第三章 形形色色的飞行器――飞行器的分类与介绍 | | 根据动物学家们统计，地球上的动物一共有100多万种。但是并没有哪一位工程师统计过目前世界上人造的飞行器有多少种。因为飞行器不象动物那样通过“自然选择”发展而来，它是根据人类的需要和技术的可能性产生的。对于飞行器可以从 各种不同的角度去加以分类，下面我们从飞行器的最一般的特征加以分类与介绍。 | | 第一节 飞行器的分类 | 飞行器可以根据不同的分类原则进行分类。有根据飞行器的活动范围、使用条件分类，也有根据飞行器的外形特征、产生升力的原理以及用途来分类的。
一、 在大气层内飞行的飞行器统称大气飞行器（航空器）。按照该飞行器上产生升力的不同原理，分成空气静力飞行器和空气动力飞行器。空气静力飞行器也叫作轻于空气的飞行器，飞行器的平均比重小于空气的比重，因此它就象软木塞漂在水里一样受到空气的浮力的作用，漂浮在空气之中。由于空气密度岁高度的增加而降低，所以飞行器在上升时，其升力（浮力）也随着高度的增加而降低。这样，到一定高度时就停止上升。
根据“阿基米德”原理，任何容器可用下列两种方法中的任何一种来得到浮力，使它在空气中漂浮上升：一法是将这一容器抽成真空后密封，如果容积很大，排出的空气的重量超过它本身的重量，它就可以升空。另一法是在这容器中充满轻于空气的气体，若容器很轻，容积很大，也可收到同样效果。
前一法看来似乎很简单，早在十七世纪就有人企图这样做，结果失败了。原因是大气压强非常大，在海平面标准状态下，每平方米约达101325牛顿，例如一个容器约为500立方米的球体，其直径约9.8米，表面积为305平方米，作用在它 上面的大气压力竟达到30904千牛顿。显然，用现代材料很难制成一个又轻又强能承受这样巨大压力的真空容器，使它能在空中浮起。但是，当容器中充满气体时，内外压强是相等的，这时壳体不需要用很强的材料如金属来制造，只要用很轻的纤维织品，而且不漏气就行了。据计算，当地面温度为0摄氏度，大气压为101.325千帕时，1立方米氢气的升力为11.47牛顿，氦气为9.8牛顿，而100摄氏度的热空气为3.24牛顿。
（一） 空气静力飞行器根据是否具备推进装置，分为气球和飞艇两种。气球是不带推进装置的，其中自由气球不能自由控制方向，只能随风漂流。但垂直方向的升降可以操纵。要使气球上升可以从掉篮中抛去镇重（如沙袋），使气球减轻。要下降，则可将专用的活门打开，放出一些气体，使浮力减小。在气球内充氢气或氦气的是冷气球，充热空气的就是热气球。自由气球可用于体育运动、跳伞训练、气象观测和同温层科学研究。系留气球和自由气球的不同之处是，它可用很长的绳索系于地面或水面的牵引工具上（如汽车或船0，当 牵引工具移动时，它可以随之移动。系留气球在第一次世界大战时，曾用来观察敌军的活动或校正炮兵的炮火。第二次世界大战时曾做成阻塞气球，用于防空。很多系留气球和地面用细钢绳联起来，组成垂直的帷幕，环绕城市构成一个保护圈，防止敌机侵入。随着科学技术的发展，近年来还放过许多无人的自动气球探测器。1978年4月，一个自动气球探测器升到了39000米的高度，对准银河中心，收集有关宇宙线的资料。目前，这是气球能达到的高度极限。
飞艇又名可操纵气球，它颇象一艘空中飞船，能在很大的高度范围内，按照规定的方向飞行。飞艇是一种装有安定面、方向舵和升降舵的流线型气球，并装有发动机带动螺旋桨产生拉力。飞艇的容积约在2000――200000立方米之间。
