优点:滞空时间长,运量大,环保,随后出现的氦气气球有较高的安全系数。 缺点:速度慢。 2.2.2 重于空气的航空器包括固定翼航空器,旋翼航空器,扑翼机,倾转旋翼机。其种 类较多,功能较前者也更为复杂,出现的也较晚,但发展迅速。 重于空气的航空器靠自身与空气的相对运动产生空气动力升空。固定翼飞机结构通常 包括机翼,机身,尾翼和起落架等部分。其优点是速度快,安全性较高;缺点是耗油量大, 运量小,成本高。 旋翼机是靠航空发动机驱动旋翼旋转作为升力和推进力的来源,现多由机身,起落架, 动力装置,旋翼系统,操纵系统和其他系统组成,多用于运送人员物资武器设备等,尤其 因为它可以垂直起降的特点,多用于抢险救灾,高空救援等特殊情况。但由于其特殊外形, 不符合空气动力学特性,无法在空中滑翔,一旦发生故障,很容易发生重大事故。 滑翔机,它属于无动力固定翼飞机,出现较早,利用自身重力的分量获得动力,现多 用于运动或表演。 扑翼机是指模拟鸟和昆虫翅膀的上下摆动获得动力的一类飞行器,又称振翼机。通过 振翅可以获得升力和前进的动力,但机理复杂,其空气动力学规律至今尚未被人们完全掌 倾转旋翼机,是一种近期备受关注的新型飞行器,它通过旋转旋翼兼具固定翼飞机的速度和旋翼机垂直起降的优点。尤其美国的V-22 型军用运输机在几次战争中大放异彩,使 各国争相研制同类型飞机。 在众多的飞行器中,军用飞行器无疑是科技含量很高的一个部分,而其中战斗机有时 精品中的精品,最新的空气动力学技术总是先在它的身上实施,而军队对战斗机更高的要 求也让空气动力学前进的更快。那就让我们由战斗机的发展历程,看空气动力学的发展。 三、战斗机发展的各个阶段 3.1 有动力的的飞机于1903 年由莱特兄弟发明。飞 机之所以能飞 就一定要提到空气动力 学上的一个重 要发现,那就 是空气流速不同处压力的不同。流 速快,压强小。为了让飞机飞起来,人们设法利用气流 的速度差产生的气动压力差向上推动飞机。所以,人们将飞机机翼的横截面设计成上凸下 凹或平。这样空气吹过这样形状的机翼表面时,又有上表面空气走的路程比下表面长,因 此上表面空气流速比下表面的快。根据伯努里定理(丹尼尔伯努里于178 年提出了的流体 力学中一个重要定理。他认为在理想流体的定常流动中,流体压力p,流体速度v,流体的 密度ρ和流体的位置H,满足关系式)将产生一个向上的压力差,这个压力差称为飞机的 升力,就是这个力将飞机送上天。 飞机自发明之日起仅仅过了3 年时间便被运用到了军事行动中。不过当时多是侦查任 务,当时的飞行员想如果能把对方的飞机打下来,对自己会是很有帮助的,所以,飞行员 们自带手枪,步枪。这就有了最初的战斗机。 3.2 开始的飞机多为两翼或三翼,虽然单位受力减轻,增加空气的作用面积,便与操 控。但飞机变得笨重,速度慢,已经不适合战争的需要。到第二次世界大战时,几乎所有 的战斗机都采用单翼设计,尤其是德国率先使用可收回式起落架和封闭式座舱,是整个飞 机更加符合流线型,这源于其空气动力学的进步,这几项改进,使飞机的速度,由于减少 了阻力的损耗的能力,使得续航能力也大幅提升。 美国人在他们的新飞机P-51“野马”上使用了他 们的新型机翼——层流型机翼.层流翼型是它的前 缘半径较小,最大厚度位置靠后,能使翼型表面 上尽可能保持层流流动,以便减小摩擦阻力。摩 擦阻力是在“附面层”(或叫边界层)内产生的。 所谓附面层,就是指,空气流过飞机时,贴近飞 机表面、气流速度由层外主流速度逐渐降低为零 的那一层空气流动层。附面层是怎样形成的呢? 原来是,当有粘性的空气流过飞机时,紧贴飞机表面的一层空气,与飞机表面发生粘性摩 擦,这一层空气完全粘附在飞机表面上,气流速度降低为零。紧靠这静止空气层的外面第 二气流层,因受这静止空气层粘性摩擦的作用,气流速度也要降低,但这种作用要弱些, 因此气流速度不会降低为零。再往外,第三气流层又要受第二气流层粘性摩擦的作用,气 流速度也要降低,但这种作用更弱些,因此气流速度降低就更少些。这样,沿垂直于飞机 表面的方向,从飞机表面向外,由于粘性摩擦作用的减弱,气流速度就一层一层的逐渐增 大,到附面层边界,就和主流速度相等了。这层气流速度由零逐渐增大到主流速度的空气 层,就是附面层。 附面层内,气流速度之所以越贴近飞机表面越慢,这必然是由于这些流 动空气受到了飞机表面给它的向前的作用力的作用的结果。根据作用和反作用定律,这些 被减慢的空气,也必然要给飞机表面一个向后的反作用力,这就是飞机表面的摩擦阻力。 附面层按其性质不同,可分为层流附面层和紊流附面层。就机翼而言,一般在最大厚度以 前,附面层的气流各层不相混杂而分层的流动。这部份叫层流附面层。在这之后,气流流 动转变为杂乱无章,并且出现了旋涡和横向运动。这部份叫率流附面层。层流转变为紊流 的那一点叫转捩点。附面层内的摩擦阻力与附面层的性质有很大关系。实验表明,紊流附 面层的摩擦阻力要比层流附面层的摩擦阻力大得多。因此,尽可能在机翼上保持层流附面 层,对于减小阻力是有利的。所谓层流翼型,就是这样设计的。 总的说来,摩擦阻力的大小,决定于空气的粘性,飞机的表面状况,以及同空气相接 触的飞机的表面积。空气粘性越大,飞机表面越粗糙,飞机表面积越大,摩擦阻力就越大。 战争是科学的助推器,在第二次大战期间,活塞式发动机达到顶峰,活塞式发动机的机 构与工作原理和汽车发动机十分类似,其实最早的航空发动机就是将汽车发动机搬到了飞 机上。它的工作分为四个行程,即进气行程,压缩行程,膨胀行程和排气行程。由多个缸 爆燃产生推进力,由多组缸的程序式交替工作获得持续的动力输出。 3.3 在战中中后期出现的野马战斗机与过去的活塞式发动机飞机比较已经有了质的飞 跃。距飞机发明40 余年,发动机功率提高近百倍,结构上由于流线型机身,层流型机翼的 使用,速度由百公里左右提高到816 千米每小时。但已经是活塞式飞机的极限了,对于寻 求高速推重比的战斗机来说,活塞式战斗机已经没有什么可以改良发展的了。因为活塞式 发动机有以下缺点。