飛機能不能不用駕駛員,自動去飛行?在地平儀被裝在飛機上以後,壹些設計師就有了這個想法。1914年,壹名美國發明家斯派雷利用地平儀上陀螺指針作為飛機平飛的標準,用電器裝置測出飛機飛行時和這個標準的偏離,再用機械裝置予以校正,就使飛機保持在平飛的狀態上。這就是世界上第壹臺自動駕駛儀。雖然它只能保持飛機的平飛,但它給後人以啟迪,從此開始了飛機自動飛行的時代。
20世紀70年代,電子計算機進入飛機,飛機有了自己的電子“大腦”。首先使用了3個電子計算機(飛行控制計算機)分別控制飛機3個軸的飛行狀態。此時的飛機不僅能被控制平飛,而且可以控制轉彎和升降。考慮到飛機在做轉彎和升降運動時,它的推力必須相應地發生變化,為了要順利地完成這些過程,就有必要同時控制發動機的推力。於是第二步又在飛機上加裝了管理推力的推力控制計算機。飛機由於有了自行控制飛行姿態和推力的能力,初步實現了自動任意飛行。但它也只限於保持在已設定的路線上的飛行。它還沒能與機上的儀表系統全面聯系起來,對外界的變化及時做出反應。為了使飛機真正實現自動控制飛行的全過程,也就是能“獨立自主”地飛行,這就需要統壹管理上述兩套系統(姿態和推力)並且與其他儀表系統實行大聯合。所以第三步是在飛機上又裝上壹臺能力更強的計算機,全面管理和協調飛行。這臺統管全局的計算機叫飛行管理計算機。它是飛機的核心中樞。在這個中樞的數據庫內存儲著各個機場及各條航路的數據。駕駛員只要選定航路的起點和終點,將命令輸入這臺計算機內,它就可以代替駕駛員指揮飛機起飛、爬升、巡航和下降直到降落在目的地機場。這套系統還可以在飛行全過程中即時發出指令,使飛機按照最佳的飛行狀態、最合理的使用推力、最經濟的油耗飛完全程,從而實現了全程自動化飛行。聽起來,由這套計算機系統控制的飛機飛得比由駕駛員控制飛得還好,那麽,是不是以後飛機飛行就不需要駕駛員了?答案是:不行。原因之壹是飛機的航行線路要由駕駛員設定並輸入到計算機中去;原因之二是飛機在起飛和降落這兩個階段中,變化因素太多,計算機只能按預先編好的程序動作,不具備靈活反應的能力;原因之三是即使飛機在巡航狀態時,駕駛員可以不做任何動作去控制飛機,但他必須監視這個機器“大腦”的工作。萬壹這臺“大腦”出現什麽故障或反應不夠及時,駕駛員要立刻接管駕駛飛機的任務,這樣才能保證飛行安全。
知識點
馬赫數
Mach number,用於亞音速、超音速或可壓流動計算,以航天航空領域最為常用。常寫作Mach數,它是高速流的壹個相似參數。我們平時所說的飛機的Mach數是指飛機的飛行速度與當地大氣(即壹定的高度、溫度和大氣密度)中的音速之比。比如Ma1.6表示飛機的速度為當地音速的1.6倍。
馬赫數以奧地利物理學家馬赫(1836-1916)命名,簡稱M數,表示為:M=V/a,M數是衡量空氣壓縮性的最重要的參數。定義為物體速度與音速的比值,即音速的倍數。其中又有細分多種馬赫數,如飛行器在空中飛行使用的飛行馬赫數、氣流速度的氣流馬赫數、復雜流場中某點流速的局部馬赫數等等。飛機的結構大多數飛機由5個主要部分組成:機翼、機身、發動機、操縱系統和起落裝置。
機翼:機翼的主要功用是為飛機提供升力,以支持飛機在空中飛行,也起壹定的穩定和操縱作用。在機翼上壹般安裝有副翼和襟翼。操縱副翼可使飛機滾轉;放下襟翼能使機翼升力系數增大。另外,機翼上還可安裝發動機、起落架和油箱等。機翼有各種形狀,數目也有不同。在航空技術不發達的早期為了提供更大的升力,飛機以雙翼機甚至多翼機為主,但現代飛機壹般是單翼機。
尾翼:尾翼也是機翼,但主要是用來平衡飛行姿態、對飛機進行操縱,比如起飛、降落、在空中轉彎。包括水平尾翼(平尾)和垂直尾翼(垂尾)。水平尾翼由固定的水平安定面和可轉動的升降舵組成(某些型號的民用機和軍用機整個平尾都是可動的控制面,沒有專門的升降舵)。垂直尾翼則包括固定的垂直安定面和可動的方向舵。
機身:機身的主要功用是裝載乘員、旅客、武器、貨物和各種設備;還可將飛機的其他部件如尾翼、機翼及發動機等連接成壹個整體。如果將機身和機翼連接為壹個整體,這種飛機叫飛翼。
發動機:有的叫引擎,用來產生拉力或推力,使飛機前進。其次還可以為飛機上的用電設備提供電力,為空調設備等用氣設備提供氣源。發動機好比人的心臟,現代飛機的動力裝置主要包括渦輪發動機和活塞發動機兩種。應用較廣泛的動力裝置有四種:航空活塞式發動機加螺旋槳推進器;渦輪噴射發動機;渦輪螺旋槳發動機;渦輪風扇發動機。隨著航空技術的發展,火箭發動機、沖壓發動機等,也逐漸被采用。
起落裝置:起落裝置又稱起落架,是用來支撐飛機並使它能在地面和其他水平面起落和停放。陸上飛機的起落裝置,壹般由減震支柱和機輪組成,此外還有專供水上飛機起降的帶有浮筒裝置的起落架和雪地起飛用的滑橇式起落架。它是用於起飛與著陸滑跑、地面滑行和停放時支撐飛機。
操縱系統:包括各種顯示飛機飛行姿態的儀表,用於控制飛機發動機功率,操縱飛機起飛、降落和轉彎,軍用飛機還要做各種戰術動作,比如最早由蘇—27戰鬥機做的“眼鏡蛇”機動等等。由於飛機在高空、高速飛行時受到的作用力非常大,現代飛機通常都采用液壓、電傳操縱系統來協助飛行員。
現代飛機駕駛艙內可供駕駛員使用的飛行操縱裝置通常包括:
主操縱裝置:駕駛桿或駕駛盤和方向舵腳蹬。在某些采用電傳操縱系統的飛機上,駕駛桿或駕駛盤已經被簡化成位於駕駛員側方的操縱桿。
輔助操縱裝置:襟翼手柄、配平按鈕、減速板手柄。
隨著電子技術的發展,飛行操縱裝置的形式也發生了根本性的變化。在大型飛機中,傳統的機械式操縱系統已逐漸地被更為先進的電傳操縱系統所取代,計算機系統的全面使用,使得飛行操縱系統發生了根本性變化,駕駛員的操作已不再像是直接操縱飛機動作,而更像是給飛機下達運動指令。由於某些采用電傳操縱系統的飛機取消了原有的駕駛桿或駕駛盤等裝置而改為側桿操縱,駕駛艙的空間顯得比以往更加寬松,所以有些駕駛員稱此類駕駛艙為“飛行辦公室”。