航空器分類新見解

繪圖：蔡葉琪

中國(guó)航空學(xué)會(huì)名譽(yù)副理事長(zhǎng)/張聚恩

1.空氣靜力航空器

這種航空器有氣球和飛艇兩種，統(tǒng)稱浮空器。氣球分自由氣球和系留氣球兩種，多為非動(dòng)力驅(qū)動(dòng)型；飛艇則有剛性飛艇、半剛性飛艇和非剛性飛艇，皆為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)型。

1783年9月19日，法國(guó)蒙哥爾費(fèi)兄弟應(yīng)法王路易十六邀請(qǐng)前往巴黎凡爾賽宮作飛行表演。兄弟倆的熱氣球下系吊了一只放有羊、雞、鴨的籠子，在空中飄行8分鐘，被公認(rèn)為世界上第一次熱氣球飛行。同年11月21日，兩名法國(guó)人羅齊埃和達(dá)爾朗德乘坐他們的氣球，在巴黎上空飄行25分鐘后平安降落在8.9千米外的地方，完成了人類第一次升空航行。

按飛行原理對(duì)航空器進(jìn)行新分類

2012年10月14日，奧地利極限運(yùn)動(dòng)員鮑姆加特納乘坐特制的太空艙，由一個(gè)巨大的氣球托舉上升。在達(dá)到39000米的高空后，他從太空艙中一躍而下，進(jìn)行了4分19秒的自由落體運(yùn)動(dòng)，最大速度達(dá)到1342.8千米/小時(shí)，成為人類歷史上第一個(gè)無助力飛行超聲速的人。同時(shí)，他也成為氣球載人飛行最高紀(jì)錄和世界最高跳傘紀(jì)錄的創(chuàng)造者，打破了塵封52年，由美國(guó)海軍軍官羅斯和普拉澤在1961年共同創(chuàng)造的34668米的紀(jì)錄。

1937年5月6日，興登堡號(hào)飛艇在美國(guó)新澤西州萊克赫斯特海軍航空總站上空準(zhǔn)備著陸時(shí)，因靜電點(diǎn)燃了降落時(shí)放掉的氫氣，在32秒內(nèi)燒毀，成為人類航空史上的悲劇。這場(chǎng)慘烈的事故，也加速了飛艇的落幕。

飛機(jī)是最常見的航空器，一架飛機(jī)通常包括機(jī)身、機(jī)翼、尾翼、發(fā)動(dòng)機(jī)等幾大部分（攝影：陳學(xué)強(qiáng)）。

傘翼機(jī)常常出現(xiàn)在一些航空表演中，主要由傘翼提供飛行所需的升力。

20世紀(jì)80年代，美國(guó)在分析間諜衛(wèi)星對(duì)蘇聯(lián)里海軍事基地的一次照相偵察中，發(fā)現(xiàn)正在秘密試航的一種既像飛機(jī)又像船的怪東西，并給它起名叫“里海怪物”。這就是蘇聯(lián)研制的地效飛行器，它可以在貼近水面的高度高速飛行。

2.空氣動(dòng)力航空器

這種航空器以升力為基礎(chǔ)，以機(jī)翼為主構(gòu)型特征，分為定翼航空器（含飛機(jī)、滑翔機(jī)、傘翼機(jī)和地效飛行器）、動(dòng)翼航空器（含直升機(jī)、多旋翼機(jī)、自轉(zhuǎn)旋翼機(jī)和撲/振翼機(jī)）、復(fù)合航空器（含定/動(dòng)翼混合式、升/浮力一體式、升力/反作用力組合式）和變體航空器（可變機(jī)翼、可變翼/身）等。

具體來說，定翼航空器與常說的“固定翼航空器”相近，用“定翼”這個(gè)中文詞要比“固定翼”更確切，其涵蓋的種類基本未變，筆者增列了“地效飛行器”。各種特殊構(gòu)型的航空器，如飛翼、串列翼、連翼、盒式翼、環(huán)形翼、碟形等，若機(jī)翼或升力面主體在飛行中基本不變（動(dòng)），均可歸屬于定翼類。

動(dòng)翼航空器與“旋翼類”相比，范圍有所擴(kuò)大，筆者將撲/振翼航空器等歸入此類。其中，多旋翼機(jī)也可歸為直升機(jī)的一種，兩者均能垂直起降與懸停，其旋翼（無論一副或多副）同動(dòng)力裝置或傳動(dòng)裝置直接相連，并被驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而產(chǎn)生升力。但考慮到發(fā)展現(xiàn)狀與前景，筆者將它們并列。而自轉(zhuǎn)旋翼機(jī)（簡(jiǎn)稱旋翼機(jī)）的旋翼，系自由旋轉(zhuǎn)而非動(dòng)力裝置驅(qū)動(dòng)，不能垂直起降與懸停。

直升機(jī)是最典型的動(dòng)翼航空器，其動(dòng)力主要來自機(jī)身頂部巨大的旋翼。

深受人們喜愛的消費(fèi)類無人機(jī)，大都屬于多旋翼飛行器。一些航空初創(chuàng)企業(yè)，還基于這種構(gòu)型研制出可以運(yùn)送人員、執(zhí)行短距飛行任務(wù)的多旋翼載人飛行器。

撲翼機(jī)屬于一種仿生飛行器，如今只在一些小型化的無人機(jī)以及供人娛樂休閑的玩具級(jí)模型上得以實(shí)現(xiàn)。而載人撲翼機(jī)技術(shù)難度極大，科幻電影中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)它的身影，但現(xiàn)實(shí)中僅在一些試驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)過短暫的飛行。

