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发布时间:2020-11-19 16:45:20

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作者:高树理

出版社:山东科学技术出版社

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天高任鸟飞:航空航天卷

天高任鸟飞:航空航天卷试读:

前言

远古,人类就梦想飞天。人类航空航天技术的鼻祖、俄罗斯科学家齐奥尔科夫斯基说:地球是人类的摇篮,人类决不会永远躺在这个摇篮里,而会不断探索新的天体和空间。人类首先将小心翼翼地穿过大气层,然后再去征服太阳系。

我国是世界文明古国,创造了“四大发明”等科技奇迹,风筝和火箭即是世界公认的最古老的飞行器。1903年12月17日,莱特兄弟驾驶自行制造的“飞行者”1号完成了世界上第一次有动力飞行,把人类飞行的梦想变为现实。距莱特兄弟

飞机

问世仅6年,冯如就制造了中国人自己的飞机。

航空通常分为军用航空、民用航空和通用航空。飞机用于战争,使战争开始从平面向立体转化。飞机在战争中可以执行截击、侦察、轰炸、攻击、运输和救护等任务,军事航空使战场呈现三维化,甚至多维化。飞机为人们提供了一种快速、方便、经济、安全、舒适的运输手段,国际航班已成为人们洲际往来的主要交通工具。国内航班将更多地代替铁路客货运,加快了边远地区的开发步伐。

通用航空是除军用航空和民用商业航线之外的所有飞行活动。随着飞机性能的多样化,飞机在农林渔业、公务、空中紧急救护、海洋巡逻、抢险救灾、气象探测、海洋监测、私人休闲、航空体育、观光旅游等领域,得到了越来越广泛的应用。

航天技术包括火箭、洲际导弹、卫星、空间站、飞船和各种宇宙探测器。卫星分为返回式遥感卫星、通讯卫星、气象卫星、地球资源卫星、海洋卫星、导航定位卫星。军用卫星自成体系,包括军用通信卫星、军用导航卫星、军用测地卫星、军用气象卫星、军事侦察卫星等。航天飞机与飞船则属于同一种类型航天器。

下一代航天运载工具——空天飞机将是航天领域发展的重点。空天飞机具有更为可观的载重能力,能在大气层内外航行,水平起飞降落,发射成本低,重复发射间隔短,可作为反卫星武器平台、监视侦察平台、天基系统的支援平台。

航空航天的成果集中了科学技术的众多新成就,力学、热力学、材料学、医学、电子技术、自动控制、喷气推进、计算机、真空技术、低温技术、半导体技术、制造工艺等都对航空航天起到了重要的推动作用。

本书介绍了航空航天的科普知识,采用辞条的方式进行编写,共分十一章,包括航空运输、军事航空、火箭、人造地球卫星、宇宙飞船、宇宙空间站和航天飞机、空间探测器以及中外航空航天第一人等内容。意在提高人们对航空和航天的关注程度,培养读者探索航空航天领域的兴趣,树立“效法羲和驭天马,志在长空牧群星”的远大志向。

人类的太空探索在以下几个方面可望获得成果,包括微重力下的生命科学研究、蛋白质晶体研究、生物反应器研究、空间流体和金属研究、地球观察研究等。太空探索也包括从其他星球获取人类所需要的而地球上所匮乏的资源。

由于编撰者水平有限,不足之处在所难免,敬请读者指正。高树理2006年11月

序言

1961年,我国社会生活中发生了一件令人难忘的事——大型科普读物《十万个为什么》出版发行。此后,这套书又多次修订再版,累计印数超过1亿册,成为家喻户晓的小百科全书式的科普读物。《十万个为什么》初版的时候,我正在上中学,同学们争相阅读的生动场面,至今历历在目。这套书提供的科技知识,深深印在小读者的脑海里,使大家终生受益。不少人就是从读这套书开始对科学技术产生浓厚兴趣,并选择考理工类大学、走科学技术之路的。每每回忆起这些往事,我便深切感到,科技的力量是多么巨大,科普工作是多么重要!

然而,科普工作的春天,是随着改革开放的脚步一同来到神州大地的。上世纪80年代以来,“发展经济靠科技,科技进步靠人才,人才培养靠教育”逐步成为人们的共识;“科教兴国”战略、“人才强国”战略深入人心;“学科学,用科学”的社会风气日渐浓厚。各级各行各业、广大干部群众迫切要求加快科学技术普及的步伐。

进入21世纪,我国的科普工作发展到了一个新阶段。2002年6月29日,第九届全国人民代表大会常务委员会第二十八次会议通过《中华人民共和国科学技术普及法》。2005年,《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020年)》出台。2006年2月,国务院颁布《全民科学素质行动计划纲要(2006—2010—2020年)》。这三件大事,标志着提高全民科学技术素质已经摆上我国经济社会发展的重要日程,科普工作已经纳入法制的轨道。面对这样一种新形势,所有热心科普工作的人们无不感到振奋和激动。

在所有热心科普工作的人们当中,我算是比较热心的一个。1991年11月到1997年12月,我在山东省济宁市担任主要领导职务。这个市被评为1997年度全国“科教兴市”先进市,我被评为全国“科教兴市”先进个人。2000年12月到2005年7月,我担任中共山东省委副书记,积极推动市县两级“三馆”(博物馆、科技馆、图书馆)建设,为科学技术普及做了一点工作,被授予中国科技馆发展基金会第六届启明奖。实践使我深深体会到,科普工作是发展先进生产力和先进文化、弘扬民族精神和提高全民族科学文化素质的重要手段,是每一位领导干部义不容辞的责任。

科普创作是科普工作的基石。加强科普工作,必须大力繁荣科普创作。40年前,《十万个为什么》应运而生,难道今天不应该产生一种新的科普读物?于是,我便产生了编一套这类读物的想法。就像当年哥伦布发现新大陆一样,我的这种想法常使我激动不已,有时甚至夜不能寐。

在所有热心科普工作的人们当中,还有一个很有战斗力的群体,这就是山东省科学技术协会。我关于编一套新的科普读物的想法,首先得到他们的热烈响应和积极支持。山东省科协是省委领导的人民团体之一,其主要任务,一是加强学术交流和学术思想创新,促进科技创新,推动科技成果向现实生产力转化,加快产业化进程;二是大力普及科学技术知识,提高全民科学文化素质;三是搞好科学技术队伍的自身建设,维护科技工作者的合法权益。山东省科协联系的科技人员超过100万人。省科协所属的山东省老科技工作者协会,联系离退休的科技工作者有65万多人。这是我省科技工作的主力军。

在省委、省政府的领导下,省科协这些年的工作搞得有声有色、富有成效。特别是大刀阔斧地开展城乡科普工作,有效地提高了全民科学文化素质,有力地保证了经济社会发展的需要。他们在财政部门的支持下,主要通过市场化运作,在短短两年时间里,实现了全省科普宣传栏“村村通”,受到农村广大干部群众的热烈欢迎和高度评价。

编写大型科普读物这件事,很快就列入省科协2005年的工作计划。管华诗、陆巽生、孙培峰、燕翔、林兆谦等同志积极策划并具体操作,同时,成立了由朱明同志具体负责的专门办事机构,筹措了部分经费,从而使这样一项浩繁的工程正式启动起来。

大家一致认为,这套丛书应当是一套自然科学技术普及读物。它应当站在新世纪新起点上,适应新形势新任务的要求,具备以下四个特点:第一,系统性。尽量体现自然科学原理的完整体系,避免零打碎敲。第二,实践性。尽量涉及自然科学应用的各个领域,避免挂一漏万。第三,先进性。尽量采用科学研究和技术进步的最新成果,电子信息、生物工程、新材料等高新技术要占较大篇幅。第四,可读性。尽量做到深入浅出,通俗易懂。

根据上述四点要求,丛书设计了三大部分,共35卷。第一部分,自然科学原理,共6卷:数学、物理、化学、天文、地理、生物。第二部分,自然科学的应用,共24卷:涉及第一产业、第二产业、第三产业,从生产到生活,几乎全面覆盖。第三部分,综合,共5卷:自然科学发展大事年鉴、古今中外科技名人、科学箴言、通俗科技发展史、探索自然奥秘。

丛书共1 000余万字。从酝酿到出版,共用了不到两年的时间。

在如此短的时间内,完成如此浩繁又如此高标准严要求的编写工作,必须举全省之力,加强领导,细心组织,周到安排,通力合作,精益求精。主编是总指挥,负总责。常务副主编是具体指挥,具体负责。编委会办公室处理日常事务。各承编单位调整工作计划,抽调精兵强将,集中时间进行编写。近几年,我主持编写了《齐鲁历史文化丛书》、《山东革命文化丛书》、《山东当代文化丛书》、《社会科学与您同行》、《诚信山东》等多套大型丛书,积累了一定的经验。《自然科学向导丛书》的编写工作,借鉴了前几套丛书编写的经验,达到了一个新的水平。

这套丛书的成功,还得益于中国科协的关怀鼓励,得益于艾兴、蒋民华等专家的指导帮助,得益于省委宣传部、省财政厅、省新闻出版局、山东出版集团、山东科学技术出版社的大力支持。在此,一并表示感谢。

由于我们水平有限,缺点错误在所难免,望广大读者不吝指教。

知识的无限性与人的智力的有限性,是一对无法克服的矛盾。经过上下数千年全人类的共同努力,我们对自然科学、社会科学和人体自身的认识,仍然处于一个初级阶段,离自由王国的境界仍然相当遥远。但是我坚信,经过一代又一代人的不懈努力,我们离那个境界肯定会越来越近。而科普工作,就是接近那个境界的路、桥、船。王修智2007年1月

第一章 航空科学技术基础

重于空气的物质为什么也能飞上天

1783年11月21日,法国人发明的热气球第一次升上天空,开创了人类航空的新时代。这种热气球的主要部分是气囊,充以比空气密度小的气体(如热空气、氢气等),可以依靠空气的静浮力升上空中。然而重于空气的航空器(飞机)是怎样飞上天的呢?

