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第5章 航空时代的飞翔之翅——飞机(3)

美国波音747波音747是美国波音公司研制的四发宽体远程客机,是世界上最大的民航客机。1965年8月,波音公司开始研制一种载客500人的大型宽机身客机,以满足20世纪60年代末民航旅客增加的需要。1968年9月30日第一架波音747出厂,截至1992年3月31日,各型波音747共获订货1168架。波音747的巡航高度为13700米,最大载油量134吨,商载90吨,最大马赫数0.88,航程13000KM,它在世界上被各国国际航空公司广泛运营在跨洋航线上。波音747自从1969年第一次投入飞行以来,已经成为飞机中的大哥大:它拥有的庞大机身、四台马力强劲的涡轮风扇发动机、更远的飞行距离和载客量是其他商业飞机无法比拟的,即使在今天,也是如此。

第三代喷气客机是针对世界客运量的飞速增长而研制的宽体客机。其机身直径可达55~66米,是第二代以前所谓“窄体”客机的1.5倍;起飞重量最大可达300吨以上,载客量远程可达400人以上,近程则超过600人。动力装置开始采用推力更大、耗油率更低的高涵道比涡扇式发动机,噪声和振动水平则大大下降。

美国波音757

第四代喷气式客机研制始于20世纪70年代,80年代投入使用。当时国际上出现了石油危机,因而这一代飞机采用了更先进的高涵道比涡扇发动机,耗油率又有降低,提高了经济性。主要机型有:波音757、波音767、欧洲的A310、A320和苏联的伊尔—96、图—204等。

波音757飞机是波音家族的新成员,是最经济的中远程双发客机,1982年开始交付给航空公司使用。波音757是在波音727的基础上采用新机翼和先进的发动机,修改了机身外形发展而形成的。在1000千米航段上比波音727—100省油10%。它主要的机型有757—200、757—300,巡航高度为12700米,载油34吨,商载26吨,航程可达7000千米,最大马赫数0.86。虽然它比B737飞机的“个头”大,但它可以使用和波音737一样的机场进行起降,飞行性能良好。

欧洲空中客车工业公司A320系列单通道飞机家族A320是窄机身客机,最大特点就是采用了电传飞行操纵系统。电传飞行操纵系统的优点是取消了传统的钢索和滑轮,并采用全新的控制准则。如果没有驾驶员的操纵信号或操纵信号不恰当,则飞机自动保持在适当的航迹上。因此A320的生存能力高于同类飞机。特别是当电传操纵系统失灵时,备用的机械系统仍可给出适当的控制,使飞机安全着陆。

第五代喷气式客机于20世纪90年代投入使用。这一代飞机采用了经济性更好的涡扇发动机,翼型设计更加优良,安全性和舒适性也大大提高,代表型号有波音777、A330和A340等。

波音777波音777是波音公司研制的双发动机涡扇远程运输机,也是世界上最大的双发客机,1995年开始投入使用。它拥有比波音747更好的飞行性能,可以提供380个客座,最大巡航高度15000米。航程可达14000千米,最大商载55吨。它有两种系列型号:777—200和777—300。波音777从设计到出厂,没有使用一张纸,被誉为“无纸设计”。它的先进的驾驶舱管理功能使广大飞行员对它无不向往。

欧洲空中客车工业公司的A330A330是欧洲空中客车工业公司研制的双发中短程宽体客机。1987年4月,A330和A340两个型号同时上马。A330于1992年11月2日首飞,1993年10月交付使用。A330和A340采用同样的机身,并且有85%的零部件可以通用。

由于采用了先进机翼、高效率发动机和大量复合材料,A330飞机的经济性有了大幅度提高。同时,A330飞机在客舱的灵活性和舒适性方面也进行了优化。该机型拥有真正的宽体机身,能够满足不同运营商对客舱座位数和分级布局的各种需求,因此也广受市场欢迎。

目前除了第一代喷气式客机之外,第二代、第三代、第四代和第五代同时都在使用,各自在远近不同、繁忙程度不同的航线上发挥着作用。

知识点

水上飞机

水上飞机是能在水面上起飞、降落和停泊的飞机,其中有些同时也能在陆上机场起降的,称为两栖飞机。水上飞机分为船身式或浮筒式两种。两栖飞机则在船身或浮筒上装可收放的起落架,在水上起降时收上,在陆上起降时放下。

当水上飞机停泊在水上时,宽大船体所产生的浮力,就会使飞机浮在水面上并且不会下沉。但在需要起飞时,螺旋桨发动机产生的拉力,就会拖着它以相当快的速度在水面上滑跑。伴随着速度的不断增加,机翼上产生的升力慢慢克服了飞机的重力,从而把飞机从水面上逐渐托起来,成为在空中飞行的航船。而在它完成空中任务之后,自然也要重返到水面。国外许多人根据水上飞机这一特点,又把它叫做水上飞船或飞机巡洋舰。

灵活机动的直升机备受青睐

直升机是依靠驱动旋翼产生外力,并通过特殊的传动机构和操纵系统改变升力的大小和方向,从而实现飞行的航空器。它不需要起飞滑跑和着陆滑跑,而是直接上升和降落,有利于执行特殊的任务。又由于直升机的体积较小,便于运载和存放,因此,直升机很受人们喜爱。

