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航空器(英语:Aircraft)是飞行器中的一个大类,是指通过机身与空气的相对运动(不是由空气对地面发生的反作用)而获得空气动力升空飞行的任何机器。

任何一种航空器都必须产生出与自身重力相同的升力来,才能进入空中。根据升力的产生方式的不同,可分为两类:轻于空气的航空器和重于空气的航空器,前者依靠空气之静浮力升空;后者依靠空气动力克服自身重力升空。

由构造特点不同,轻于空气的航空器和重于空气的航空器有着不同的特点。轻于空气的航空器主体为一个气囊,内部一般充入密度比空气较小的气体,如氢气氦气,借着大气中的静浮力使航空器能够滞留于空中。在重于空气的航空器中使用范围最广泛的是飞机,它由装有提供拉力或推力的动力设备、产生升力的机翼和控制飞行姿态的操纵设备等构成。

飞行器飞行原理

力的平衡

一个稳定飞行的航空器,其身上会有各种力的相互抵销,主要由四个,升力、阻力重力推力[1]。当飞机飞行时,其动力系统需能产生足够抵消气流阻力的推力,飞机的升力总是也必须与其自身重量相抗衡,否则飞机就会掉下去。按照简单的来看,机身与机尾所产生的升力与机翼的相差甚大,尤其是低音速飞行时更是如此。

稳定性

航空器在飞行时,除了要维持平衡以外,还要保持稳定性,即飞行时受到外部干扰后,能够恢复到原来的姿态;如非这样,航空器就需要以新的姿态飞行,称其稳定性为“中性”。如航空器遇到干扰后,不仅无法还原至先前的状态,而是持续地产生姿态的改变,这样就是“不稳定”。

转动轴

一个飞行器按照三根轴可以有三种自由运动,侧向、纵向及垂直,而运动也分为移动和转动,所以飞行器运动会有6个自由度。

飞行器在侧向轴上转动就称为俯仰。飞行器沿着垂直轴的转动称作偏航,右转偏航就是正向偏航。飞行器于纵向轴的转动既是侧滚。

超音速

如飞行速度达到音速时,飞行器的基本状态除了要保持平衡和稳定以外,其他条件就重要起来,如与空气的摩擦力,及维持飞行器自身周围层流的困难性等。另外,高速飞行也让飞行器机翼的表面积相对减少,这更使得翼载增加了,飞行器失速的风险也就增大了。另外,飞行器在到达跨声速和超音速,飞行时,形成的激波,也是需要考虑的问题。

用途

军事上,主要是用于航空侦察、轰炸、反潜、空战以及运送人员、装备和其他物资等。民事上,可用于货运、客运、农业、渔业林业、气象、探矿以及空中测量和摄影等。科学研究,航空器也是这方面的重要装置,在人造卫星载人飞船等出现前,在高空气象、大气物理、地球物理、地质学地理学等,都发挥着不可或缺的作用,即使航天器产生后,由于价格便宜、使用方便,依旧用在高空的科研上。

飞机出现仅百余年,性能已经显著提升,人们研发出最大飞行速度大于三马赫、高度超过30公里的侦察机[2],飞行距离超越4000公里、载弹量超过20吨的超音速轰炸机,以及能够转载五百多人的,航行在洲际的民航客机。直升机虽然历史短,但其发展迅速,已经日益完善且有着特殊作用。

视频

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参考文献