飞机是现代的一种常见的交通工具,是指具有一具或多具发动机的动力装置产生前进的推力或拉力,由机身的固定机翼产生升力,在大气层内飞行的重于空气的航空器。
原理
在真实且可产生升力的机翼中,气流总是在后缘处交汇,否则在机翼后缘将会产生一个气流速度为无穷大的点。这一条件被称为库塔条件,只有满足该条件,机翼才可能产生升力。在理想气体中或机翼刚开始运动的时候,这一条件并不满足,粘性边界层没有形成。通常翼型(机翼横截面)都是上方距离比下方长,刚开始在没有环流的情况下上下表面气流流速相同,导致下方气流到达后缘点时上方气流还没到后缘,后驻点位于翼型上方某点,下方气流就必定要绕过尖后缘与上方气流汇合。由于流体黏性(即康达效应),下方气流绕过后缘时会形成一个低压旋涡,导致后缘存在很大的逆压梯度。随即,这个旋涡就会被来流冲跑,这个涡就叫做起动涡。根据海姆霍兹旋涡守恒定律,对于理想不可压缩流体在有势力的作用下翼型周围也会存在一个与起动涡强度相等方向相反的涡,叫做环流,或是绕翼环量。环流是从机翼上表面前缘流向下表面前缘的,所以环流加上来流就导致后驻点最终后移到机翼后缘,从而满足库塔条件。由满足库塔条件所产生的绕翼环量导致了机翼上表面气流向后加速,由伯努利定理可推导出压力差并计算出升力,这一环量最终产生的升力大小亦可由库塔-茹可夫斯基方程计算:L(升力)=ρVΓ(气体密度×流速×环量值)这一方程同样可以计算马格努斯效应的气动力。根据伯努利定理——“流体速度越快,其静压值越小(静压就是流体流动时垂直于流体运动方向所产生的压力)。”因此上表面的空气施加给机翼的压力F1小于下表面的F2。F1、F2的合力必然向上,这就产生了升力。 升力的原理就是因为绕翼环量(附着涡)的存在导致机翼上下表面流速不同压力不同。
优缺点
优点
喷气式客机的时速在810千米左右,机动性高。飞机飞行不受高山、河流、沙漠、海洋的阻隔,而且可根据客、货源数量随时增加班次。
据国际民航组织统计,民航平均每亿客公里的死亡人数为0.4人,是普通交通方式事故死亡人数的几十分之一到几百分之一,是比火车更为安全的交通运输方式。
缺点
飞机价格太贵。无论是飞机本身还是飞行所消耗的油料相对其他交通运输方式都高昂的极多。受天气情况影响。虽然航空技术已经能适应绝大多数气象条件,但是风、雨、雪、雾等气象条件仍然会影响飞机的起降安全。
起降场地也有限制。飞机必须在飞机场起降,一个城市最多不过几个飞机场,而且机场受周围净空条件的限制多分布在郊区。由于从飞机场到市区往往需要一次较长的中转过程,由此给高速列车提供了800公里以内距离的城际运输市场空间。
因此飞机只适用于重量轻,时间紧急,航程又不能太近的运输。
危险:虽然民航客机每亿客公里的死亡人数远低于其他运具,但批评者认为飞机本身旅程亦远比其他运具长,所以这个数值被拉低。在某些数据上飞机并不是特别安全。
飞机的事故率虽然比火车低,但是飞机一旦失事,将会有极少人生还甚至无人生还。飞机与地面失去联系,就无法安全飞行。
分类
飞机不仅广泛应用于民用运输和科学研究,还是现代军事里的重要武器,所以又分为民用飞机和军用飞机。
民用飞机除客机和运输机以外还有农业机、森林防护机、航测机、医疗救护机、游览机、公务机、体育机,试验研究机、气象机、特技表演机、执法机等。
飞机还可按组成部件的外形、数目和相对位置进行分类。
按机翼的数目,可分为单翼机、双翼机和多翼机。按机翼相对于机身的位置,可分为下单翼、中单翼和上单翼飞机。
按机翼平面形状,可分为平直翼飞机、后掠翼飞机、前掠翼飞机和三角翼飞机。
按水平尾翼的位置和有无水平尾翼,可分为正常布局飞机(水平尾翼在机翼之后)、鸭式飞机(前机身装有小翼面)和无尾飞机(没有水平尾翼);正常布局飞机有单垂尾、双垂尾、多垂尾和V型尾翼等型式。
按用途可分为战斗机、轰炸机、攻击机、拦截机。按推进装置的类型,可分为螺旋桨飞机和喷气式飞机;
按发动机的类型,可分为活塞式飞机、涡轮螺旋桨式飞机和喷气式飞机;按发动机的数目,可分为单发飞机、双发飞机和多发飞机。
按起落装置的型式,可分为陆上飞机、水上飞机和水陆两用飞机。
还可按飞机的飞行性能进行分类:
按飞机的飞行速度,可分为亚音速飞机、超音速飞机和高超音速飞机。
按飞机的航程,可分为近程飞机、中程飞机和远程飞机。