当人类对飞行处于幻想时期的时候,就产生了直升机的基本思想,昭示了现代直升机的原理。最有价值的是我国古代的玩具“竹蜻蜓”和意大利人达·芬奇的直升机设计方案图。

竹蜻蜓是我国古代一大发明。玩时,双手一搓,然后手一松,竹蜻蜓就会飞上天空。旋转好一会儿后,才会落下来。这种简单而神奇的玩具,曾令西方传教士惊叹不已,将其称为“中国螺旋”。20世纪30年代,德国人根据“中国螺旋”的形状和原理发明了直升机上天的螺旋桨。

15世纪达·芬奇的画是世界上最早的直升机设计方案图。大概也想仿照当时的提水机械,以阿基米德螺线形状的翼面在空气中旋转,实现把人垂直提升到空中的构想。

达·芬奇的直升机设计方案图古时的生产力和科技水平低下,不可能造出实际的直升机,但中国的竹蜻蜓和意大利人达·芬奇的直升机方案图画,为现代直升机的发明提供了启示,它们被公认为是直升机发展史的起始点。

1906年法国直升机设计师保罗·科尔尼研制出世界上第一架有热动力、能载人离开地面的直升机。这架直升机采用了纵列式双旋翼布局,其主构架是一根大口径的钢管,由钢索系紧并与6个辅助构件连接在一起。它的动力装置是一台水冷式安托瓦内特发动机。

1907年11月13日,科尔尼在自己家乡附近驾驶自己设计制造的直升机升空。试飞时由于直升机振动太大,驾驶员很难操纵,只好用绳子拴在地面上,作了离地30厘米、留空20秒的飞行。

科尔尼在首次成功之后的几个月里又继续试飞15次,做前飞、后飞达300次以上。有一次还把弟弟带着升空,创造了直升机双人升空的纪录。它标志着直升机的发展进入了新阶段。

世界上第一架直升机——美国工程师西科斯基

研制成功的VS-300直升机

世界上公认的载人直升机Fw61是德国直升机设计师H·福克于1936年发明的,1936年6月26日成功进行试飞。1937年Fw61创造了直升机飞行速度(120千米/小时)、升限(3416米)、留空时间(1小时20分)三项世界纪录。

世界公认的第一架实用直升机是由美国的西科斯基完成的。1939年春,西科斯基完成了VS—300直升机的全部设计工作,同年夏天制造出一架原型机。这是一架单旋翼带尾桨式直升机,装有三片桨叶的旋翼,旋翼直径8.5米,尾部装有两片桨叶的尾桨。其机身为钢管焊接结构,由V型皮带和齿轮组成传动装置。起落架为后三点式,驾驶员座舱为全开放式。动力装置是一台四气缸、75马力的气冷式发动机。这种单旋翼带尾桨直升机构型成为现在最常见的直升机构型。

1942年5月交付美国陆军使用的R-4直升机自首次系留飞行以来,西科斯基不断对VS—300进行改进,逐步加大发动机的功率。1940年5月13日,VS—300进行了首次自由飞行,当时安装了90马力的富兰克林发动机。

20世纪40年代,美国沃特—西科斯基公司研究出一种2座轻型直升飞R—4,它是世界上第一种投入批量生产的直升机,美国AH-64“阿帕奇”也是美国陆军航空兵、海军、海岸警卫队和英国空军、海军使用的第一种军用直升机。

第二次世界大战的军事需要,加速了直升机技术和应用的进程,促使直升机发展由探索期进入实用期,直升机开始投入生产线生产。到二战结束时,德国工厂已生产了30多架直升机,美国交付的R5、R6直升机已达400多架。

20世纪70年代至80年代是直升机发展的第三阶段,典型机种有:美国的S—70/UH—60“黑鹰”、S—76、AH—64“阿帕奇”,苏联的卡—50、国际合作的“虎”式直升机米—28,法国的SA365“海豚”,意大利的A129“猫鼬”等。这一阶段出现了专门的民用直升机。为了深入研究直升机的气动力学和其他问题,这时也设计制造了专用的直升机研究机,例如S—72和贝尔533。各国竞相研制专用武装直升机,促进了直升机技术的发展。

20世纪90年代后,直升机发展进入全新阶段,出现了目视、声学、红外及雷达综合隐身设计的武装侦察直升机。典型机种有美国的RAH—66和S—92,国际合作的“虎”、NH90和EH101等。

现代直升机直升机可以做低空(离地面数米)、低速(从悬停开始)和机头方向不变的机动飞行,特别是可在小面积场地垂直起降。由于这些特点使其具有广阔的用途及发展前景,直升机在军用方面已广泛应用于对地攻击、机降登陆、武器运送、后勤支援、战场救护、侦察巡逻、指挥控制、通信联络、反潜扫雷、电子对抗等。在民用方面应用于短途运输、医疗救护、救灾救生、紧急营救、吊装设备、地质勘探、护林灭火、空中摄影等。海上油井与基地间的人员及物资运输也是民用的一个重要方面。

知识点

红外线

红外线是太阳光线中众多不可见光线中的一种,由德国科学家霍胥尔于1800年发现,又称为红外热辐射。他将太阳光用三棱镜分解开,在各种不同颜色的色带位置上放置了温度计,试图测量各种颜色的光的加热效应。结果发现,位于红光外侧的那支温度计升温最快。因此得到结论:太阳光谱中,红光的外侧必定存在看不见的光线,这就是红外线。也可以当做传输之媒介。

太阳光谱上红外线的波长大于可见光线,波长为0.75~1000μm。红外线可分为三部分,即近红外线,波长为(0.75~1)~(2.5~3)μm之间;中红外线,波长为(2.5~3)~(25~40)μm之间;远红外线,波长为(25~40)~1000μm之间。

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