是利用气流使`转叶'转动, 而螺旋桨飞机却是用螺旋桨使飞机沿气流爬升.说到桨, 人们会情不自禁地想到轮船上的桨, 其实它们之间并没有本质的区别.

  桨是人划的, 很慢;螺旋桨是机械转动的, 很快, 但不能太快.早期的这种飞机桨是木头做的, 其飞行能力可想而知;后来钢派上了用场, 但是桨转得太快了, 磨损大, 同样会折断.而且, 最令人头痛的是, 飞机一旦要接近声音传播速度, 即 340 米/秒时, 螺旋桨就像吃了迷魂药一样, 无法控制.经过反复研究, 科学家们搞明白了原因: 飞机在接近声音速度时, 其周围空气来不及流走, 因而像一面墙一样堵在飞机前面, 飞机当然就束手无策, 裹足不前了.

  当时, 这一飞行难题叫音障.螺旋桨飞机的确是慢一点, 无法达到和超过音速.但事物是相辅相成的, 螺旋桨飞机也有它的优点, 它的耗油量小, 对环境的污染不大.目前, 一些对速度不做高要求的飞机, 如农业飞机, 常常使用带螺旋桨的发动机.比如中国的`海燕'多用于专用飞机、印度的HA—31MKll`春天'农业机、英国的 MAC6`农场主'飞机, 美国的`农用马车'、苏联的`安— 3'等, 就是这样.

  喷气式飞机, 是为克服`音障'而诞生的.喷气原理最早是牛顿提出来的.不难理解, 飞机在喷气时产生巨大的反作用力, 推动了飞机前进.我国古老的火箭、现代航天发射的运载火箭, 其原理皆同出一辙.

  据说牛顿本人设计过一种喷气车.该车装有一个锅炉, 锅炉后有喷管, 喷出的蒸汽推动着车子前进.早些时候, 蒸汽机也曾搬到过飞机上, 因为太笨重而淘汰.后来人们使用燃气带动活塞, 做成了活塞式发动机.这种发动机一直延用到今天.

  现代的喷气式飞机一般使用涡轮喷气发动机.这一点说起来惭愧, 中国古代的走马灯其实就是现代涡轮喷气发动机的雏型.涡轮像走马灯的灯片一样, 当燃烧室的油点燃以后, 热气推动涡轮高速旋转, 并向后喷气.涡轮喷气发动机的设想是由一个叫马克亚姆的人提出来的, 时间是1921 年.1939年8 月27 日, 世界上第一架涡轮喷气式飞机`HE—178', 由德国亨克尔飞机制造厂制造出来, 并试飞成功, 但那时的速度仍没有超过音速, 每秒只有177 米.

  1947 年, 美国拜尔工厂生产出一架X—Ⅰ型火箭飞机.该机利用携带的火药爆炸后喷出的气体推动飞机前行, 并首次突破了`音障', 打破了音速不可超越的神话.1953 年, 美国生产了F—100`超级佩刀'喷气式飞机, 速度每秒为442 米, 大大地超过了音速.此后, 各种军用、民用飞机纷纷效仿, 采用喷气发动机.如前苏联米格—25、米格—23、米格—29、米格—31 战斗机, 速度分别为音速的2.8、2.35、2.2、2.4 倍.美国的试验机X—15, 速度达到音速的6.06 倍 (使用火箭发动机) ;我国的F—7、F—8 战斗机其速度是音速的2.05、2.2 倍.

  要澄清一点的是, 喷气飞机与火箭飞机虽然都喷气, 但两者不能混淆.火箭飞机就燃料性能、用途来说都与前者有极大的区别.

  最后说一下太阳能飞机和原子能飞机.顾名思义, 这两种飞机分别使用的是太阳能和核能.

