固定翼飛機

固定翼飛機（Fixed-wing plane），常簡稱為飛機（英文：plane），是指由動力裝置產生前進的推力或拉力，由機身的固定機翼產生升力，在大氣層內飛行的重於空氣的航空器。

變後掠翼飛機，即機翼後掠角在飛行中可以改變的飛機，也屬於固定翼飛機。現代超音速飛機廣泛採用的小展弦比大後掠機翼，超音速阻力較小，但低速時氣動效率低，升力特性不好。用低速性能好的小後掠角的大展弦比機翼又會使超音速性能變壞。變後掠翼飛機通過機翼後掠角的變化可以解決高、低速性能要求的矛盾。

飛機在起飛着陸和低速飛行時用較大的後掠角，這時機翼展弦比最大，因而具有較高的低速巡航效率和較大的起飛着陸升力。在超音速飛行時用較小的後掠角，機翼展弦比和相對厚度隨之減小，對於減小超音速飛行的阻力很有利。

此外，超音速轟炸機和強擊機作超低空高速飛行時，為了減少不平穩氣流引起的顛簸，也要求機翼後掠角小，展弦比小。現代變後掠翼飛機常用於多用途戰鬥機、殲擊轟炸機和戰略轟炸機,例如蘇聯的米格-23戰鬥機、圖-160戰略轟炸機，以及西歐的“狂風”和美國的F-14戰鬥機、B-1戰略轟炸機都是變後掠翼飛機。

和其他交通工具相比，固定翼飛機有很多優點：

一、速度快。目前噴射客機的巡航時速在900千米/小時左右。

二、機動性高。固定翼飛機飛行不受高山、河流、沙漠、海洋的阻隔，而且可根據客、貨源數量隨時增加班次。

三、安全舒適。據國際民航組織統計，民航平均每億客公里的死亡人數為0.04人，是公路交通事故死亡人數的幾十分之一到幾百分之一，和鐵路運輸並列為最安全的交通運輸方式。

但是固定翼飛機作為交通工具也有自身的侷限性：

一、價格昂貴。無論是固定翼飛機本身還是固定翼飛機所消耗的油料相對其他交通運輸方式都高昂的多。

二、受天氣情況影響。雖然現在航空技術已經能適應絕大多數氣象條件，但是比較嚴重的風、雨、雪、霧等氣象條件仍然會影響飛機的起降安全。

三、起降場地有限制。大部份固定翼飛機都需要機場升降，需要有較長的跑道供起降，對起降的條件要求比較苛刻。

四、一定的危險。雖然民航客機每億客公里的死亡人數遠低於其他常見運輸工具，但由於飛行事故的倖存率很低，所以給公眾的心理感覺還是有一定危險的。

五、雖然固定翼飛機不斷提升燃油效率，但是飛行時每消耗1千克燃油就會排放3千克二氧化碳，而且氣體直接在大氣層排放，對全球暖化的影響比地面排放還要大。 ^[1] 

飛機的機體結構通常包括機翼、機身、尾翼和起落架組成。如果飛機的發動機不在機身內，則發動機短艙也屬於機體結構的一部分。[2]

一般地，飛機前面部分包含了乘員和許多航空電子設備；飛機的中段包括機翼、油箱和武器裝備。燃油和武器裝備佈置在飛機的質量中心附近，因為執行任務過程中，燃油會被消耗，武器彈藥被投放，使質量上產生劇烈的變化，將這些物品佈置在質心附近，可使質心在整個任務過程中不會有明顯的改變。儘管發動機有時在機翼下部，但在本例中，發動機和部分飛行控制系統放置在飛機尾部。 ^[2] 

機翼是飛機產生升力的部件，機翼後緣有可操縱的活動面，靠外側的叫做副翼，用於控制飛機的滾轉運動，靠內側的則是襟翼，用於增加起飛着陸階段的升力。機翼內部通常安裝油箱，機翼下面則可供掛載副油箱和武器等附加設備。有些飛機的發動機和起落架也被安裝在機翼下方。

根據伯努利定律，機翼的上半部較下半部突起，以機翼側面剖面來看這讓機翼上半部氣流的流動路線比下半部長，因此機翼上半部氣流流動速度較下半部快氣壓較小，飛機在跑道上衝刺到一定速度後這氣壓壓力差就產生足夠升力讓飛機起飛。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，固定翼機以雙翼機甚至多翼機為主，但現代飛機一般是單翼機。