任何航空器都必须产生大于自身重力的

升力

才能升空飞行,飞机的升力来自于它的“翅膀”——机翼。飞机的机翼包括固定翼和旋翼两种:风筝的升空原理与滑翔机有一些类似,都是靠迎面气流吹动而产生向上的升力,但与固定翼的飞机有一定的差别;而旋翼机与竹蜻蜓却有着异曲同工之妙,都是靠旋翼旋转产生向上的升力而升空的。

机翼是怎样产生升力的呢?让我们先来做一个小小的试验:手持一张白纸的一端,由于重力的作用,白纸的另一端会自然垂下,将白纸拿到嘴前,沿着水平方向吹气,白纸不但没有被吹开,垂下的一端反而飘了起来。从流体力学的基本原理分析,流动慢的大气压强较大,而流动快的大气压强较小,白纸上面的空气被吹动,流动较快,压强比白纸下面不动的空气小,因此将白纸托了起来。

对于固定翼的飞机,在空气中以一定的速度飞行时,根据相对运动的原理,机翼相对于空气的运动可以看作是机翼不动,而空气气流以一定的速度流过机翼,空气的流动在日常生活中是看不见的,但低速气流的流动却与水流有较大的相似性。当水流以一个相对稳定的流量流过河床时,在河面较宽的地方流速慢,在河面较窄的地方流速快。流过机翼的气流与河床中的水流类似,由于机翼一般是不对称的,上表面比较凸,下表面比较平,流过机翼上表面的气流类似于较窄地方的流水,流速较快、压强较小;而流过下表面的气流则类似于河面较宽地方的水流,速度较慢、压强较大。大气施于机翼下面的压力大于施于机翼上面的压力,二者的压差就形成了飞机的升力。升力

升力是飞机的空气动力合力在纵向对称平面上、垂直于飞行速度方向的分力,向上为正。只有飞机和空气之间有相对速度时才产生升力。机翼是产生升力的主要部件。空气流过机翼上下表面且迎角为正时,上翼面的流速比下翼面的大,从而使上翼面的压力比下翼面的小,上、下翼面产生的压力差形成托举机翼及飞机的升力。飞机的其他部件如机身、尾翼等,也会产生部分升力。

飞机的升力绝大部分是由机翼产生的,尾翼通常产生负升力,飞机其他部分产生的升力很小,一般不考虑。空气在机翼前缘分成上、下两股气流,分别沿机翼上、下表面流过,在机翼后缘重新汇合向后流去。机翼上表面比较凸出,空气流速加快、压力降低;而机翼下表面气流受阻挡作用,流速减慢、压力增大。于是机翼上、下表面出现了压力差,垂直于相对气流方向的压力差的总和就是机翼的升力。这样重于空气的飞机借助机翼上获得的升力克服自身的重力,翱翔在蓝天上了。

机翼升力的产生主要靠上表面吸力的作用,而不是靠下表面正压力的作用,一般机翼上表面形成的吸力占总升力的60%~80%,下表面的正压形成的升力占总升力的20%~40%。

影响升力和

阻力

的基本因素有机翼在气流中的相对位置(迎角)、气流的速度和空气密度以及其他飞机本身的特点(飞机表面质量、机翼形状、机翼面积、是否使用襟翼、前缘翼缝是否张开等)。

在飞行速度等其他条件相同的情况下,得到最大升力的迎角,叫做临界迎角。在小于临界迎角范围内增大迎角,升力增大;超过临界迎角后,再增大迎角,升力反而减小。

飞行速度增大,升力、阻力也同时增大。升力、阻力与飞行速度的平方成正比,即速度增大2倍,升力和阻力增大4倍;速度增大3倍,升力和阻力增大9倍。空气密度大,空气动力大,升力和阻力自然也大。空气密度增大2倍,升力和阻力也增大2倍,即升力和阻力与空气密度成正比。

机翼面积大,升力大,阻力也大。升力和阻力都与机翼面积的大小成正比。机翼切面形状、相对厚度、最大厚度位置、机翼平面形状、襟翼和前缘翼缝的位置、机翼结冰,都对升力、阻力影响较大。阻力

阻力是飞机的空气动力合力在纵向对称面内、平行于飞行方向的分量。要维持飞行器持续飞行,飞机的动力装置必须产生足够的

推力

或拉力,用以克服阻力。显然,减小阻力对提高飞行

速度

、节约燃油是有利的。当需要飞机尽快减速时,增加阻力又是必要的。

飞机在空气中飞行会有各种阻力,按阻力产生的原因,可分为摩擦阻力、压差阻力、诱导阻力和干扰阻力。

(1) 摩擦阻力:空气的物理特性之一就是黏性。当空气流过飞机表面时,由于黏性,空气同飞机表面发生摩擦,产生摩擦阻力。摩擦阻力的大小,决定于空气的黏性、飞机的表面状况以及同空气相接触的飞机表面积。空气黏性越大,飞机表面越粗糙,飞机表面积越大,摩擦阻力就越大。

(2) 压差阻力:人在逆风中行走,会感到阻力的作用,这就是一种压差阻力。这种由前后压力差形成的阻力叫压差阻力,飞机的机身、尾翼等部件都会产生压差阻力。

(3) 诱导阻力:升力产生的同时还对飞机附加了一种阻力。这种因产生升力而诱导出来的阻力称为诱导阻力,是飞机为产生升力而付出的一种“代价”。

(4) 干扰阻力:它是飞机各部分之间因气流相互干扰而产生的一种额外阻力。这种阻力容易产生在机身和机翼、机身和尾翼、机翼和发动机舱、机翼和副油箱之间。

由俄罗斯“埃金皮”航空股份公司设计的一种“飞碟”状航空器,目前正在萨拉托夫飞机工厂试制。这种航空器的机身是一个铁饼似的圆盘,两侧有很短的机翼,后部有向外倾斜的双垂尾。所有的客货以及发动机和机载设备,都装在上凸的盘舱内。升力和阻力是飞机在空气之间的相对运动中(相对气流)产生的。这种“飞碟”状航空器集边界层控制、矢量控制和气垫技术于一身,并具有低阻高升、动力操控、垂直或短距起落的功能。总体布局也颇具特色,采用的是小展弦比下单翼、大升力体、“V”形尾翼和滑橇式起落架总体布局。该飞行器与飞机的最大区别是取消了传统的机身,代之以翼化的飞升体。

小展弦比机翼常用在现代高速飞机上,对减小飞行阻力,尤其是激波阻力,提高飞行速度有利。在该升力体飞行器上采用小展弦比机翼,可以减小诱导阻力,同时还可在翼面上设置副翼进行操纵。

该飞行器的动力装置安置在飞升体两侧内的动力舱中,而不是像翼吊发动机暴露在外面,可使飞升体的外形具有更好的流线,以减小气动阻力。同时动力装置工作时产生的抽吸效应扩大了飞升体的压差,有助于提高升力。推力

气流作用在发动机内、外表面上作用力的合力,即发动机所产生的推动力。气体经过喷气发动机时,喷入燃料,燃料燃烧产生的热能使燃气的动能增大,以高速喷出。当发动机的排气速度VC大于飞机的飞行速度V时,说明发动机给气体在加速方向(反飞行方向)以作用力,而气体则给发动机在飞行方向以反作用力,即推力。

早期的活塞式航空发动机,汽油在气缸里燃烧,释放热量,使空气膨胀做功,带动曲轴转动,实现了由热能向机械能的转换。为使机械能再转换为推力,还要有“推进器”,如螺旋桨,桨叶把空气拨向后面,拉动飞机前进。

喷气式航空发动机,若把喷管去掉,就成了一个燃气发生器。喷管就是推进器,使燃气高速向后喷出,得到向前的反作用推力。

对航空发动机性能的主要要求是推力要大、耗油要少。航空发动机新技术,就是改进动力机和推进器的新技术。改进动力机,就要增加热量与提高热量利用率(即提高增压比)并减少热力损失;改进推进器,就要提高推进效率(即降低排气速度,减少带走的能量)和减少推进损失。代表航空发动机新技术方向的是美国的几个著名计划,如核心机—先进涡轮燃气发生器计划,发动机的基本性能集中反映在推重比,即推力与重量之比上。发动机的推重比是发动机的核心部件——压缩器、燃烧室与涡轮的“三高”(高压、高温、高转速)的结果。该计划主要发展三大核心部件,这三大核心部件技术的综合效果是使航空发动机的推重比大大提高,所以也称“高推重比技术”。目前,军用航空发动机的推重比已达10左右,正向推重比20的目标前进。速度