乍看起來，旋翼機(jī)就是一種輕型直升機(jī)。但兩者的飛行原理有本質(zhì)的不同，旋翼機(jī)依靠機(jī)身后部的螺旋槳提供前進(jìn)的動(dòng)力，達(dá)到一定的速度后，氣流吹動(dòng)頂部的旋翼轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生升力，使其升空飛行?？梢?，旋翼機(jī)的旋翼沒有動(dòng)力，也沒有直升機(jī)旋翼復(fù)雜的控制機(jī)構(gòu)。

復(fù)合航空器包括定/動(dòng)翼混合式航空器、升/浮力一體式航空器和升力/反作用力組合式航空器等?！岸?動(dòng)翼混合式”主要考慮升力面的物理構(gòu)型；“升/浮力一體式”主要考慮升力獲取方式，此類航空器的升力有空氣靜力加入，但以空氣動(dòng)力為主；“升力/反作用力組合式”主要是基于跨高度域、速度域飛行需要而出現(xiàn)的新樣式。

至于變體航空器，之所以將其單列，原因是該領(lǐng)域技術(shù)正獲得新發(fā)展，正向機(jī)翼多維度變化和機(jī)身可有限變形的方向進(jìn)化。變體航空器和前面所列的復(fù)合航空器，是航空器創(chuàng)新發(fā)展的熱點(diǎn)，具有一定的工程應(yīng)用前景，應(yīng)給予關(guān)注，并在分類中考慮。

美國(guó)正大力研發(fā)的高速直升機(jī)，其升力與普通直升機(jī)類似，仍依靠機(jī)身頂部的旋翼提供。而水平飛行的動(dòng)力，則由推進(jìn)式螺旋槳提供，因此飛行速度較傳統(tǒng)直升機(jī)快得多。

各航空大國(guó)正在研制的高超聲速飛行器，大都屬于升力/反作用力組合式航空器。它們?cè)诔跏硷w行階段，依靠火箭發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，可以達(dá)到很高的飛行速度；進(jìn)入巡航階段，則依靠空氣動(dòng)力飛行。圖為美國(guó)曾經(jīng)研制的X-43A高超聲速飛行器。

這種遙控航空模型看起來與普通的航模無異，但它其實(shí)是一種升/浮力一體式航空器。其機(jī)體內(nèi)充滿氦氣，能為自身提供浮力，使整機(jī)的翼載荷大大降低。這樣只需很小的動(dòng)力，它就能在室內(nèi)以極低的速度飛行，表演效果出眾。

MV-22“魚鷹”傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)可以通過發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)變化實(shí)現(xiàn)飛行狀態(tài)的切換。在垂直起降時(shí)，它能像直升機(jī)那樣由兩個(gè)垂直狀態(tài)的旋翼提供升力；而在水平飛行時(shí)，旋翼逐漸轉(zhuǎn)動(dòng)到水平狀態(tài)，進(jìn)而使其像固定翼飛機(jī)那樣飛行。

巡航導(dǎo)彈通常配有尺寸較大的可折疊式彈翼。導(dǎo)彈發(fā)射后彈翼展開，為自身提供升力。因此這種導(dǎo)彈一般射程較遠(yuǎn)，可達(dá)數(shù)千千米。

3.彈箭類航空器

這類航空器專指利用動(dòng)力裝置噴射工作介質(zhì)（工質(zhì)）所形成的反作用推力飛行的彈箭類航空器，主要包括有翼/無翼導(dǎo)彈和低空火箭。其數(shù)量眾多，且大部分工作在大氣層內(nèi)，確為航空器，故單列一類。其中，有翼導(dǎo)彈中的巡航導(dǎo)彈具有雙重屬性，它同時(shí)也是一種有升力機(jī)翼、以動(dòng)力推進(jìn)（多采用噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)）的定翼航空器。

具體而言，有翼導(dǎo)彈指彈體上配置有彈翼、依靠其所產(chǎn)生的空氣動(dòng)力作機(jī)動(dòng)飛行的導(dǎo)彈，巡航導(dǎo)彈和部分戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈均屬此類，多在稠密大氣層內(nèi)飛行，其同時(shí)歸屬于空氣動(dòng)力大類里的定翼航空器。筆者將其專門歸類為彈箭類航空器，是強(qiáng)調(diào)其直接反作用推力的共同特征，且同為導(dǎo)彈。

在大氣層中運(yùn)行的還有多種無翼導(dǎo)彈，如空對(duì)空/空對(duì)面導(dǎo)彈、彈道導(dǎo)彈等。一部分無翼導(dǎo)彈上配有小翼，但并非升力面，而是起飛行穩(wěn)定作用的控制面。

低空火箭則特指在卡門線（地表向上100千米）以下的空氣空間運(yùn)行的火箭，以與航天器運(yùn)載火箭等高空域火箭相區(qū)分。各類探空火箭就屬于此類。

無翼導(dǎo)彈上的小翼，一般起穩(wěn)定飛行的作用。

探空火箭是在近地空間進(jìn)行探測(cè)和科學(xué)試驗(yàn)的火箭，一般為無控制火箭，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、發(fā)射方便等優(yōu)點(diǎn)，可用于天氣預(yù)報(bào)、地球和天文物理研究，為彈道導(dǎo)彈、運(yùn)載火箭、人造衛(wèi)星、載人飛船等飛行器的研制提供必要的環(huán)境參數(shù)。世界第一枚專門用于高空大氣探測(cè)的火箭是美國(guó)于1945年秋研制成功的“女兵下士火箭”，它能將11千克的有效載荷送到70千米的高空。