機翼由一根或更多的沿機翼展向(根部到翼尖)的翼梁以及幾個沿着弦向(前緣到後緣)的翼肋或肋組成。翼梁有上和下緣條，由堅固的腹板或撐杆連接起來。翼肋形成飛機翼的空氣動力學外形或翼型。並且作為一個剛性的結構或構架來構造，非常堅固，就像一個隔板。翼梁和翼肋之上的機翼蒙皮提供飛機的主要升力平面。蒙皮如果太薄，可以用較輕的長桁的展向部件來加強。翼梁、翼肋以及加強蒙皮的整體形成盒梁或扭矩盒，盒式梁可能以懸臂樑形式與機身相連，或者從一側翼尖連通到另一個翼尖。 ^[2] 

機身的主要功用是裝載人員、貨物、設備、燃料和武器等，也是飛機其他結構部件的安裝基礎，將尾翼、機翼及發動機等連接成一個整體。但飛翼機是個例外，它的機身被隱藏在其機翼的內部。

典型的機身結構是半硬殼結構，通常被分為前部、中部和尾部三個部分。應力蒙皮的半硬殼結構中，機身蒙皮由一些沿機身方向的部件加強，當這些部件很輕時，它們被稱為長桁；當它們很重時，稱為機身大梁。蒙皮的形狀由一些橫向的結構框或隔板來維持。主要的一根縱向機身梁稱為龍骨。 ^[2] 

尾翼是用來平衡、穩定和操縱飛機飛行姿態的部件，通常包括垂直尾翼（垂尾）和水平尾翼（平尾）兩部分。垂直尾翼由固定的垂直安定面和安裝在其後部的方向舵組成，水平尾翼由固定的水平安定面和安裝在其後部的升降舵組成，一些型號的飛機升降舵由全動式水平尾翼代替。方向舵用於控制飛機的航向運動，升降舵用於控制飛機的俯仰運動。

尾翼部分連於後部機身，通常由一至多個垂尾或垂直安定面和一個水半委定向或全動半尾組成。當機翼的後緣向後延伸至機身的後部末端時，水平安定面便被完全取消，或被安裝在前機身兩側的小安定面(稱作鴨翼)取代。垂直或水平安定面的結構與機翼相似。安定面被牢牢地安裝在機身上，或通過扭矩管及軸承佈置來連接，允許整個安定面旋轉。安定面的作用是提供升力面，升力面提供用於控制飛機飛行所必需的空氣動力。 ^[2] 

起落架是用來支撐飛機停放、滑行、起飛和着陸滑跑的部件，由支柱、緩衝器、剎車裝置、機輪和收放機構組成。陸上飛機的起落裝置一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。

推進系統的主要功能是提供可控的推力，使空氣進出發動機，併為一些附屬裝置提供動力。推進系統由發動機、螺旋槳、發動機空氣進氣口和排氣口、潤滑系統、發動機控制、傳動附件以及傳動機匣等組成。如果飛機有螺旋槳，在高轉速的發動機軸和低轉速的螺旋槳傳動之間的減速齒輪和軸系稱為動力傳動齒輪系統。 ^[2] 

飛機的動力裝置的核心是航空發動機，主要功能是用來產生拉力或推力克服與空氣相對運動時產生的阻力使飛機前進。次要功能則是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等。飛機的動力裝置除發動機外，還包括一系列保證發動機正常工作的系統，如發動機燃油系統、發動機控制系統等。

固定翼飛機的發動機既可以埋在飛機結構中，也可以埋在吊艙中，飛機飛行必需的推力是由發動機驅動的螺旋槳或內部風扇提供的，或由一個或多個發動機的噴氣流提供，或由這兩種方法聯合提供。發動機的類型有活塞式噴氣發動機、衝壓式噴氣發動機以及燃氣渦輪發動機。 ^[2] 

現代飛機駕駛艙內可供駕駛員使用的飛機操縱裝置（flight control system）通常包括：

1、主操縱裝置：駕駛杆或駕駛盤和方向舵腳蹬。在某些採用電傳操縱系統的飛機上，駕駛杆或駕駛盤已經被簡化成位於駕駛員側方的操縱桿（sidestick），也稱為“側杆”。

2、輔助操縱裝置：襟翼手柄、配平按鈕、減速板手柄等。

隨着電子技術的發展，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，計算機系統全面介入飛行操縱系統，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。由於某些採用電傳操縱系統的飛機取消了原有的駕駛杆或駕駛盤等裝置而改為側杆操縱，駕駛艙的空間顯得比以往更加寬鬆，所以有些駕駛員稱此類駕駛艙為“飛行辦公室”。

1903年12月17日這個寒冷的冬天，來自美國俄亥俄州代頓的自行車製造商萊特兄弟在北卡羅來納州的基蒂·霍克試飛成功一架結構單薄、樣子奇特的雙翼飛機－－“飛行者一號”。這是人類歷史上第一架能夠自由飛行 ，並且完全可以操縱的飛機。這一天就成了飛機誕生之日。