飞机的飞行速度通常用声速(海平面上为每小时1 200千米)为界线,飞机飞行速度低于或高于声速的叫做亚声速或超声速。以声速的5倍为界线,飞行速度超出这一界线者被称作“高超声速”飞机。

1903年12月17日,美国莱特兄弟发明的带动力装置“飞行者”1号试飞成功。第一次由弟弟奥维儿·莱特驾驶,飞行距离36米,留空12秒;最后一次由哥哥驾驶,飞行距离260米,留空时间59秒。这是人类航空史上公认的可操纵动力持续飞行。飞机在随后的100多年中迅速发展,飞行速度、飞行高度和续航能力迅速超过了鸟类。

要提高飞行速度,除了改变飞机的气动外形,减小飞机在空气中飞行时所受到的阻力外,最重要的方法是提高飞机发动机的效率,使飞机在飞行中获得更大的推力。

飞机出现后的最初10多年,它基本上是一种娱乐工具,主要用于竞赛和表演。第一次世界大战爆发后,这个“会飞的机器”逐渐被派上了用场。同时在战争中,飞机的性能有了很大的提高。如飞机的速度在1914年时一般是每小时80~115千米,4年后增至每小时180~220千米;到了第二次世界大战时优秀战斗机的速度达到每小时600~700千米,当时的飞机主要还是活塞式飞机。

第二次世界大战以前的航空器是活塞式飞机一统天下的局面。活塞式发动机结构相对简单,技术要求不高,而且耗油率低,能很好地满足当时低速飞行的要求。但随着飞机速度的不断提高,活塞式发动机暴露出了致命的弱点——功率太低,无法为飞机在高速飞行时提供足够的推力。到1945年,空气动力学家和飞机设计师们清楚地认识到,要靠活塞式发动机进一步提高飞行速度是不可能了,他们把注意力转移到一种全新的航空发动机——喷气发动机上,从而迎来了超声速飞行时代。

第二次世界大战期间,活塞式发动机、螺旋桨飞机的速度已经发展到巅峰。因为当时的空战主要是以机炮和机枪作为武器,谁的速度快,谁就能抢到有利空域赢得胜利,所以当时的飞机设计师和飞行员一再追求飞行速度。美国飞行员耶格尔驾驶时速700多千米的“野马”式战斗机与德国战斗机作战时,还感到速度低,所以他经常采用先把战位拉高,然后俯冲,借助重力加速度提高飞行速度的战术与敌机作战。

喷气发动机和喷气飞机则是二次世界大战中航空科技的一项伟大成就,使得飞机速度有了大幅度的提高。真正参战的首批喷气式飞机是德国的塞梅施米特Me-262,时速为850千米,超过当时英美飞机时速约160千米,在速度上占有很大优势。但由于德国统帅部决断错误,只把它作为轰炸机使用,加上数量少、参战晚,所以未对战局产生重大影响。

美国的F-80俗名“油桃子”,1944年原型机首次试飞,最大速度达810千米/小时,在当时是最高速度。1951年11月8日,F-80与米格-15交火,是喷气战斗机的首次近交战。F-80生产有A、B、C 3种型号,C型机总重7 646千克,最大平飞速度975千米/小时。

1967年10月,美国X-15实验型飞机在火箭发动机的驱动下,创造了6.7马赫(即6.7倍于声速)的飞行速度记录。

2005年美国航天局一架经过改装的B-52型轰炸机从洛杉矶的爱德华兹空军基地起飞,机腹下方悬挂的X-43A型超声速实验飞行器。在到达太平洋上空1.2万米高度后,这架3.65米长、翼展1.5米的小飞行器脱离了B-52,在助推火箭的推动下用了大约90秒冲到3.3万米高空。然后助推火箭脱离,飞行器上的超声速燃烧冲压式喷气发动机点火。在保持了大约20秒的9.6马赫(即9.6倍声速)飞行速度后,X-43A开始失速坠落,按预定计划落入太平洋。

目前,全球使用一般空气助燃的涡轮喷气引擎的飞机中,飞得最快的是美国空军的SR-71“黑鸟”侦察机,速度可达3马赫。科学家认为,配备冲压喷气引擎的飞机,速度几乎有无限的可能,但应用该技术的飞行器要多年以后才能面世。

马赫数与音速

音速也称声速,物理学上指声波在介质中传播的速度。在空气动力学中,声速是一个十分重要的物理量。气体的流动规律和飞机的气动力特性,在流速(或飞行速度)低于声速和高于声速时大不相同。

第二次世界大战后期,战斗机的最大速度已超过每小时700千米。要进一步提高速度,就碰到所谓的声障问题。声音在空气中传播的速度,受空气温度的影响,数值是变化的。飞行高度不同,大气温度会随着高度而变化,因此当地声速也不同。在101千帕(1标准大气压=101千帕)情况下,海平面音速为每小时1 227.6千米,在1.1万米的高空是每小时1 065.6千米。时速700多千米的飞机,迎面气流在流过机体表面的时候,由于表面各处的形状不同,局部时速可能比700千米大得多。当飞机再飞快一些,局部气流的速度可能就达到声速,产生局部激波,从而使气动阻力剧增。这种声障,曾使高速战斗机飞行员们深感迷惑。每当他们的飞机接近声速时,飞机操纵上都产生奇特的反应,处置不当就会机毁人亡。第二次世界大战后期,英国的“喷火”式战斗机和美国的“雷电”式战斗机,在接近声速的高速飞行时,最早感觉到空气的压缩性效应。在高速飞行的飞机前部,由于局部激波的产生,空气受到压缩,阻力急剧增加。“喷火”式飞机用最大功率俯冲时,速度可达声速的9/10。这样快的速度,已足以使飞机感受到空气的压缩效应。为了更好地表达飞行速度接近或超过当地声速的程度,科学家采用了一个反映飞行速度的重要参数——马赫数。马赫数是飞行速度与当地声速的比值,简称M数。M数是以奥地利物理学家伊·马赫的姓氏命名的。马赫曾在19世纪末期进行过枪弹弹丸的超声速实验,最早发现扰动源在超声速气流中产生的波阵面,即马赫波的存在。M数小于1,表示飞行速度小于声速,是亚声速飞行;M数等于1,表示飞行速度与声速相等;M数大于 1,表示飞行速度大于声速,是超声速飞行。

亚音速

小于声音的速度即为亚音速,又称亚声速。最大平飞速度低于音速的飞机称为亚声速飞机。一般亚声速飞机的最大平飞速度低于约750千米/小时(M=0.3~0.8),飞行速度低于400千米/小时的为低速飞机,M=0.8~0.9的为高亚声速飞机。亚声速飞机飞行速度低,平飞时的升力系数较大,而诱导阻力系数与升力系数的平方成正比。为尽量减少诱导阻力,亚音速飞机多采用大展弦比、平面形状为梯形或矩形的平直翼。多采用相对厚度较大和相对弯度较大,且带有钝头前缘的翼剖面。飞机在亚声速状态飞行时,升阻比(一定迎角下飞机升力与阻力,或升力系数与阻力系数之比)高,飞机的油耗低、经济性好。大多数

民用飞机

和军用运输机、轰炸机,都是亚声速或高亚声速飞机。

第二次世界大战后到60年代初是第一代

战斗机

的时代,主要技术特征是亚声速飞行,最大马赫数0.9左右,开始采用后掠翼和涡轮发动机,武器配备以机炮和火箭弹为主,并开始装备第一代空空导弹、光学瞄准器和第一代雷达。

第二次世界大战结束后的40余年,虽然世界性的大战再未爆发,但局部战争从未间断。军事上的需要是飞机发展的主要动力,鉴于对飞机速度的需要,军用飞机迅速喷气化,战后各大国空军的主力机种都改为喷气发动机。最初的喷气式作战飞机都是平直梯形机翼,喷气发动机的推力也很小,单台推力只有7 845~8 826牛(800~900千克)。1947年出现了第一批机翼后掠的高亚声速喷气战斗机——前苏联的米格-15和美国的F-86“佩刀”式。朝鲜战争中,这两种喷气式战斗机厮杀较量,写下了空战史上新的一页。战斗机喷气化后,轰炸机也紧追直上。1951年12月美国的B-47后掠翼喷气轰炸机试飞成功,接着又出现了大型四发动机的

战略轰炸机

B-52。B-52经改进一直使用到20世纪80年代,最大航程可达两万余千米。

超音速

超过声音的速度即称为超音速(又称为超声速),最大平飞速度超过声速的飞机称作超声速飞机。一般指最大平飞马赫数超过1.4,但低于5的飞机。超声速飞行时,由于气流产生激波而生成很高的波阻。为尽量降低波阻,飞机多采用小展弦比、平面形状为梯形或三角形的薄机翼。翼剖面采用相对厚度较小、近于对称的翼形。翼剖面的前缘半径很小,接近尖锐前缘。

超音速飞机多为军用飞机,当前大部分战斗机的马赫数在2~2.5。超音速客机虽已开始商业使用,但因经济性差及对环境影响大,故未大量使用。

超声速飞机的诞生是在第二次世界大战之后。1953年,美国F-100“超级佩刀”式喷气战斗机平飞速度首次超过声速。50年代中期,几种速度为声速2倍的喷气式战斗机问世。如前苏联的米格-21、美国的F-4“鬼怪式”和F-104。前两种飞机在越南战争中进行了反复的实战较量,后者在中东战场上崭露头角。60年代,美、苏两国又发展了“双三”飞机,即速度为3倍声速、升限超过30千米,代表机型是美国的SR-71“黑鸟”和前苏联的米格-25。

