航空器

航空器是飛行器中的一個大類，是指通過機身與空氣的相對運動（不是由空氣對地面發生的反作用）而獲得空氣動力升空飛行的任何機器。包括氣球、飛艇、飛機、滑翔機、旋翼機、直升機、撲翼機、傾轉旋翼機等。

飛機是常見的一種航空器。無動力裝置的滑翔機﹑以旋翼作為主要升力面的直升機以及在大氣層外飛行的航天飛機都不屬飛機的範圍。

能在大氣層內進行可控飛行的各種。任何航空器都必須產生一個大於自身重力的向上的力，才能升入空中。根據產生向上力的基本原理的不同，航空器可劃分為兩大類：輕於空氣的航空器和重於空氣的航空器。前者靠空氣靜浮力升空；後者靠空氣動力克服自身重力升空。

根據構造特點可進一步分為下列幾種類型：

輕於空氣的航空器的主體是一個氣囊，其中充以密度較空氣小得多的氣體（氫或氦），利用大氣的浮力使航空器升空，氣球和飛艇都是輕於空氣的航空器，二者的主要區別是前者沒有動力裝置，升空後只能隨風飄動，或者被繫留在某一固定位置上，不能進行控制；後者裝有發動機、安定面和操縱面，可以控制飛行方向和路線。

重於空氣的航空器的升力是由其自身與空氣相對運動產生的。

主要由固定的機翼產生升力。旋翼航空器主要由旋轉的產生升力。

飛機是最主要的、應用範圍最廣的航空器。它的特點是裝有提供拉力或推力的動力裝置，產生升力的固定，控制飛行姿態的操縱面。

滑翔機與飛機的根本區別是，它升高以後不用動力而靠自身重力在飛行方向的分力向前滑翔。雖然有些滑翔機裝有小型發動機（稱為動力滑翔機），但主要是在滑翔飛行前用來獲得初始高度。

旋翼航空器由旋轉的旋翼產生空氣動力。

旋翼機的旋翼沒有動力驅動，當它在動力裝置提供的拉力作用下前進時，迎面氣流吹動旋翼像風車似地旋轉，從而產生升力。有的旋翼機還裝有固定小翼面，由它提供一部分升力。

直升機的旋翼是由發動機驅動的，升力和水平運動所需的拉力都由旋翼產生。

撲翼機又名振翼機。它是人類早期試圖模仿鳥類飛行而製造的一種航空器。它用像飛鳥翅膀那樣撲動的翼面產生升力和拉力，但是，由於人們對鳥類飛行時翅膀的複雜運動還沒有完全瞭解清楚，加之製造像鳥翅膀那樣撲動的翼面還有許多技術上的困難，撲翼機至今還沒有獲得成功。

傾轉旋翼機（英語：Tiltrotor），也叫可傾斜旋翼機），是一種同時具有旋翼和固定翼，並在機翼兩側翼梢處各安裝有一套可在水平和垂直位置之間轉動的可傾轉旋翼系統的航空器。傾轉旋翼機在引擎旋轉到垂直位置時相當於橫列式直升機，可進行垂直起降、懸停、低速空中盤旋等直升機的飛行動作；而在引擎旋轉至水平位置時相當於螺旋槳飛機，可實現比直升機更快的航速。以上特點使得傾轉旋翼機兼具直升機和固定翼飛機的優點，應用前景十分看好。

原理：空氣動力學

當空氣和物體迎面相對時，該物體四周的氣流形態取決於物體本身的形態和流動速度，一道穩定的氣流可匯成一組連續的、流暢的、幾乎平行的線條，這種線條稱為流線。因此，世人稱某些物體呈現流線型即表明它的形狀可以使周圍的空氣很平滑地流過。在流線上流動非常有規則，不會出現四處亂流，則稱為層流。

飛行物的層流模型

當空氣流經表面呈現弧形的物體時，流速就會異常加快，而流線之間的距離也緊密起來，直到流過該物體為止。如該物體的表面不夠平滑，則空氣不會一次流動，而是出現擾流。在物體的後線也有可能出現渦流，這是空氣的脈動現象，研究表明，物體在層流中比在擾流中受到更小的阻力。

擾流中受到更小的阻力

空氣動力學在飛行器設計上有實際應用，其主要受到空氣動力的兩個分力影響，升力和阻力。

物體在空氣中運動的線路稱作相對風。氣體動力在相對風的方向垂直產生的分力就是升力。而與相對風平行但反方向運動的分力就是阻力，即試圖將物體向後拉，阻礙前進的力。阻力部分來自於升力，部分源於物體形狀和表面摩擦力。

