航空器

航空器

指能在大气层内进行可控飞行的各种飞行器。任何航空器必须产生一个大于自身重力的升力，才能升入空中。根据其升力产生的原理不同，航空器可分为两类：轻于空气的航空器和重于空气的航空器，前者靠空气静浮力升空，又称为浮空器；后者靠动力装置克服自身重力升空。根据构造特点，航空器可进一步分为下列几种类型：

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│ 轻于空气的 │┌┤气 球│

┌─┤ ├┤├───┤

│ │ 航空器 │└┤飞 艇│

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┌────┐ │ ┌────┐ ┌─┤ 飞 机 │

│ 航空器 ├─┤ ┌─┤ 固定翼 ├─┤ ├─────┤

└────┘ │ │ │ 航空器 │ └─┤ 滑翔机 │

│ ┌──────┐│ └────┘ └─────┘

│ │ 重于空气的 ││ ┌─────┐

└─┤ ├┤ ┌────┐ ┌─┤ 直升机 │

│ 航空器 │├─┤ 旋 翼 ├─┤ ├─────┤

└──────┘│ │ 航空器 │ └─┤ 旋翼机 │

│ └────┘ └─────┘

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└─┤ 扑翼机 │

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图１．航空器的分类

轻于空气的航空器的主体是一个气囊，其中充以密度比空气小得多的气体（氢或氦），利用大气的浮力使航空器升空。气球和气艇都是轻于空气的航空器，二者的重要区别是前者没有动力装置，升空后只能随风飘动，或者被系留在某一固定位置上，不能进行控制；后者装有发动机、空气螺旋浆、安定面和操纵面，可以控制飞行方向和路线。

重于空气的航空器的升力是由其自身与空气的校对运动产生的。固定翼航空器主要由固定的机翼产生升力，旋翼航空器主要有旋转的机翼产生升力。

飞机是最主要的、应用范围最广的航空器。它的特点是装有提供拉力或推力的动力装置，产生升力的固定机翼，控制飞行姿态的操纵面。２０世纪８０年代初出现的航天飞机虽然也有机翼并具有和飞机相似的外形，但它是靠火箭推力在发射架上垂直发射而飞出大气层，然后在近地轨道上运行。航天飞机返回主要靠无动力滑翔着陆，这是它于飞机的主要不同之处。

滑翔机与飞机的根本区别是，它升高以后不用动力而靠自身重力在飞行方向上的分力向前滑翔。虽然有些滑翔机装有小型发动机（称为动力滑翔机），但主要是在滑翔前用来获得初始速度。

旋翼航空器由旋转的旋翼产生空气动力。旋翼机的旋转没有动力驱动，当它在动力装置提供的拉力作用下前进时，迎面气流吹动旋翼象风车似地旋转，从而产生升力。有的旋翼机还装有固定小翼面，由它提供一部分升力。直升机的旋翼是由发动机驱动的，升力和水平运动所需的拉力都由旋翼产生。

扑翼机又名振翼机。它是人类早期模仿鸟类飞行而制造的一类航空器。它用象飞鸟翅膀那样扑动的翼面产生升力和拉力。但是，由于人类对鸟类飞行时翅膀的复杂运动还没有研究清楚，加之制造象鸟类翅膀那样的扑动的机翼还有许多技术上的困难，扑翼机至今还没有研制成功。

气球

气球一般由气囊和吊在气囊下面的吊蓝或吊舱组成。气囊内充以比空气密度小的浮升气体，使气球升空；吊舱放置仪器设备，有的可以乘人。

气球按升空后有无约束分为自由气球和系留气球两类。自由气球升空后不受限制，随风飘移；系留气球则用绳索系留在地面上，基本保持在固定的高度上。

根据气囊内浮升气体的不同，又可分为热空气气球（简称热气球）、氢气球和氦气球。

热气球 热气球气囊的下方有开口，在开口处有一加热器（如喷灯），被加热的空气因密度小而升入气囊，产生浮力，使气球上升。通过控制加热器，可以控制热气球的升降。热气球 构造简单、价格低廉。乘热气球飞行是一种航空运动。