这期间,航空技术又有了新的突破,变后掠机翼飞机和垂直起落飞机研制成功,前者是美国的F-111,后者为英国的“鹞”式。这两种飞机的出现,标志着军用飞机的发展又进入了一个新的阶段,即由高速转向高机动性。F-111和“鹞”式飞机在以后的美国空袭利比亚和英阿马岛之战中都有不俗的表现。

超声速飞机的机体结构,同亚声速飞机很不相同,机翼必须薄得多,关键因素是宽高比,即机翼厚度与翼弦的比率。亚声速的活塞式飞机,轰炸机的宽高比为17%,歼击机是14%;但对于超声速飞机,厚弦比就很难超过5%,即机翼厚度只有翼弦的1/20或更小,机翼的最大厚度可能只有十几厘米。超声速飞机的翼展(即机翼两端的距离)不能太大,而是趋向于较宽较短、翼弦增大。设计师们将机翼做成三角形,前缘的后掠角较大,翼根很长,从机头到机尾同机身相接(如幻影-2000)。另一个办法,把超声速机翼做得又薄又短,可以不用后掠角(如F-104)。

根据一架飞机的外形,我们就基本上可以判断出它是超音速,还是亚音速的飞机了。

音障

音障是把飞机飞行速度提高到超过声音速度时遇到的障碍。这是历史上出现的问题,现代超声速飞机的飞行速度早已超过音速了。20世纪40年代,某些战斗机的最大飞行速度已达马赫数0.5,俯冲时马赫数达到0.7以上,这时发现飞机的阻力激增、升力下降,产生很大的俯冲力矩,机翼和尾翼出现抖动,因此再提高飞机的飞行速度就十分困难。

造成声障(又称音障)的原因,主要是因为飞机上出现了局部超音速区,出现了激波,使气流严重分离、阻力剧增。解决这一问题的办法,是采用后掠翼等先进气动布局,进一步加大发动机推力。飞机在空中飞行,会与空气发生摩擦,空气受到阻滞和压缩,流速降低,动能转化为热能,使飞机表面加热。如马赫数3时,机头温度可上升到360℃,会使蒙皮和结构变形,仪表设备失灵,燃料蒸发或易燃等,从而成为影响飞机速度提高的一个障碍。

第二次世界大战后期,飞行速度达到了650~750千米/小时的战斗机,已经接近活塞式飞机飞行速度的极限。例如美国的P-5lD“野马”式战斗机,最大速度每小时765千米,大概是用螺旋桨推进的活塞式战斗机中飞得最快的了。若要进一步提高飞行速度,必须增加发动机推力,但是活塞式发动机已经无能为力。航空科学家们认识到,要向音速冲击,必须使用全新的航空发动机,也就是喷气式发动机。

要继续提高飞机的飞行速度,就必须突破声障。为了突破声障,一是采用推力足够大的喷气式发动机;二是采用后掠翼,尽量让局部超声速区延迟发生。此外,还采用蜂腰形的机身,因为跨声速飞机的横截面积分布与阻力有关,这样可以尽量减小飞机阻力。超声速飞机的速度已经超过声速,产生激波已不可避免,所能采取的办法就是如何降低激波强度、减小波阻。为此,超声速飞机通常采用三角翼或小展弦比梯形机翼,这种机翼高速飞行时波阻小;一般采用细长机身,发动机均埋装在机身之内或翼身之间。

1947年10月14日,查尔斯耶格尔驾驶美国贝尔公司生产的X-1在12 800米的高空进行了一次艰难的飞行,飞行速度达到1 078千米/小时,相当于1.015马赫,首次突破了声障,成为世界上第一个飞得比声音快的人,他的名字被载入航空史册。

在人类首次突破声障之后,研制超声速飞机的进展就加快了。美国空军和海军在竞创速度记录方面展开了竞争。1951年8月7日,美国海军的道格拉斯D.558-Ⅱ型“空中火箭”式研究机的速度,达到M1.88。有趣的是,X-Ⅰ型和D.558-Ⅱ型,都被称为“空中火箭”。 D.558-Ⅱ也是以火箭发动机为动力,由试飞员威廉·布里奇曼驾驶。8天之后,布里奇曼驾驶这架研究机,飞达22 721米的高度,使他成为当时不但飞得最快,而且飞得最高的人。在1953年,“空中火箭”的飞行速度,又超过了M2.0,约为2 172千米/小时。

人们通过理论研究和一系列研究机的飞行实践,终于掌握了超音速飞行的规律。高速飞行研究的成果,首先被用于军事上,各国竞相研制超声速战斗机。1954年,前苏联的米格-19和美国的F-100“超级佩刀”问世,这是两架最先服役的、仅依靠本身喷气发动机即可在平飞中超过声速的战斗机。1958年,F-104和米格-21又将这一记录提高到了M2.0。尽管这些数据都是在飞机高空中加力全开的短时间才能达到,但人们对追求这一瞬间的辉煌还是乐此不疲。将“高空高速”这一情结发挥到极致的是两种“双三”飞机——米格-25和SR-71,它们的升限高达3万米,最大速度则达到了惊人的M3,已经接近了喷气式发动机的极限。随着近年来实战得到的经验发现“高空高速”并不适用,这股热潮才逐渐冷却。

热障

热障是飞行器在大气层中的飞行速度超过一定马赫数时,因气动加热引起结构和材料变化而遇到的障碍。飞行速度越高,气动加热越严重。机体温度升高引起材料性能下降,使结构强度和刚度降低;在结构中产生热应力,使结构应力和变形增大,甚至出现蠕变;结构变形增大,气动外形受到破坏,甚至引起灾难性的颤振,最终可能导致结构破坏;环境温度升高,乘员不能忍受,设备失去正常功能。

热障是在飞机速度不断提高的发展过程中,出现音障以后提出来的。一般声障是指声速附近所存在的障碍,而热障则是随速度进一步提高逐渐严重的热现象,并不指特定速度。通常对于飞行速度超过M2.5的飞机,在设计时必须考虑防热措施,如采用耐热材料、加装隔热层、安装冷却系统等。

热障是在研制3倍音速飞机的过程中遇到的问题。当飞机高速飞行的时候,飞机表面与空气产生摩擦,使空气发生阻滞和压缩,飞机的速度大为降低,动能转化为热能,飞机表面的温度急剧升高,这就是所谓的热障。

根据理论估算,在高度超过1.1万米的高空飞行时,当飞机的马赫数为2的条件下,飞机头部的温度可能达到118℃;当马赫数为2.5的时候,温度可高达215℃;当马赫数为3时,温度可达335℃。因此,高速飞行时,由于气动加热,机内人员、设备以及材料的强度等方面,都会受到严重的影响与限制。现在一般将马赫数2.5以上看作是出现热障的飞行速度。

解决热障问题有两种方法:使飞机的飞行速度不进入热障,给进入热障的飞机加防热罩。铝合金材料制造的飞机可承受的气动加热一般不超过M2.2,所以到目前为止,世界上实用型的超声速飞机大多数都控制在M2.2速度以内,这样可以充分发挥飞机的结构效率。如果把飞行速度再提高,气动加热就会使飞机进入热障了。因此,必须对飞机的气动力设计及材料、结构、动力和机载设备都要重新设计,目前能在热障条件下飞行的飞机不多。耐高温的钛合金及隔热装置、冷却系统的应用,使美国的SR-71和前苏联的米格-25实现了3倍音速的梦想。

第二章 航空运输

一、 航空运输基础

航空

航空,指人类利用载人或不载人的航空器在地球大气层中从事飞行及有关的活动,有时也泛指

航空工程

(表1)。

航空器都要克服自身的重力,才能达到升空的目的。轻于空气的航空器如气球、飞艇,利用空气静力升空;重于空气的航空器如飞机、直升机,则利用空气动力升空。航空按用途分为军用航空和民用航空。

航空与航天是20世纪人类认识和改造自然进程中最活跃、最有影响的科学技术领域,也是人类文明高度发展的重要标志。“航空”和“航天”虽只有一字之差,但却差了“一重天”。航空指飞行器在地球大气层内的航行活动,航天指飞行器在大气层外宇宙空间的航行活动。航空所指的飞行器有轻于空气的飞行器(如气球、飞艇等)和重于空气的飞行器(如飞机、直升机、滑翔机、伞翼机等),它们不会飞离地球。航天又称“星际航行”,飞行器称为外层空间飞行器,如人造卫星、宇宙飞船、航天飞机等。“航天”与“航空”同属高科技产业,而且又有许多相近、相通的因素。航空工程

航空工程,是将航空学的基本原理用于航空器的研究、设计、试验、制造、使用和维修过程的一门工程技术,是为国民经济各部门(如交通运输、农业、地质勘探)和国防服务的综合性工程。航空工程要求复杂,研制周期较长,需要大量投资。航空工程直接应用的技术称航空技术,包括空气动力学、结构强度、材料与制造工艺、航空发动机、飞行控制、通信与导航、航空军械、风洞试验、可靠性与质量控制、安全救生、环境控制、航空仪表、起落技术、电子对抗技术、隐身技术、飞机维修等。航空工程通常采用系统工程的理论和方法来组织实施。

