飛機控制原理

大多數飛機由五個主要部分組成：機翼、機身、尾翼、起落裝置和動力裝置，飛機的飛行要解決兩個問題：一是上升；二是前進，前進靠的是發動機的動力帶動螺旋槳旋轉産生的向前牽引力或是噴氣産生的向前推力。 上升是根據伯努利原理，即流體（包括氣流和水流）的流速越大，其壓強越小；流速越小，其壓強越大。還有，升力和迎角等都有很大關系。

升力

迎角

氣流流過的壓力差産生了升力

飛機運動的三軸簡化，俯仰、滾轉、偏航

副翼控制滾轉↓

副翼控制滾轉

俯仰運動靠升降舵控制↓

降舵控制俯仰運動

偏航運動靠方向舵控制↓

方向舵控制偏航運動

（1）直升飛機的大螺旋槳旋轉産生升力平衡重力。

直升飛機的槳葉大概有2—3米長，一般有5葉組成。普通飛機是靠翅膀産生升力起飛的，而直升飛機是靠螺旋槳轉動，撥動空氣産生升力的。直升飛機起飛時，螺旋槳越轉越快，産生的升力也越來越大，當升力比飛機的重量還大時，飛機就起飛了。在飛行中飛行員調節高度時，就隻要通過改變大螺旋槳旋轉的速度就可以了。

（2）直升飛機的橫向穩定。

因為直升飛機如果隻有大螺旋槳旋，那麼根據動量守衡，機身就也會旋轉，因此直升飛機就必須要一個能夠阻止機身旋轉的裝置。而飛機尾部側面的小型螺旋槳就是起到這個作用，飛機的左轉、右轉或保持穩定航向都是靠它來完成的。同時為了不使尾槳碰到旋翼，就必須把直升飛機的機身加長，所以，直升飛機有一個像蜻蜓式的長尾巴。

航空發動機：提供飛機前進的動力。

星型發動機示意圖，早在1903年，星型發動機就用在了飛機上。在其他更先進的航空發動機出現之前↓

星型發動機

大型飛機的發動機常采用星型設計↓

星型發動機屬于活塞式發動機的一種

渦輪噴氣發動機簡稱渦噴發動機，其曆史也很悠久↓

渦輪噴氣發動機

1937年，世界上第一個渦輪噴氣發動機就開始運行了。

渦噴發動機由5個結構組成

空氣從進氣道進入發動機後，首先被高速運轉的壓氣機壓縮，産生高壓緻密空氣以提供大量氧氣，燃燒室噴油燃燒，向後沖擊渦輪機，而渦輪機又帶動前面的的壓氣機，燃氣流從噴口噴出産生推力。

渦輪風扇發動機簡稱渦扇發動機↓

渦輪風扇發動機

很容易就能發現，渦扇發動機和渦噴發動機兩者之間的區别。渦噴隻有一個空氣通道，專業上叫做“涵道”，而渦扇發動機卻有兩個空氣通道。也就是說，渦噴發動機是單涵道發動機，而渦扇是雙涵道發動機。

外涵道與内涵道

發動機在運轉時，外涵道與内涵道空氣流量的比值叫做涵道比。

規律是，涵道比越大越省油，經濟性越好，高涵道比的發動機在亞音速時有非常好的能效，所以它廣泛地運用于客機、運輸機等。

高涵道比的發動機，主要推力不是來自于向後噴出的高溫燃氣，而是來自于外涵道高速向後噴出的空氣↓

高涵道比發動機

現代戰鬥機也大多采用渦扇發動機，隻是，為了追求高空的超音速性能，使用低涵道比的發動機。

美國F22猛禽戰鬥機使用的渦扇發動機，涵道比很低，隻有0.3：1↓

美國F22猛禽戰鬥機

渦輪螺旋槳噴氣發動機，簡稱渦槳發動機↓

渦輪螺旋槳噴氣發動機

渦槳發動機的本質類似于渦噴發動機接上一個減速器，并帶動外部的螺旋槳。

中國自行設計研制的水陸兩栖飛機蛟龍-600，采用國産WJ-6渦槳發動機↓

中國自行設計研制的水陸兩栖飛機蛟龍-600

目前，蛟龍-600是世界上最大的水陸兩用飛機，于2016年7月23日總裝下線。

渦槳發動機通常用在小型或低速的亞音速飛機上。但也有例外，俄羅斯的圖-95戰略轟炸蛟龍-600機使用的NK-12MV型渦槳發動機，讓其達到925公裡每小時的高速，接近音速。