氢气球和氦气球 气囊无开口，前者内部充以氢气，后者内部充以氦气。由于氢气比氦气比重更小，因此产生的浮力也比较大。

气球的产生可以追溯到公元十世纪，我国在五代时期（公元901~960年），就曾用竹签扎成方架，糊上纸作成灯笼，点燃下面托盘上的松脂，夜晚升空作为军事信号。这种松脂灯（又名孔明灯）就是一种原始的热气球。在欧洲，直到18世纪后期才发明气球。１７８３年１１月２１日法国人Ｆ．Ｐ罗齐埃和Ｍ．达尔郎德乘坐由蒙哥尔费兄弟制造的热气球升到约１０００米高度，飞行２５分钟，实现了人类第一次空中飞行。

１７８３年法国物理学家Ｊ．Ａ．Ｃ查尔斯制成和试放第一个氢气球。以后在法国和一些其他国家氢气球发展很快，经过不断改进，到１９世纪初，氢气球已成为军事、体育运动和科学试验方面很有价值的航空器。氢气球有易燃易爆的缺点。２０世纪２０年代，出现了用氦气代替氢气的氦气球。３０年代以后，制造气球的薄膜材料不断改进，设计技术日趋完善，加上载人密闭吊舱的使用，使气球性能不断提高，应用更加广泛。１９６０年前后，载人气球升飞高度已达３４．５公里，不载人气球可达４６公里，气囊容积最大可达１４０万立方米，载重超过５０００公斤。

早期的气球主要用在军事上，首先是通信联络和侦察。１８７１年普法战争中巴黎被包围，法国人曾用气球将人员和信件送出包围圈。第一次世界大战中，系留气球被广泛用来当做监视对方的空中平台。气球还可由于防空和轰炸。第二次世界大战中，英国伦敦周围就曾用系留气球群构筑成空中拦阻网，防止德国的轰炸机进入。５０年代以后，由于其他技术的发展，气球在军事上应用价值大为减小。在民用方面，系留气球可用于在地形险要的地区架设电缆，在林区集运木材。系留气球还可在边远地区用作通信、电视广播的中继站。

飞艇

飞艇是有推进装置、可控制飞行的轻于空气的航空器。它由巨大的流线型艇体、位于艇体下面的吊舱、起稳定作用的尾面和推进装置组成。艇体的气囊内充以密度比空气小的浮升气体（氢气或氦气），借以产生浮力使飞艇升空。吊舱供人员乘坐和装载货物。尾面用来控制和保持航向、俯仰和稳定。飞艇的升降调整有多种办法，如改变浮升气体量（放气或充气）、抛掉压舱物（水或沙袋）、利用艇体和翼面的气动升力，改变推力方向等。

根据结构的不同，飞艇可分为软式、半硬式和硬式三种。软式和半硬式飞艇的艇体形状靠气囊内的气体压力维持，要求充气压力始终略大于外界大气压力，故又称压力飞艇。

软式飞艇 艇体由主气囊和前后副气囊组成。气囊用涂胶的密封纤维布制成，内部用张线加强，外形靠充气压力保持。气囊上装有安全阀门，当内外压力差超过规定值时自动放气，以保证气囊不被涨破。主气囊充以氦气或氢气，副气囊充填空气。通过调整前后副气囊的压力，保持主气囊的压力差和飞艇姿态。软式飞艇艇体不能过大，主要用于小型飞艇。

半硬式飞艇 气囊构造与软式飞艇相似，但在气囊下部增加刚性的龙骨架，组成半硬式飞艇的艇体。这种结构增加了艇体的刚度，吊舱、推进装置和系留点与艇体连接较为方便。

硬式飞艇 艇体由刚性骨架外罩蒙布或薄铝皮构成。整个艇体不密闭，主要起维持流线型和连接个部分的作用。艇体内部由隔框分隔成许多小气室，每个小气室放有密闭小气囊，气囊内为浮升气体。众多的小气囊可提高飞艇的抗损性和安全性。第一艘硬式飞艇是德国人Ｆ．齐伯林制造成功的，故硬式飞艇又称齐伯林飞艇。

飞艇是最早的有动力载人飞行器。它的发展以有１００多年的历史。１８５２年，法国Ｈ．吉法尔制成第一艘装有蒸气机的飞艇（见图），在飞艇软式气囊下面有一个三角形的风帆，用来操纵飞行方向，功率仅有３马力。以后在飞艇上换装重量较轻的内燃机，并改进了艇体和操纵装置，才使软式飞艇成为具有实用价值的飞行器。１９００年德国人Ｆ．齐伯林制造的第一艘硬式飞艇问世，它广泛用于于军事，并开创了飞艇商业飞行的历史。