航空工程给人类提供了快捷、安全、舒适的交通工具,成为交通运输重要的分支,并且广泛应用于林业播种、农业除虫害、资源调查、环境保护等重要经济部门。作战飞机、导弹等为国防提供了现代的军事装备,是国防现代化不可缺少的工程领域。

航空工业

航空工业,是大气层内飞行器及其所载设备、武器系统,以及各种地面设备的制造业,通常包括生产企业,独立或隶属于生产企业的研究部门、设计部门、销售部门、试验与试飞基地(中心)和管理部门。航空工业是典型的知识和技术密集型工业,是一个国家综合国力的标志之一,尖端技术几乎无一例外地首创于军工或航空航天工业,与工程科学的所有专业都有关,对高新技术产业和国民经济有着巨大的推动作用。

民用航空

民用航空,是利用各类航空器从事旅客、货物、邮件的运送以及为国民经济服务的非军事性飞行活动。

民用航空是现代交通的重要组成部分,承担着巨大的客货运输任务,受到世界各国普遍重视。民用航空由政府部门、民航企业、民航机场三大部分组成。民用航空是一个庞大复杂的系统,其中有事业性的政府机构,有企业性质的航空公司,还有半企业性质的空港,各个部分协调运行才能保证民用航空事业的发展。根据飞行任务不同,民用航空又分为

商业航空

通用航空

两大类。商业航空包括在国内、国际航线上使用民航机进行的商业性客、货、邮运输。通用航空,包括利用各种航空器所进行的、涉及国民经济各部门的业务以及公务、抢险、救灾、体育、娱乐等方面的飞行活动。

世界第一条民用航空的定期航线于1914年1月1日开航。美国飞行员詹纳斯驾驶一架水上飞机,载运一名乘客,从美国佛罗里达州的坦帕起飞,越过35.4千米的水面,降落到圣彼得堡,开始每天两个航次的飞行。第一次世界大战后,世界上一些航空工业发达的国家开始发展民用航空事业。20世纪70年代,世界上飞定期航班的航空公司已发展到400多家,其中美国占110家。此外,世界各国还有近600家飞不定期航班的出租飞机公司。世界范围内居于领先地位的航空公司,有美国的联合航空公司、环球航空公司、泛美航空公司、美国航空公司,前苏联民用航空部,英国航空公司,法国航空公司,日本航空公司,德国汉莎航空公司,北欧斯堪的那维亚航空公司等。

新中国的民用航空局于1949年11月2日成立。1950年8月,国内民用航空和国际航线正式开航。商业航空

商业航空,也称为航空运输,是指在国内和国际航线上使用航空器,以营利为目的从事定期和不定期飞行,运送旅客、行李、货物和邮件的运输。商业航空的主要特点,可以概括为快速性、机动性、安全舒适、准军事性、国际性、营运成本高。商业航空的经营性表明这是一种商业活动,以盈利为目的;又是运输活动,这种航空活动是交通运输的一个组成部门,与铁路、公路、水路和管道运输共同组成了国家的交通运输系统。尽管航空运输在运输量方面与其他运输方式比是较少的,但由于快速、远距离运输的能力及高效益,航空运输在总产值上的排名不断提升,而且在经济全球化的浪潮中和国际交往上,发挥着不可替代的、越来越大的作用。

航空运输始于1871年,当时普法战争中的法国人用气球把政府官员和物资、邮件等运出被普军围困的巴黎。1918年5月5日,飞机运输首次出现,航线为纽约—华盛顿—芝加哥。1918年6月8日,伦敦与巴黎之间开始定期邮政航班飞行。20世纪30年代有了民用运输机,各种技术性能不断改进,航空工业促进了航空运输的发展。第二次世界大战结束后,在世界范围内逐渐建立了航线网,以各国主要城市为起点的世界航线网遍及各大洲。1990年,世界定期航班完成总周转量达2 356.7亿吨·千米。

技术设备是实现航空运输的物质基础,主要包括航路、航空港、飞机和通信导航设施等。航路是根据地面导航设施建立的走廊式保护空域,是飞机航线飞行的领域。航路的划定以连接各个地面导航设施的直线为中心线,在航路范围内规定上限高度、下限高度和宽度。在航路范围内飞行的飞机,要实施空中交通管制。航空港是民用飞机场及有关服务设施构成的整体,是飞机安全起降的基地,也是旅客、货物、邮件的集散地。飞机是主要载运工具,机型选用根据所飞航线的具体情况和考虑整体经济技术性能而定。通信导航设施的作用,是沟通信息、引导飞机安全飞行并到达目的地安全着陆。

航空运输企业经营的形式,主要有班期运输、包机运输和专机运输。通常以班期运输为主,后两种是按需要临时安排。班期运输是按班期时刻表,以固定的机型沿固定航线、按固定时间执行运输任务。当待运客货量较多时,还可组织沿班期运输航线的加班飞行。航空运输的经营质量,主要从安全水平、经济效益和服务质量三方面予以评价。通用航空

通用航空,是使用民用航空器从事公共航空运输以外的民用航空活动,包括从事工业、农业、林业、渔业和建筑业的作业飞行,以及医疗卫生、抢险救灾、气象探测、海洋监测、科学实验、教育训练、文化体育等方面的飞行活动。在工、农业生产方面,利用通用航空进行播种、施肥、喷洒农药、护林防火、空中测量、摄影、航空遥感、空中探矿,以及为近海石油勘探开采服务活动,具有效率高、时间省、见效快等优点。

民用航空除了航空运输外,其余部分统称为通用航空。

(1) 工业航空:包括使用航空器进行工矿业有关的各种活动,具体有航空摄影、航空遥感、航空物探、航空吊装、石油航空、航空环境监测等。在这些领域中利用了航空的优势,可以完成许多以前无法进行的工程。如果没有航空提供便利的交通和后勤服务,很难想像出现海上采油这样一个行业。其他如航空探矿、航空摄影,航空使工作的进度加快了几十倍到上百倍。

(2) 农业航空:包括为农、林、牧、渔各行业的航空服务活动。如森林防火、灭火,喷洒农药,都是其他方式无法比拟的。

(3) 航空科研和探险活动:包括新技术的验证、新飞机的试飞以及利用航空器进行的气象天文观测和探险活动。

(4) 飞行训练:培养空军驾驶员以及各类飞行人员的学校和俱乐部的飞行活动。

(5) 航空体育运动:用各类航空器开展的体育活动,如跳伞、滑翔机、热气球以及航空模型运动。

(6) 公务航空:大企业和政府高级行政人员用单位自备的航空器进行公务活动。跨国公司的出现和企业规模的扩大,使企业自备的公务飞机越来越多,公务航空就成为通用航空中一个独立的部门。

(7) 私人航空:私人拥有航空器进行航空活动。

通用航空在我国主要指前面五类,后两类在我国才开始发展,但在一些航空强国,公务航空和私人航空所使用的航空器占通用航空的绝大部分。

国际民用航空组织

组织协调各国政府有关民航经济和法律事务,并制定各种民航技术标准和航行规则的国际组织,简称国际民航组织(ICAO)。宗旨是促进国际航空运输的规划和发展。

1944年国际民用航空会议制定了《

国际民用航空公约

》。国际民用航空组织于1947年4月4日上述公约生效日正式成立,总部设在加拿大蒙特利尔,5月成为联合国的一个专门机构。国际民航组织的最高权力机构是成员国大会,常设机构为理事会,常设执行机构为秘书处,下设航行、航空运输、技术援助、法律、行政服务5个局。

中国于1944年12月9日成为国际民航组织的成员国。1971年11月19日国际民航组织第七十四届理事会第十六次会议通过决议,承认中华人民共和国政府的代表为中国唯一合法代表。自1974年第二十一届大会起至第二十七届大会,中国连续当选为理事国。国际民用航空公约

国际民用航空公约,1944年12月7日签订于芝加哥,1947年4月4日生效,从1947年到1977年曾11次修订。中国于1974年2月15日通知国际民用航空组织秘书长承认《公约》,并从即日起参加国际民用航空组织的活动。《公约》第一部分是空中航行,第二部分是国际民用航空组织,第三部分是国际航空运输,第四部分是最后条款。《公约》承认,每一缔约国对其领土上空拥有完全的和排他的主权。《公约》适用于民用航空器,不适用于国家航空器。关于航空器的国籍,《公约》采用登记主义,即航空器具有其登记国家的国籍。《公约》将飞行分为定期航班飞行和非定期航班飞行。定期航班飞行:《公约》规定,除非经缔约国特准或其他许可,并遵照此项特准或许可的条件,任何定期国际航班不得在该国领土上空飞行或进入该国领土。非定期航班飞行:《公约》规定,一切不从事定期国际航班飞行的缔约国航空器,在遵守《公约》规定的条件下,无需事先获准,有权飞入或飞往任何缔约国领土而不降停,或作非商业性降停,但飞经国有权令其降落。此外,《公约》还对“禁区”和“国内载运权”做了规定。

根据《公约》成立的国际民用航空组织是联合国的专门机构。该组织由大会、理事会和其他必要的各种机构组成。宗旨是发展国际航行的原则和技术,并促进国际航空运输的规划和发展。