形狀對稱的物體如按照對稱軸對準相對風而運動時，就不會有升力，僅會有部分阻力。如對稱軸與相對風呈現一定的角度，就會同時產生升力和阻力，共同構成合力。

受力情況

在設計航空的飛行器時，須以高升阻比為最佳方案。翼剖面，這是指設計成能夠產生最大升力的表面，飛機的基本翼剖面就是機翼。早期的翼剖面在較快的速度中容易出現擾流，而由於各種科學和實驗的進展，逐漸發現弧形表面才是翼剖面的最佳方案。

一個穩定飛行的航空器，其身上會有各種力的相互抵銷，主要由四個，升力、阻力、重力和推力。

以飛機為例。當飛機飛行時，其動力系統需能產生足夠抵消氣流阻力的推力，飛機的升力總是也必須與其自身重量相抗衡，否則飛機就會掉下去。按照簡單的來看，機身與機尾所產生的升力與機翼的相差甚大，尤其是低音速飛行時更是如此。

受力情況

航空器在飛行時，除了要維持平衡以外，還要保持穩定性，即飛行時受到外部干擾後，能夠恢復到原來的姿態；如非這樣，航空器就需要以新的姿態飛行，稱其穩定性為“中性”。如航空器遇到干擾後，不僅無法還原至先前的狀態，而是持續地產生姿態的改變，這樣就是“不穩定”。

一個飛行器按照三根軸可以有三種自由運動，側向、縱向及垂直，而運動也分為移動和轉動，所以飛行器運動會有6個自由度。

飛行器在側向軸上轉動就稱為俯仰。飛行器沿着垂直軸的轉動稱作偏航，右轉偏航就是正向偏航。飛行器於縱向軸的轉動既是側滾。

三個軸向旋轉運動

如飛行速度達到音速時，飛行器的基本狀態除了要保持平衡和穩定以外，其他條件就重要起來，如與空氣的摩擦力，及維持飛行器自身周圍層流的困難性等。另外，高速飛行也讓飛行器機翼的表面積相對減少，這更使得翼載增加了，飛行器失速的風險也就增大了。另外，飛行器在到達跨聲速和超音速，飛行時，形成的激波，也是需要考慮的問題。

F-14跨聲速飛行

航空器的應用比較廣泛。在民用上，可完成貨運、客運、農業、漁業、林業、氣象、探礦、空中測量和空中攝影等方面的任務；在軍事上，它可用於、反潛、運輸兵員、武器和作戰物資；在公共管理活動中，還可用於警務、海關、援救等。因此，按照用途，航空器可以分為民用航空器和國家航空器。 ^[1] 

航空器還是進行科學研究的一種重要工具。在人造衞星和載人飛船等航天器出現之前，有關高空氣象、大氣物理、地球物理、地質學、地理學等方面的許多研究工作，都藉助於航空器。即使在航天器出現之後，由於航空器的價格較低，運用方便，仍是在高空進行科學研究的重要工具。

飛機自1903年誕生以來，性能已經顯著提升，人們研發出最大飛行速度大於三馬赫、高度超過30公里的偵察機，飛行距離超越4000公里、載彈量超過20噸的超音速轟炸機，以及能夠轉載五百多人的，航行在洲際的民航客機。

直升機在20世紀的後半期進入航空實用期，直升機的應用領域不斷擴展，數量迅速增加。

跑道入口速度：為航空器在最大允許着陸重量時，着陸狀態中失速速度的1.3倍；

* 表示反向和直角程序的最大速度；

E 類航空器只包括某些軍用航空器，民航飛機（除協和外）無E類航空器，

世界上每個國家的民用航空器（飛機是航空器的一種）都有國籍標誌，並要取得國際民航組織的認同。中國是國際民航組織的成員國，根據國際規定，於1974年選用“B“作為中國民用航空器的國籍標誌。凡是中國民航飛機機身上都必須塗有“B”標誌和編號，以便在無線電聯繫、導航空中交通管制、通信通話中使用，尤其是在遇險失事情況下呼叫，以利於識別。因此，當您看到塗有中國西南航空公司飛鷹徽記的波音757飛機如“B-2820”字樣時，就不會誤以為“B”是代表“波音”。

古代歐洲人模仿鳥類翅膀製作的飛翼

1895年的航空器設計圖

人類很早就有像鳥類一樣在空中飛行的夢想，甚至包括古人用的石頭和矛、到古希臘人阿爾希塔斯所製造的機械鴿、遠至澳大利亞的飛去來器等。雖然在美洲土著千多年前的文物，和埃及文物及神廟浮雕中，分別發現飛機及直升機形像，而印度兩大史詩“摩訶婆羅多”及“羅摩衍那”亦有大量的飛行記載，但這一切仍是未解之謎。中國古代也有人在文學著作中描述了飛天夢試圖實現這種脱離大地束縛的夢想，中國發明的風箏和孔明燈。在西方，達·芬奇也曾設計過航空器。