飞艇依其构造的不同有 ,可分为软式、硬式、半硬式三种。软式飞艇按所需形状用轻而结实的气密织物制成。这种飞艇是直接有气球变化而来的。它的内部压力接近与大气压力，因此只有尺寸较小的飞艇才能保持其规定的外形。
齐柏林伯爵最初建造的硬式飞艇，具有硬构架，这种构架可使飞艇保持规定的形状。用硬铝合金构架的巨型硬式飞艇，容积达200000立方米，长度达245米。其不着陆航程达10000―15000公里，总重有200吨左右（其中有效载重90吨）。
半硬式飞艇是介于软式和硬式之间的一种飞艇。它没有复杂的构架，只有钢管或硬铝型材制成的纵梁（龙骨），纵梁可维持飞艇下部的外形和悬挂吊舱。通常制造的半硬式飞艇容积在10000―2000立方米，长约100米。
飞艇的主要缺点是地面的作业复杂。船靠码头、车靠站，飞艇要停靠在系留塔上。庞大的大型飞艇要缓慢地紧靠到铁塔桅杆上把头部系牢，再把飞艇的下垂直安定面固定在环形系留车为梁上沿圆形导轨转动，对准艇棚，然后用机车把铁塔和飞艇一起拖入艇棚。
飞艇的特点是拥有巨大的升力，可以在空中悬停，飞行中消耗燃料很少。随着科学技术的发展，从六十年代起，不少国家重新开始研究和制造飞艇。新设计的飞艇突破了过去简单的纺锤外形，出现了圆盘形、双体型和升力体型飞艇。也有人设想把机翼装在飞艇上或者在飞艇两侧装上旋翼，这种把飞艇和飞机、直升机结合起来的混合式飞艇，吸取了各方的优点可能是一个发展方向。引人注意的还有设计中的核动力飞艇，它是真正的庞然大物，艇身内有核电站、飞机库，飞艇顶上有直升机起落平台，艇身内上下有电梯连接，载重量达到2500吨，依次就可运送几千名旅客。1984年5月3日，我国民办企业研制的“西湖号”飞艇，在杭州首飞成功。
（二） 通过飞行器在大气中的运动所产生的空气动力，获得支持飞行器升力的大气飞行器称为空气动力飞行器，也叫重于空气的飞行器。大部分空气动力飞行器都具有产生升力的翼面――机翼或旋翼。但也有依靠飞行器本身的动力产生升力的飞行器，象气垫飞行器、飞行平台和火箭等。
气垫飞行器又叫地面效应飞行器，它是利用气垫效应而腾空行驶的。这种飞行器只能贴近上面或水面运动，所以不能算飞行，只能成为“行驶”。气垫车或气垫船由发动机带动垂直管道内的风扇，将空气压缩后送到飞行器底盘下，形成高压空气区，叫做气垫。气垫把飞行器抬起来，然后利用螺旋桨或向后的喷流前进。目前，气垫飞行器用于水面的较多，因为气垫飞行器在地面拐弯比较困难，同时又容易受地面的障碍物、房屋和树木的影响，不平的地面以及扬起的尘土也带来很大的困难。试验表明，重量达几百吨的巨型气垫船速度可接近每小时185公里。
飞行平台和火箭都是依靠反作用产生升力的，所以它们都不需要专门用于产生升力的翼面。飞行平台属于垂直起落飞行器。火箭其实不完全是大气飞行器，它在大气层内飞行时，作用在火箭体上的空气动力和火箭的推力分力一起组成火箭的升力，一旦火箭飞出大气层，这种气动升力也随即消失。通常火箭都是作为宇宙飞行器的一种运载工具把宇宙飞行器送入飞行轨道之用。
重于空气的有翼飞行器有定翼的和动翼的两类。定翼机有飞机、无人机和滑翔机三种。根据《辞海》（1979年版）关于“飞机”的解释，飞机是一种哟动力装置，依靠安装在机身上的机翼产生升力的重于空气的飞行器。那么滑翔机就是不带动力装置的有翼飞行器了，在动力滑翔机出现之前，滑翔机确实就是一种没有动力的“飞机”，它依靠机翼的优良性能可以作长距离滑翔，在上升气流中也可以作长时间的翱翔。在1976―1977年间，单座滑翔机的直线航程世界纪录是1460.8公里，升限的世界纪录是14102米。