国际航空运输协会

国际航空运输协会(IATA),是世界航空运输企业自愿联合经营的非政府性的国际组织。宗旨是通过会员间的合作,与国际民用航空组织及其他国际组织合作,提高航空运输的安全性、正常性和经济性,促进航空运输事业的发展。国际航空运输协会的前身是国际航空业务协会,1919年成立于海牙。

凡国际民航组织成员国的任一经营定期航班的空运企业,经其政府许可都可成为该协会的会员。经营国际航班的航空运输企业为正式会员,只经营国内航班的航空运输企业为准会员。

协会总部设在蒙特利尔,在蒙特利尔和日内瓦设有总办事处,在纽约、巴黎、新加坡、曼谷、内罗毕、北京设有分支机构或办事处,在日内瓦还设有清算所。协会的最高权力机构为全体会议,另有4个常务委员会分管法律、业务、财务和技术。

国际航协从组织形式上是一个航空企业的行业联盟,属非官方性质组织,但是由于世界上的大多数国家的航空公司是国家所有,即使非国有的航空公司也受到所属国政府的强力参与或控制,因此航协实际上是一个半官方组织。国际航协制定运价的活动也必须在各国政府授权下进行,对全世界联运票价进行的结算是一项有助于世界空运发展的公益事业,因而国际航协发挥着通过航空运输企业来协调和沟通政府间政策、解决实际运作困难的重要作用。

中国航空

中国使用航空器从事非军事性交通运输活动始自民国时期。1909年,旅美华侨冯如制造了中国第一架飞机,亲自试飞取得良好成绩,是中国航空事业的开端。1920年5月,京沪航线北京至天津段正式开航,是中国第一条民用航线。1928~1949年,主要的航空公司有中国航空公司、欧亚航空公司﹑哈阿公司﹑西南航空公司。

1949年以后,航空事业才获得巨大发展。中国航空事业的发展是先有空军、民用航空,后有航空工业。航空教育和航空体育运动,都是在建立空军、民用航空和航空工业的过程中发展起来的。中华人民共和国成立后,军事航空得到迅速发展。1949年11月11日正式建立中国人民解放军空军,成立了空军司令部。从1949年11月起,新中国陆续办起了第一批航空学校,共6所。1950年10月,志愿军空军在抗美援朝的战争中英勇作战,取得了瞩目的战绩。

中国民用航空总局,是中国主管民用航空事业的政府机构,直属中华人民共和国国务院领导。基本任务是根据行政权力和飞行安全管理相对高度集中的行业特点,加强飞行安全管理、空中交通管理、航空运输市场管理和机场安全运行管理,以及行使民航发展规划、宏观调控、行业政策、依法监督等行业管理职能。

航空自由化

航空自由化,是指航空运输经济自由化,是一个经济学中的概念。航空自由化的一种表现形式,是在国内推行“不管制”政策。所谓“不管制”,是相对管制而言的,是一种“放任政策”,指取消政府对航空运输在经济上的管制,主要是实行进入市场和制定运价自由化,使其完全由市场机制来调节。

将“不管制”政策由国内推行到国际,表现形式就是“开放天空”。所谓“开放天空”,是指在尊重各国主权的前提下,各国之间相互给予自由进入对方航空运输市场的权利,即相互开放航空运输市场。

新形势下,不开放航权成了航空运输的发展障碍。进入20世纪90年代,经济全球化的核心是全球市场一体化,要求资源在全球范围内优化配置。“世界贸易组织”(WTO)正是适应经济全球化的形势而产生的。经济全球化要求加大航空运输的发展速度。现行双边体制是航空货运网络和服务理想效率及经济运行的主要障碍,因此不少国家和航空货运行业纷纷要求推行航空货运自由化。

随着我国2001年加入WTO,对外贸易持续增长,航空货运市场迅速扩大。我国航空货运需求不断扩大,但航空运力却投入不足,是一突出的矛盾。一方面需要采取扶持政策,壮大我国航空运输企业,增加投入运力;另一方面,要逐步开放航空运输市场,引入竞争机制,刺激航空运输业的发展。2003年我国对新加坡开放了厦门第五货运航权,就是为支持厦门地方经济发展服务的。2003年3月第五次世界航空运输大会,中国政府表明立场:中国将顺应自由化的潮流,根据中国经济建设和民航业发展的需要,积极、渐进、有序、有保障地推进航空运输自由化进程。经中国民航总局批准,决定开放海南经济特区第三、四、五航权,以此来繁荣海南航空运输市场,促进海南经济的发展。中国民航业只有在国际舞台上竞争,才能从民航大国变成民航强国。

开放航权,即是开放市场,必须形成激烈竞争格局,对航空公司带来了挑战。因此,既应该“积极”,也需要“渐进、有序、有保障地推进”。

公共航空运输

公共航空运输,是用民用航空器经营的旅客、行李或者货物的运输。国内航空运输,是指根据当事人订立的航空运输合同,运输的出发地点、约定的经停地点和目的地点均在中国境内的运输。国际航空运输,是指根据当事人订立的航空运输合同,无论运输有无间断或者有无转运,运输的出发地点、目的地点或者约定的经停地点至少有一处不在中华人民共和国境内的运输。(1) 公共航空运输企业:以营利为目的,使用民用航空器运送旅客、行李、邮件或者货物的企业法人,即我们常说的航空公司。公共航空运输企业以保证飞行安全和航班正常、提供良好服务为准则,采取有效措施,提高运输服务质量。

民航企业指从事和民航业有关的各类企业,最主要的是航空运输企业,从事生产运输是民航业生产收入的主要来源。其他类型的航空企业如油料、航材、销售等,都是围绕着运输企业开展活动的。航空公司的业务主要分为航空器的使用(飞行)维修和管理、公司的经营和销售。(2) 民用航空运输销售代理业:是指受民用航空运输企业委托,在约定的授权范围内,以委托人名义代为处理航空客货运输销售及其相关业务的营利性行业。民用航空运输销售代理人(以下简称销售代理人),是指从事空运销售代理业的企业。(3) 危险品运输:危险品的安全航空运输,指利用航空器安全地运输对健康、安全或财产存在严重危险的物品或物资。国际民航组织和各国民航当局对航空运输危险品实行严格的限制和约束,以确保公众健康和利益不受到损害。这些限制和约束主要有:在任何情况下都禁止航空运输的危险品,任何航空器不得载运;对允许航空运输的危险品,列出品名目录、包装要求、运输证件、运输条件约束(如装载固定、分离、污染清除措施)等,有关各方面必须遵照执行;发生危险品运输事故或严重事故的处置要求等。(4) 航空快递:航空快递是经营这项业务的航空公司、机场等有关业务部门或专门经营此项业务的航空货运代理公司,派专人用最快的速度在货主、航空公司(或航空货运代理公司)与用户之间运输和交接货物的业务。航空快递又称航空快件、航空快运或航空速递。办理快递的手续与普通航空货物运输相同,都必须向航空公司办理托运手续,并凭航空货运单作为交接货物的依据。航空快递业务的特点是:运输速度快捷,服务安全可靠,送交均有回音,查询快、有结果。这些特点是其他任何运输方式所不及的。

航空快递业务以商务文件、资料、小件样品和小件货物为主。办理航空快递业务的主要形式有3种:第一种形式是从机场到机场的快递服务。发货人在航班始发站将货交给航空公司,然后发货人通知目的地的收货人到机场取货。第二种形式是门到门(也称桌到桌)的快递服务。发货人需要发货通知快递公司,快递公司立即派人到发货人的办公室取货,直接送交航空公司空运,然后通知目的地的快递公司或代理人,按时取货并按要求的时间将货送交收货人手中。送货后立即将货物交接时间及签收人姓名等情况通知发货人。第三种形式是由快递公司派人随机送货。(5) 航空旅行社:旅行社又称旅行代理人,是航空公司的代理人,航空公司是承运人。当旅行社以自己的名义销售包括航空运输在内的“一揽子旅游”或“包价旅游”时,机票上的承运人仍是航空公司,旅行社只是此种旅行的组织者;运输时旅行社是顾客和航空公司之间的中间人,承运人仍然是航空公司。但是,当旅行社通过销售“一揽子旅游”或“包价旅游”,以自己的名义直接向旅客出具并签发运输客票时,机票上的承运人是旅行社或机票上未标明是由哪家航空公司履行运输时,旅行社就是缔约承运人,航空公司是实际承运人。(6) 航空人员:航空人员,是指从事民用航空活动的空勤人员和地面人员。空勤人员包括驾驶员、领航员、飞行机械人员、飞行通信员、乘务员;地面人员包括民用航空器维修人员、空中交通管制员、飞行签派员、航空电台通信员。航空人员应当接受专门训练,经考核合格,取得国务院民用航空主管部门颁发的执照,方可担任执照载明的工作。(7) 空勤组:空勤组,指执行航空客货运输任务的飞机上人员组成的小组,也称机组。客机机组包括飞行人员、乘务人员、空中安全员、空警和其他空勤人员。飞行人员是在飞行中操纵飞机和使用机上航行、通信设备的人员,包括驾驶员、领航员、空勤通信员、空勤机械员(工程师)。空勤组由机长领导,通常由正驾驶员担任。民用航空器的操作由机长负责,机长对飞行安全、航班正常和服务质量负责。机长应当严格履行职责,保护民用航空器及其所载人员和财产的安全。机长在职权范围内发布的命令,民用航空器所载人员都应当执行。