在18世紀開始的工業革命後，1783年法國的孟格菲兄弟使用熱氣球，以及傑克斯查理（Jacques Charles）的氫氣球成功升空後，標誌着人類巨大的科技進步。重於空氣的航空器飛行原理基本是由19世紀初的英國人凱萊爵士（Sir George Cayley）發現的。而19世紀的90年代，德國人奧托·李林塔爾是第一位研製和成功飛行滑翔機的人。

1903年12月17日，美國萊特兄弟利用自行建造的飛機，實現人類第一次持續性的、有動力可操控的飛行，誕生了現代航空器。兩次世界大戰期間，戰爭不斷激勵着航空的發展，軍用飛機的能力快速提升，使得戰爭徹底轉變為立體縱深化的，而民用航空事業也伴隨着發展起來。二戰之後，隨着噴氣式飛機的誕生，使得飛機衝破音障，成為重大突破。而高性能的超音速軍用飛機又進一步對現代軍事產生重大影響。經濟、安全和舒適的噴氣式客機也成為航空運輸的主力，也改變着現代交通運輸行業。新型的材料技術和電子科技發展也使得航空器有了重大的革新。

其主要由以下幾個時期：

飛機探索時期，20世紀以前：氣球飛行成功；飛艇的興盛與衰退；飛機的探索。

活塞發動機飛機，20世紀40年代前：有飛機首次試飛成功，最初的發展；第一次世界大戰中飛機的使用；民用航空的建立；第二次世界大戰中的軍用飛機。

噴氣飛機時代，20世紀40年代至今：有首架噴氣式飛機誕生，突破音障；噴氣軍用飛機的成熟；噴氣民用飛機的出現；其他航空器的發展；航空科技的革新。

人類夢想的飛行方式是原地騰空而起，既能自由飛翔又能懸停於空中，並且隨意實現定點着陸。例如阿拉伯人的飛毯，希臘神的戰車，都是垂直起落飛行器。其中最有價值、最具代表性的是中國古代玩具竹蜻蜓和意大利人達·芬奇關於垂直起降航空器的畫作。

李約瑟誤以為中國晉朝葛洪所著的《抱朴子》有紀錄類似竹蜻蜓最早的動力機械，但實際上文章説的是服丹修練成仙成功時，人可以飛行。

《簡明不列顛百科全書》第9卷寫道：“直升機是人類最早的飛行設想之一，多年來人們一直相信最早提出這一想法的是達·芬奇，但現在都知道，中國人比中世紀的歐洲人更早做出了直升機玩具。”這種玩具於14世紀傳到歐洲。“英國航空之父”喬治·凱利（1773年－1857年）曾製造過幾個竹蜻蜓，用鐘錶發條作為動力來驅動旋轉，飛行高度曾達27米。

隨着生產力的發展和人類文明的進步，直升機的發展史由幻想時期進入了探索時期。歐洲產業革命之後，機械工業迅速倔起，尤其是本世紀初汽車和輪船的發展，為飛行器準備了發動機和可供借鑑的螺旋槳。經過航空先驅者們勇敢而艱苦的創造和試驗，1903年萊特兄弟（Wright brothers）製造的固定翼飛機飛行成功。在此期間，儘管在發展直升機方面，航空先驅們付出了相當的艱辛和努力，但由於直升機技術的複雜性和發動機性能不佳，它的成功飛行比飛機遲了30多年。

20世紀初為直升機發展的探索期，多種試驗性機型相繼問世。試驗機方案的多樣性表明了探索階段的技術不成熟性。經過多年實踐，這些方案中只有縱列式和共軸雙旋翼式保留了下來，至今仍在應用。雙槳橫列式方案未在直升機家族中延續，但在傾轉旋翼飛機中得到了繼承和發展。

俄國人尤利耶夫另闢捷徑，提出了利用尾槳來配平旋翼反扭矩的設計方案並於1912年製造出了試驗機。這種單旋翼帶尾槳式直升機成為至今最流行的形式。

經過20世紀初的努力探索，為直升機發展積累了可貴的經驗並取得顯著進展，有多架試驗機實現了短暫的垂直升空和短距飛行，但離實用還有很大距離。

飛機工業的發展使航空發動機的性能迅速提高，為直升機的成功提供了重要條件。旋翼技術的第一次突破，歸功於西班牙人Ciervao，他為了創造“不失速”的飛機以解決固定翼飛機的安全問題，採用自轉旋翼代替機翼，發明了自轉旋翼機。旋翼技術在自轉旋翼機上的成功應用和發展，為直升機的誕生提供了另一個重要條件。

