小學生都能搞懂的:飛機飛行原理動態圖【附:視頻】

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不知道大家有沒有這樣的疑惑：飛機這樣的龐然大物是如何能夠從地面飛到空中，並且航行很長的距離，負重那麼多也能像在平地一樣？下面，我們就用gif動圖為大家解剖飛機飛行的大秘密！

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產生的向前牽引力或是噴氣產生的向前推力。 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係。

氣流流過的壓力差產生了升力

LearnEngineering製作的動畫，講解的是直升飛機的飛行原理！直升飛機可以起飛和著陸而不需要跑道，可以在空中懸停，可以在360度空間內任意方向進行操縱。 這個視頻將揭開飛行直升機背後的複雜性和科學性，你還將了解為什麼直升機飛行員是一個非常複雜的工作。

飛機運動的三軸簡化，俯仰、滾轉、偏航

↓↓滾轉是副翼控制↓↓

↓↓俯仰運動靠升降舵控制↓↓

↓↓偏航運動靠方向舵控制↓↓

平衡分析（對單旋翼式）

（1）直升飛機的大螺旋槳旋轉產生升力平衡重力。

直升飛機的槳葉大概有2—3米長，一般有5葉組成。普通飛機是靠翅膀產生升力起飛的，而直升飛機是靠螺旋槳轉動，撥動空氣產生升力的。直升飛機起飛時，螺旋槳越轉越快，產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，就只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。

因為直升飛機如果只有大螺旋槳旋，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，在其他更先進的航空發動機出現之前
大型飛機的發動機常採用星型設計

▲星型發動機屬於活塞式發動機的一種
早在1903年，星型發動機就用在了飛機上

▲渦輪噴氣發動機簡稱渦噴發動機，其歷史也很悠久
1937年，世界上第一個渦輪噴氣發動機就開始運行了

▲從大的方面看，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，產生高壓緻密空氣以提供大量氧氣，燃燒室噴油燃燒，向後衝擊渦輪機，而渦輪機又帶動前面的的壓氣機，燃氣流從噴口噴出產生推力。

▲渦輪風扇發動機簡稱渦扇發動機

很容易就能發現，渦扇發動機和渦噴發動機兩者之間的區別。渦噴只有一個空氣通道，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。▲發動機在運轉時，外涵道與內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，所以它廣泛地運用於客機、運輸機等。▲高涵道比的發動機，主要推力不是來自於向後噴出的高溫燃氣，而是來自於外涵道高速向後噴出的空氣現代戰鬥機也大多採用渦扇發動機，只是，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，只有0.3：1

▲渦輪螺旋槳噴氣發動機，簡稱渦槳發動機渦槳發動機的本質類似於渦噴發動機接上一個減速器，並帶動外部的螺旋槳

▲中國自行設計研製的水陸兩棲飛機蛟龍-600，採用國產WJ-6渦槳發動機

目前，蛟龍-600是世界上最大的水陸兩用飛機，於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

▲每一個NK-12MV型渦槳發動機上有8個葉片，前後葉片採取同軸反轉的模式

▲同軸反轉示意圖

▲安-70運輸機上的D-27漿扇發動機

渦槳發動機的燃油效率通常高於渦扇發動機，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，有的國家研製一種不需要變速齒輪的發動機，它就是槳扇發動機

由於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，難以運用於追求舒適性的客機上。目前，只有安-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製開發，於1994年12月6日首飛

「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

▲渦軸發動機並非如此簡單，但您可以藉此理解其本質

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，劇烈燃燒並向後高速噴出以得到動力。這就是衝壓發動機的原理。

▲圖中的（a）代表傳統的渦噴發動機，其結構很複雜
而（b）代表衝壓發動機；（c）表示超燃衝壓發動機

衝壓發動機一般用在飛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1

起落架收放示意2

起落架收放示意1

直升機與普通飛機區別及飛行簡單原理

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，都重於空氣，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產生升力，而直升機是靠它頭上的槳葉（螺旋槳）旋轉產生升力。

（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，用以平衡單旋翼產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臺發動機帶動，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。

看完之後，又有一個可以給孩子講解的東西了

文章整理自：我愛飛機，科普中國 機械CAX360 直觀學機械

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