适航

适航,是适航性的简称,是民用航空器的一种属性的专用词。早期的定义是,航空器适宜于空中飞行的性质。随着航空科学技术的进步和民用航空的发展,以及对航空安全认识的深化,适航性的概念也在不断发展。适航性是个抽象的物理全过程的集合。民用航空器的适航性,是指该航空器(包括其部件及子系统整体性能和操纵特性)在预期运行环境和使用限制下,安全性和物理完整性的一种品质。这种品质要求航空器应始终处于保持符合其型号设计和始终处于安全运行状态。

飞机适航性的衡量标准,在于它是否符合相应的适航条例。飞机的安全性不仅决定于飞机机体,还取决于所安装的发动机和设备。因此,飞机适航性包括飞机机体、发动机和机载设备的适航性。飞机具有适航性的标志是获得相应的适航证。适航证是适航管理机构对飞机进行审查,确认其符合适航条例以后发给的一种证明文件。只说明飞机具有安全使用的性质,但能否安全使用,还取决于使用后的其他因素。飞机投入使用后的适航性一般称为“连续适航性”,包括对使用和维修方面的适航性审查和监督,以保证飞行安全。审定的标准是关于使用和维修的适航条例。在使用中发现飞机带有普遍性的影响安全的故障时,适航管理机构可发出相应文件,一般称为“适航通报”,通知有关单位进行检查和排除。如情况严重,“适航通报”即规定停止该型飞机的飞行,待不安全因素被消除以后才允许恢复飞行。

适航条例:由适航管理机构代表国家制定的,对保障民用航空安全提出最低标准性要求和规定的法令性文件。航空发达的国家都有各自的适航条例,如美国的《联邦适航条例》、西欧的《联合适航条例》、前苏联的《民用飞机适航条例》等。

适航条例主要包括以下内容:对飞机设计和制造质量的要求;对航空运输机构和维修厂站的要求;航行和空中交通管制规则;航空领域的使用规则;对机场的要求;对各类航空人员和学校的要求;适航管理的程序和规则。为了保证适航条例的贯彻,一般实行各种许可证和执照制度。新设计的飞机必须取得型号合格证才能投入生产;工厂必须取得生产许可证才能进行生产;投入使用的飞机必须获得适航证才能航行;空运机构和机场必须获得许可证才能运行和使用;各种航空人员必须持有执照才能工作。适航管理机构根据有关的适航条例,对各种申请审查合格后才颁发这些证件。民用机在发生故障和事故时,必须向适航管理机构报告,适航管理机构有专门部门收集、整理和分析这些报告,并采取措施防止故障和事故的发生。必要时还要对适航条例进行补充修改,使其臻于完善。

全球分销系统

全球分销系统(GDS),是应用于民用航空运输及整个旅游业的大型计算机信息服务系统。通过GDS,遍及全球的旅游销售机构可以及时地从航空公司、旅馆、租车公司、旅游公司获取大量与旅游相关的信息,从而为顾客提供快捷、便利、可靠的服务。

从GDS的发展过程看,GDS是由于旅游业的迅猛发展而从航空公司订座系统中分流出来的面向旅行服务的系统。如今,GDS已经发展成为服务于整个旅游业的一个产业,除了原有的航空运输业,旅馆、租车、旅游公司、铁路公司等也纷纷加入进来。经过技术与商务的不断发展,GDS已经能够为旅行者提供及时、准确、全面的信息服务,满足消费者旅行中包括交通、住宿、娱乐、支付及其他后续服务的全方位需求。目前,中国GDS也正在紧锣密鼓的建设中,建成后,中国GDS将成为一个覆盖全国、具有国际竞争力的旅游信息服务的“航空母舰”。

代码共享

当今国际航空界的各种战略合作形式中,最流行也最成功的无疑就是代码共享。一般认为,航空公司之间代码共享最基本的概念是,旅客在全程旅行中有一段航程或全程航程是乘坐出票航空公司航班号,但非出票航空公司承运航班的。当今世界没有一家航空公司自身的航线网能覆盖全球,而代码共享则可以使航空公司利用合作伙伴现成的航线、飞机,绕过国家间市场准入的限制,使自身的航线结构快速全球化。第二,航空业是一种资本密集型的高风险行业,在一些对盈利并没有很大把握的航空市场上,利用代码共享的安排,航空公司既满足了航线扩张的需要,又不用投入巨额资金,这不失为一种一举两得的好办法。第三,即使是对飞的航空市场,代码共享也可使航空公司在不增加新的运力的情况下,增加航班班次,提高航线质量,降低单位营运成本,提高市场占有率并使原有的竞争对手变成合作伙伴,优化经营环境。第四,代码共享可以利用旅客越来越认同某一航空公司,并参加常客奖励计划吸引旅客。

在实践中,代码共享的种类有:①完全代码共享,指共享航空公司和承运航空公司用各自的航班号共同销售同一航班,而不限制各自的座位数。②包座代码共享指共享航空公司和承运航空公司达成合作协议,购买承运航空公司某一航班的固定座位数,共享航空公司只能在此范围内用自己的航班号进行销售。包座代码共享又根据所包座位能否在一定期限之前归还承运航空公司,分为锁定包座和灵活包座代码共享。根据代码共享的深度和广度,又可分为战略性的网式共享和战术性的航线共享。

离港系统

离港系统(DCS),主要提供办理登机、航班控制和配载平衡三大功能。该系统在很大程度上为旅客,尤其是联程航班旅客提供了更方便的服务;在确保飞行安全正点、节省油料、提高航班座位利用率、方便旅客查找行李等方面,也提供了有力的支持与帮助。

离港数据是航空公司效益分析和结算的主要信息源。根据《中国民航信息系统建设“95”计划和2010年远景规划》的要求,我国将于两年内在全国45个干线机场建立集中式离港系统,这些机场的年处理旅客能力可达到7 600万人/次,旅客量将占全民航出港量的90%。同时在全国范围内逐步使用EDIFACT作为联程登机牌打印机,开发ATB磁卡自动机票和登机牌系统,建立登机门控制,实行值机柜台共用。到2010年,离港系统将覆盖全国所有机场。

二、 航空器

航空器是能在大气层内进行可控飞行的各种

飞行器

。任何航空器都必须产生一个大于自身重力的向上的升力,才能升入空中。根据产生升力的基本原理的不同,航空器可划分为轻于(或等于)同体积空气的航空器和重于同体积空气的航空器。前者包括气球和飞艇,靠空气的静浮力(或空气静力)升空。气球是没有动力驱动的轻于空气的航空器,它是一个轻质密封气囊,充入热空气或轻气体,依靠风力推进(图1a)。飞艇又名可操纵气球,即可载垂直方向升降。重于空气的航空器,在整个航空器中数量是最多的,用途极其广泛,包括飞机、滑翔机、直升机和旋翼机(图1b、c)。它们都有固定机翼或旋翼,完全靠空气动力克服自身的重力而升空。图1 航空器 a.1783年12月1日气球航空的图画 b.飞行先驱里林达尔试验滑翔飞行 c.英国皇家飞行队的飞行表演飞行器

飞行器,指所有能在大气层内、外空间(太空)飞行的器械,可分为航空器、航天器、火箭和导弹三大类别。

(1) 在大气层内飞行的飞行器称为航空器,如热气球、飞艇、飞机、直升机等,是靠空气的静浮力或空气相对运动而产生的空气动力升空和飞行的。

(2) 在大气层外空间飞行的飞行器称为航天器,如人造地球卫星、载人飞船、空间探测器和航天飞机等。航天器之所以能在太空飞行,是因为在运载火箭的推动下获得了必要的速度从而进入太空,然后在引力作用下完成与天体类似的轨道运动。装在航天器上的发动机,可提供轨道修正或改变姿态所需要的动力。

(3) 火箭是以火箭发动机为动力的飞行器,既可在大气层内飞行,又可在大气层外空间飞行。导弹既有在大气层外飞行的弹道导弹,也有在大气层内飞行的装有翼面的常规导弹(包括地空导弹、空空导弹、空地导弹及巡航导弹等,飞行原理和结构上都与飞机颇为类似)。飞机

飞机是由动力装置产生前进推力,由固定机翼产生升力,在大气层中飞行的重于空气的航空器。无动力装置的滑翔机,以旋翼作为主要升力面的直升机和在大气层外飞行的航天飞机都不属于飞机的范围。飞机的主要组成部件,有机翼、尾翼、机身、起落架、飞机操纵系统、飞机动力装置和机载设备等。飞机按用途分为军用飞机(图2)和民用飞机(图3)两大类,军用飞机主要有歼击机、截击机、歼击轰炸机、

强击机

轰炸机

、反潜机、侦察机、预警机、电子干扰机、舰载机等;民用飞机分为旅客机、货机、公务机、农业机、体育运动机、救护机、试验研究机等。图2军用飞机(法国幻影4000战斗机)图3民用飞机(旅客机)

(1) 按不同的构造将飞机分类。按机翼数目,飞机一般可分为双翼机和单翼机。按发动机类型,可分为活塞发动机及螺旋桨式飞机和喷气式飞机。按发动机数目,可分为单发动机飞机、双发动机飞机、三发动机飞机和四发动机飞机。按起落地点,可分为陆上飞机、雪(冰)上飞机、水上飞机、两栖飞机和舰载飞机。按起落方式,可分为滑跑起落式飞机和垂直/短距起落式飞机。此外,还可按尾翼位置或数量、机身数量分类。