1907年8月，法國人保羅·科爾尼研製出一架全尺寸載人直升機，並在同年11月13日試飛成功。這架直升機被稱為“人類第一架直升機”。1938年，年輕的德國人漢納賴奇駕駛一架雙旋翼直升機在柏林體育場進行了一次完美的飛行表演。這架直升機被直升機界認為是世界上第一種試飛成功的直升機。1936年，德國福克公司在對早期直升機進行多方面改進之後，公開展示了自己製造的FW-61直升機，1年後該機創造了多項世界紀錄。

1939年春，美國的伊戈爾·伊萬諾維奇·西科爾斯基完成了VS-300直升機的全部設計工作，同年夏天製造出一架原型機。這種單旋翼帶尾槳直升機構型成為現在最常見的直升機構型。

20世紀40年代，美國沃特-西科斯基公司研製的一種2座輕型直升機R-4，它是世界上第一種投入批量生產的直升機，也是美國陸軍航空兵、海軍、海岸警衞隊和英國空軍、海軍使用的第一種軍用直升機。該機的公司編號為VS-316，VS-316A。美國陸軍航空兵的編號為R-4，美國海軍和海岸防衞隊的編號為HNS-1，英國空軍將其命名為“食蚜虻1”（Hoverfly 1），英國海軍將其命名為“牛虻”（Gadfly）。

到30年代末期，在法國、德國、美國和前蘇聯都有直升機試飛成功，並迅速改進達到了能夠實用的程度。第二次世界大戰的軍事需要，加速了這一進程，促使直升機發展由探索期進入實用期，直升機開始投入生產線生產。到二戰結束時，德國工廠已生產了30多架直升機，美國交付的R5、R6直升機已達400多架。

20世紀的後半期直升機進入航空實用期，直升機的應用領域不斷擴展，數量迅速增加。

滑翔機的出現要早於飛機，為飛機的成功研製提供了必要的技術儲備。

1801年，英國的喬治·凱利爵士研究了風箏和鳥的飛行原理，於1809年試製了一架滑翔機。他記述説：滑翔機不斷地把他帶起，並把他帶到幾米外的地方。但在後來的試驗中，這架滑翔機被撞毀了。1847年，已是76歲的凱利製作了一架大型滑翔機，兩次把一名10歲的男孩子帶上天空。 一次是從山坡上滑下，一次是用繩索拖曳升空，飛行高度為2─3米。4年後，由人操縱的滑翔機第一次脱離拖曳裝置飛行成功，飛行了約500米遠。凱利對飛行原理、空氣升力及機翼的角度、機身的形狀、方向舵、升降舵、起落架等都進行了科學的研究和試驗，他首次把飛行從冒險的嘗試上升為科學的探索。

德國土木工程師利林塔爾所設計的滑翔機把無動力載人飛行試驗推向高潮。從1871年起，他就熱衷於研究和製造滑翔機，他利用所有餘暇研究空氣動力學、試製飛機和駕機試飛。他所著《鳥類飛行是航空的基礎》一書被後來的飛行探索者奉為經典之作。他於1891年製作了第一架固定翼滑翔機，翼展為7米，用竹和藤作骨架，骨架上縫着布，人的頭和肩可從兩機翼間鑽入，機上裝有尾翼，全機重量約2公斤，很象展開雙翼的蝙蝠。他把自己懸掛在機翼上，從15米高的山崗上躍起，用身體的移動來控制飛行，滑翔90米後安全降落。這是世界上第一架懸掛滑翔機。1891─1896年間，利林塔爾共製作了5種單翼滑翔機和2種雙翼滑翔機，先後進行了2000多次飛行試驗。1896年8月9日，他駕駛滑翔機在裏諾韋山遭遇強風而墜落，次日去世。他留給後人的最後一句話是：“要想學會飛行，必須作出犧牲。”

受利林塔爾的影響，發明了現代飛機的萊特兄弟在建造其第一台動力飛機前，花了三年時間使用滑翔機來進行設計驗證和飛行訓練，積累的經驗被反饋到後來成功試飛的飛行者一號上。

1914年德國人哈斯研製出第一架現代滑翔機，它不僅能水平滑翔，還能借助上升的暖氣作爬高飛行，並且其操縱性能更加完善。從此，滑翔機進入了實用階段。在第二次世界大戰期間，滑翔機曾用來空降武裝人員人員和運送物資。今天它主要用於體育航空運動。