雙翼飛機有兩個翼面，機翼總面積較大。在飛機發展初期，發動機功率低、重量大，建造機體的材料大多是木材和蒙布。為了在低速度條件下產生足夠的升力，需要較大面積的機翼，以便在低速條件下能夠順利升空。但是，隨着飛機速度的不斷提高，雙翼飛機機翼及支柱的阻力越來越大，成為提高速度的主要障礙。自從高強度鋁合金問世後，人們已有可能製造出結構重量不太大而又能承受大載荷的薄機翼。所以從20世紀30年代起，雙翼飛機逐漸被單翼飛機取代。在現代的飛機中，除對載重量和低速性能有特殊要求的小型飛機外，雙翼飛機已不多見。

單翼螺旋槳飛機，是指空氣通過螺旋槳將發動機的功率轉化為推進力的單翼飛機。這種飛機按發動機類型不同分為活塞式螺旋槳飛機和渦輪螺旋槳飛機，有渦輪式發動機的螺旋槳飛機則被稱為渦槳飛機。

由於受到技術水平的限制，在二十世紀四十年代之前，人類生產的幾乎所有的飛機均為螺旋槳式飛機，而在三十年代到四十年代之間，單翼螺旋槳飛機一直佔據着主導位置。隨着人類科技的進步，發動機技術水品也在不斷提高着，到了二十世紀四十年代，噴氣式飛機開始嶄露頭角，噴氣式飛機所使用的噴氣發動機靠燃料燃燒時產生的氣體向後高速噴射的反衝作用使飛機向前飛行，它可使飛機獲得更大的推力，飛得更快。

但是由於噴氣式飛機存在使用成本過高、低速機動性能差、材料要求高，低速油耗過高等諸多缺陷，時至今日螺旋槳式飛機，尤其是單翼螺旋槳式飛機仍然在某些領域發揮着不可替代的作用。

單翼飛機的缺陷在於動力方式。轉速不能無限的提高，而且當到達一定轉速時提高的效果微乎其微，只能提高飛行高度以減小阻力。但高空的空氣稀薄亦減小了螺旋槳提供的動力限制了升限，這是單翼飛機的致命缺陷。

當裝有馮·奧亨研製的Hes3B渦輪噴氣發動機的He178飛機於1939年8月27日首次試飛成功 時，標誌着噴氣式飛機開始扮演重要角色。噴氣式飛機是使用噴氣發動機作為推進力來源的飛機。它在很多方面，上有着很多讓螺旋槳式飛機望塵莫及的優點，尤其是有更大的速度和升限。更大的推動力也使其能獲得更大的空重和機動能力，所以二十世紀四十年代至今，噴氣式飛機無時無刻不出現在人們的視野中。時至今日，當年限制噴氣機發展的諸多因素已然一一被克服，未來半個世紀內仍能統治天空。 ^[3] 

最大航速是飛機最重要的性能之一。下列若干歷史上的最大航速紀錄：

2004年的6月28日，新加坡航空公司重新開通了新加坡與美國紐約紐華克機場之間的每日不停站直航航班，航班號SQ21/SQ22，超過了之前新加坡至洛杉磯的航線，成為全球最長不停站商業飛行的航線。新航以空中客車A340-500客機飛行該航線，整個航程達到了16600千米，飛行需時18小時。

2006年的11月，美國麻省理工學院與英國劍橋大學的研究團隊，楬櫫一項名為“靜音噴射機倡議”的計劃，將徹底改造客機的概念設計：未來的客機將不只能更省油，而且還安靜無聲，一解機場附近居民飽受飛機起降噪音折磨之苦。這一“靜音噴射機”可以運送215名乘客，並可能在2030年時加入航空界。這架客機的噪音從機場外聽起來，大約像洗衣機或其他家電的噪音。

2014年8月，南非軍火業巨頭為南非軍方研製了一款名為AHRLAC的固定翼飛機， 該機具有先進高性能偵察與監視輕型功能。作為非洲自行設計和製造的第一種軍用飛機，AHRLAC的橫空出世對於南非的航空工業及其防務工業來説，可謂邁出了歷史性的一步，具有十分深遠的意義。2014年8月，該機進行了首次試飛。 ^[4] 

2015年12月7日，中國首架極地固定翼飛機“雪鷹601”在南極中山站附近的冰蓋機場成功試飛。固定翼飛機在南極考察，特別是內陸考察中可發揮快速運輸、應急救援等重要保障作用，同時可搭載多種科學觀測設備，是高效的科研平台。 ^[5]