  太阳能飞机上面布满了太阳能电池, 电池产生的电流输入电动机后, 螺旋桨开始转动并使飞机起飞和飞行.1980 年11 月20 日, 由保罗·麦克里迪博士领导的小组设计的`太阳挑战者号'飞机首次试飞成功.1981 年7 月, 该机用五个小时, 成功地飞越了英吉利海峡.太阳能飞机很轻, 结构多使用碳纤维材料, 机上还蒙有一层聚酯薄膜, 并安装有1.6 万块太阳能电池.`太阳挑战者号'每小时可达54 公里, 飞行最高高度为3300 米, 显然实用性并不是很大.太阳能飞机关键问题是蓄电.在不久的将来, 科学家们一定能研制出高效能的太阳能电池, 并能突破上千公里的航程.

  原子能飞机迄今尚未真正问世.此种飞机安装有核反应堆, 用金属铀—235 作燃料.它的原子核在中子的轰击下会产生裂变放出中子, 并释放能量.但是核裂变时会发生对人有害的核辐射, 必须采用保护层进行隔离.1956 年1 月, 美国曾研制出核喷气发动机, 但是由于其隔离防护设备过于庞大, 无法安上飞机, 最后花了10 亿美元, 15 年的研制最终流产.不过, 由于能源费用上涨, 科学家们又开始重新考虑原子能飞机设计方案.我们相信, 原子能飞机迟早会出现在人们的视野中.

  以上分别介绍了各种飞机, 现在回过头来说直升机.直升机不是飞机, 它首先是一种直上直下的飞行器.直升机与螺旋桨飞机有割不断的联系.螺旋桨飞机的桨是装在飞机前面的, 它使飞机向前推进, 受力与地面垂直;但如果螺旋桨装在飞机的上部, 那么飞机的受力将与地面平行, 这不, 向前的推力就变成了向上的升力.

  直升机说起来令人遗憾, 它的起飞原理与我国的竹蜻蜓相似.早在1600年前, 我国晋代葛洪就提到过一种带有升力螺旋桨的竹蜻蜓;后来, 竹蜻蜓传到欧洲, 启发了不少科学家和技术人员, 于是造出了直升机.1483 年, 意大利天才科学家达·芬奇提出了直升机旋翼的设想, 并制作了草图.1754 年, 俄国M·B·罗索诺若夫进行了直升机旋翼模型试验.1878 年, 法国人福拉尼用蒸汽机作动力, 制造了一架横型直升机;1907 年、1922 年法国工程师伯雷格、黎歇、俄国人博塔扎特分别制造了直升机, 但都没能真正飞行.1939 年, 俄国人西科斯基研制了第一架实用直升机VS—300, 并试飞成功.说到这儿, 大家已经明白, 直升机只有五十多年的历史, 对于飞机老大哥来说, 只能算是小弟弟了.

  直升机的形状很怪, 其尾部有一个螺旋翼, 它一方面起方向舵的作用, 另一方面还可以抵消大螺旋翼对直升机的旋转力.有的大型运输机干脆使用两个大的螺旋翼, 它们的功能都一样, 不过一定要明白: 两个螺旋翼的方向相反, 才能抵消它们对直升机的旋转力.直升机有人称之为`直升飞机', 是因为它还能够像飞机一样向前飞行.不言自明, 直升机只要操纵整个旋翼, 使之倾斜, 就可以改变飞机受力方向, 自动前行.由此, 现代人把直升机理解为可上可下、可前可后的飞行器, 并把它编入飞机行列, 是顺理成章的事.其实直升机与飞机本身也可以互补, 你看, `X 翼机'就是这样.

  X 翼机, 它是直升机和一般飞机的杂交种.`X 翼机'上面有直升机旋翼, 因而它可以直起直落.但是它的`X'形大旋翼在停止转动时则又变成了一般飞机的机翼.而平直的机翼受到的阻力大, 飞行速度低;斜形的机翼, 两个向后掠或者向前掠, 或者干脆一个前掠一个后掠的机翼, 却可以提高速度, 因而就有了前掠翼飞机、斜直翼飞机、后掠翼飞机等.然而`X 翼机'可以把它的`X'旋翼调到任意想要的形状, 充当特别形状的机翼, 达到一般直升机所不能达到的速度.看来, 飞机设计虽要合乎常理, 但也离不开异想天开的想象力.前面我们说飞机与直升机是两个泾渭分明的飞行器, 到这儿, `X翼机'真成了兼有两种飞行器特点的地道的混血儿了.

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