俄羅斯的圖-95戰略轟炸機↓

俄羅斯的圖-95戰略轟炸機

每一個NK-12MV型渦槳發動機上有8個葉片，前後葉片采取同軸反轉的模式↓

前後葉片采取同軸反轉的模式

同軸反轉示意圖↓

同軸反轉示意圖

安-70運輸機上的D-27漿扇發動機↓

D-27漿扇發動機

渦槳發動機的燃油效率通常高于渦扇發動機，但它也不是盡善盡美，原因之一是，渦槳發動機上多了一個減速器，也就是變速齒輪。

變速齒輪的存在一是增加了發動機重量，二是多少會帶來一些功率上的損耗。

為此，有的國家研制一種不需要變速齒輪的發動機，它就是槳扇發動機。由于和渦輪之間沒有減速器，槳扇的螺旋槳轉速非常高，帶來的優點是燃料效率進一步提高，而缺點是噪音大，難以運用于追求舒适性的客機上。目前，隻有安-70運輸機使用漿扇發動機。

“安-70”運輸機由烏克蘭與俄羅斯共同研制開發，于1994年12月6日首飛↓

“安-70”運輸機

“安-70”的發動機，其葉片為前置，還有另一種槳扇發動機，其葉片為後置，這就是通用電氣早些年進行實驗的發動機GE36。

GE36槳扇發動機↓

GE36槳扇發動機

GE36槳扇發動機示意圖↓

GE36槳扇發動機示意圖

實驗中的GE36，表現出了非常低的燃料消耗，但同樣還是因為噪音大的問題，它沒有被使用在任何飛機上↓

實驗中的GE36

渦軸發動機并非如此簡單，但您可以借此理解其本質↓

渦軸發動機

渦輪軸發動機簡稱渦軸發動機，顧名思義，它是通過“軸”來傳輸動力。直升機、坦克、船舶上都有使用。

ch-47支奴幹直升機上的渦軸發動機

無論是上文提到的渦噴還是渦扇發動機，它們的前部都有一個“壓氣機”，這可是個大塊頭，要是能把它去掉就太好了。問題是，沒有了壓氣機，怎麼壓縮空氣？

飛行器飛得越快，迎面而來的空氣就越快，當快到幾倍音速時，空氣自然就得到了壓縮。高壓空氣進入燃燒室，混入燃油，劇烈燃燒并向後高速噴出以得到動力。這就是沖壓發動機的原理。

壓氣機

圖中的（a）代表傳統的渦噴發動機，其結構很複雜；而（b）代表沖壓發動機；（c）表示超燃沖壓發動機。

沖壓發動機一般用在導彈和目前還在試驗階段的高超音速飛行器上。

起落架收放示意圖↓

起落架收放示意圖1

起落架收放示意圖2

起落架收放示意圖3

不可否認，直升機和飛機有些共同點。比如，都是飛行在大氣層中，都重于空氣，都是利用空氣動力的飛行器，但直升機有諸多獨有特性。

（1）直升機飛行原理和結構與飛機不同，飛機靠它的固定機翼産生升力，而直升機是靠它頭上的槳葉（螺旋槳）旋轉産生升力。

（2）直升機的結構和飛機不同，主要由旋翼、機身、發動機、起落裝置和操縱機構等部分組成。根據螺旋槳個數，分為單旋翼式、雙旋翼式和多旋翼式。

（3）單旋翼式直升機尾部還裝有尾翼，其主要作用：抗扭，用以平衡單旋翼産生的反作用力矩和控制直升機的轉彎。

（4）直升機最顯眼的地方是頭上窄長的大刀式的旋翼，一般由2～5片槳葉組成一副，由1～2台發動機帶動，其主要作用：通過高速的旋轉對大氣施加向下的巨大的力，然後利用大氣的反作用力（相當與直升飛機受到大氣向上的力）使飛機能夠平穩的懸在空中。

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