滑翔机可分为初级、中级和高级三种。初级滑翔机构造简单，不能作较大坡度的转弯，一般用人拉橡筋绳弹射的方法起飞进行直线飞行，供初学者使用。外形流线，性能优良，能作长距离飞行并具备一切特技飞行能力的滑翔机称为高级滑翔机，通常用飞机牵引起飞，也可用绞车或汽车牵引起飞，供竞赛用。中级滑翔机的构造和性能介于两者之间。七十年代以来，国际上对装有小型发动机能自行起飞的动力滑翔机日益引起重视。按照国际航空联合会的规定，动力滑翔机应当在发动机不工作时具备滑翔机的特征，也就是最大 升阻比要大于20，全开扰流器时的 升阻比不小于7，这比各种轻小型飞机（如轻型或超轻型飞机、伞翼机、帆翼机等）和大型飞机的升阻比要大的多。还必须允许在一般的泥地上着陆而不危及乘员。动力滑翔机可用于训练飞行员、航空旅游、护林防火、高压线路巡查、小面积航测等。在军事上曾用飞机牵引一系列滑翔机组成“空中列车”，用来载运伞兵和装备进行无声偷袭。
滑翔机是依靠本身重量的向前分力来克服阻力前进的，滑翔飞行的原理见图。
动翼飞行器于机翼固定的飞机和滑翔机不同，它产生升力的一面在飞行时相对于机身是运动着的。但翼面运动的方法可以有多种多样，目前最常见的是翼面作旋转运动的旋翼飞行器，如果发动机直接带动旋翼旋转产生升力，则叫做直升机。关于直升机后面有专门论述。发动机不直接带动旋翼 ，而是靠飞行器前进时的相对气流吹动其旋转，产生升力的叫做旋翼机。旋翼机前进的动力靠发动机和螺旋桨。旋翼机产生升力情况和直升机不同，旋翼机前进时，旋转面向后倾斜，而直升机旋转面向前倾斜。旋翼机的最小速度一般是40―50公里/小时，最大飞行速度为300公里/小时。仅用于游览、救护和体育活动。
另一种翼面运动的飞行器是扑翼机。从古代起人类就从事模仿飞鸟的扑翼飞行，意大利画家达芬奇在他绘制的草图里曾提出过扑翼飞行器的设计。但是经过长期的试验，直到今天实用的扑翼机还未获得成功。因为鸟类飞行时的翅膀的动作，并不是简单的向下扇扑，而要复杂得多。所以制造一种象鸟翅那样运动得机翼是相当困难得。为了克服这个困难，发明家们试图在上下摆动的机翼上装上活门系统，这种系统在机翼向下运动时，可以关闭，向上运动时可以打开。但这并不是克服困难的有效方法，所以这种摆翼没有得到发展。扑翼飞行有很多优点：扑翼飞行提升一定重量所需的动力，要比普通定翼机小得多，只有它得三十分之一。能够几乎垂直起飞和降落。所以现在仍然对扑翼机进行着大量的研究。
二、 人类目前已经有很多飞行器飞行在宇宙间，有载人的也有不载人的，有可回收的也有不可回收的，有可控制的也有不可控的，都统称为宇宙飞行器（航天器）对于宇宙飞行器，目前尚未归纳出合适的分类方法。如果按照飞行器的飞行范围，似乎可分为活动在太阳系内的行星际飞行器和离开太阳系的恒星系飞行器两类，但是这种分类对于飞行器本身并不象大气飞行器和宇宙飞行器的区分那样有本质的影响，宇宙飞行器的飞行轨道是发射前根据需要设计好的，能否离开太阳系仅仅是运载工具能量大小的问题。 |
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