(2) 按不同分类标准将飞机分类。

① 按飞机的用途:由于飞机的性能、构造和外形基本上是由用途来确定的,故按用途分类是最主要的分类方法之一。现代飞机按用途主要可分为军用机与民用机两类;另有一类专门用于科研和试验的飞机,可称为研究机。

② 按飞机发动机的类型:分为螺旋桨式飞机和喷气式飞机。螺旋桨式飞机,包括活塞螺旋桨式飞机和涡轮螺旋桨式飞机。飞机发动机为活塞螺旋桨式,这是最原始的动力形式。它利用螺旋桨的转动将空气向机后推动,借其反作用力推动飞机前进。螺旋桨转速愈高,则发动机推力越大。喷气式飞机,包括涡轮喷气式和涡轮风扇喷气式飞机。这种机型的优点是结构简单,速度快,一般时速可达800~960千米,节省燃料费用,装载量大,最大可载客400~500人或100吨货物。

③ 按飞行的飞行速度:有亚音速飞机和超音速飞机之分,亚音速飞机又分低速飞机(飞行速度低于400千米/小时)和高亚音速飞机(飞行速度马赫数为0.8~8.9)。多数喷气式飞机为高亚音速飞机。

④ 按飞机的航程:有近程、中程、远程飞机之别。远程飞机的航程为1.1万千米,可以完成中途不着陆的洲际跨洋飞行。中程飞机的航程为3 000千米左右,近程飞机的航程一般小于1 000千米。近程飞机一般用于支线,因此又称支线飞机。中、远程飞机一般用于国内干线和国际航线,又称干线飞机。

一般飞机如波音747、幻影2000等,称为定翼机,也就是机翼固定不动;直升机称为旋翼机,机翼高速旋转,产生升力使飞机往上飞,再经由旋翼转动角度改变,产生往前的力。

我国民航总局是采用按飞机客座数,划分大、中、小型飞机。飞机的客座数在100座以下为小型,100~200座为中型,200座以上为大型。航程在2 400千米以下的为短程,2 400~4 800千米为中程,4 800千米以上为远程,但分类标准是相对而言的。民用飞机

民用飞机,指注册用于执行非军事、警察、海关任务的飞机。民用飞机包括运输飞机和通用飞机两大类。运输飞机主要是客运机、货运机或客货混装的飞机。(1) 民用运输机:民用运输机,指航空运输中用于客货运输的飞机。1918年5月,始用飞机进行运输,于20世纪30年代趋于成熟。当时美国和德国生产了以活塞式发动机为动力装置的飞机,飞行高度为3 000~4 000米,可载运旅客20~30人或装运货物2~3吨。第二次世界大战结束后,航空技术发展很快,50年代出现了涡轮螺旋桨飞机(如英国的子爵号飞机等)。这类飞机的载客量达50~100人,飞行时速低于800千米,最大航程不超过5 000千米。同一时期,涡轮喷气式运输机研制成功,这在民用运输机的发展史上具有划时代的意义。这类飞机载量大,飞行速度快,飞行高度可在1万米以上,最大航程约为12 000千米,但耗油多(代表性飞机有波音707型飞机、DC-8型飞机等)。通过对涡轮喷气式发动机的改进,70年代出现高流量比涡轮风扇发动机,被广泛用于民用运输机。这种飞机耗油率小,起飞推力大,噪声小,远程宽体飞机的载客量可超过500人,最大航程超过1万千米(代表性飞机有波音747型飞机)。超音速民用运输机进入实用阶段,产生了“协和”飞机和图-144型飞机。(2) 民用客机:民用客机即旅客机,是用于运输旅客的飞机,简称客机,又称民航机(图4)。旅客机按航程分为远程、中程和短程三类,按服务的航线性质分为干线客机和支线客机两大类。目前各国使用的旅客机大都是亚音速飞机。超音速旅客机的最大

巡航速度

约为2倍音速。图4民用客机结构解剖视图

专门设计的旅客机出现于1919年,英国德·哈维兰公司将D.H.4轰炸机改装成民用旅客机。在20世纪初期,英国已组建了4家航空公司,办理运送旅客的业务。当时这些航空公司使用的所有飞机几乎都是由轰炸机或观察机改装而成,只是将敞开式座舱封闭起来并安上座椅。

第二次世界大战后民航机的发展已经经历了4代。20世纪50年代出现第一代喷气式客机,主要有英国的“彗星”(Comet)、前苏联的图-104、美国的波音707和DC-8;60年代开始使用的第二代中短程客机采用了耗油率低的涡轮风扇发动机,代表机种有波音727、DC-9和“三叉戟”(Trident);70年代问世的宽机身客机大大提高了载客能力,如波音747、伊尔-86、A-300等;80年代以来又出现了一批设备更先进的客机,如首先使用电传操纵系统的A320、波音757、波音767等。

据《航空运输世界》杂志统计,截至1991年底,全世界有554家航空公司。前苏联航空公司(Aeroflot)曾是世界上最大的航空公司,有1 379架旅客机,目前已分裂成几十家大小不等的公司。世界上拥有100架飞机以上的大型航空公司有20多家;只有一架飞机的小公司也有近30家。全世界在用的民航机有15 284架,其中喷气式飞机10 447架,涡轮螺旋桨式飞机3 836架,活塞式飞机878架,直升机89架,其他飞机34架。(3) 民用货机:民用货机通称货机,是用于载运货物的运输飞机。用于运送货物,一般载重较大,有较大的舱门,或机身可转折,便于装卸货物;货机修理维护简易,可在复杂气候下飞行。

货机通常专指用于商业飞行的民用货运飞机。实际上,军用运输机也是货机,但与民用货机有显著不同的特点。民用货机与航线客机相似,在永久性的大、中型机场起降。大多数民用货机由旅客机改装而成,为了装货的需要,除了将客舱内的座椅、装饰和生活服务设施拆卸外,还要将地板加强,以提高承压能力。在货舱前侧设置较大的货舱门,门的高度在2米以上,宽度超过3米。货机还装设地板滚轮(棒)系统和起重吊车等,以便于装卸货物。货机在必要时可以恢复成旅客机或客货混用机(前舱装货,后舱坐人),这样的飞机通常称为可转换飞机。专门为货运而设计的民用飞机还很少,多是为运输某种特殊货物需要而将旅客机机身更改的。例如美国在70年代为了运送“哥伦比亚”号航天飞机,特地将一架波音747客机改装为航天飞机的载机,用支架将航天飞机背在机身上面进行转场飞行。(4) 公务机:公务机,是在行政事务和商务活动中用作交通工具的一种小型客机,亦称行政机或商务飞机。公务机一般为9吨以下的小型飞机,可乘4~10人。法国达索飞机公司研制的“隼”20双发涡扇轻型公务机,可载乘客9名。

公务机大都有两台发动机,以提高飞行安全性。高级公务机多采用涡轮风扇发动机,一般装在机身尾部和两侧的短舱内,以降低机舱的噪声。豪华的公务机机舱内有现代通讯设备,供乘用人员办公用,飞行性能与航线飞机差不多。

据最新统计,全世界1991年共有29 280架公务机。按营业额统计,世界上最大的10家公务机生产厂家中,美国4家,加拿大2家,法、英、以、意各1家。

一般认为,公务机就是私人小飞机,这样理解并不全面,在国外的确有许多私人拥有公务机,然而国内相当多的公务机都属于公务机租赁公司,当用户需要的时候可以向租赁公司租用。世界大跨国集团一般会拥有由数架公务机组成的机队,并配备飞行和地勤人员(图5)。公务机中也有许多如“湾流”、“挑战者”等机型的喷气式飞机。这些飞机的飞行速度与大型机相比毫不逊色,巡航高度12 000米,最大航程有的可达到12 000千米。大多数国外公司都使用现代的、多台涡轮风扇发动机或涡轮螺旋桨式发动机的公务机,或者安全性能高的直升机。图5公务机(“湾流”飞机)

喷气飞机和螺旋浆飞机

喷气飞机,指用喷气发动机向后喷射高速气流以产生推力的飞机。按使用喷气发动机类型的不同,分为涡轮喷气飞机、冲压发动机喷气飞机、火箭飞机、组合动力装置的喷气飞机。现代喷气飞机几乎都属于以涡轮喷气发动机或涡轮风扇发动机为动力的涡轮喷气飞机。其他喷气飞机仅少量用于靶机、无人驾驶飞机和试验研究机。第一架火箭飞机由德国的亨克尔(He-176)于1939年6月15日首次试飞,8月27日第一架涡轮喷气飞机(He-178)试飞成功。1941年英国试飞了一架离心式涡轮喷气发动机飞机(E-28/39)。第二次世界大战末期已有少量喷气飞机服役,战后各国研制的喷气式战斗机大量服役,很快取代了活塞式战斗机。20世纪40年代末喷气飞机速度增加到1 000千米/小时。50年代改进了飞机外形,加大了涡轮喷气发动机的推力,速度超过音速,并很快达到2倍音速。涡轮喷气飞机的速度纪录,是由美国的SR-71A飞机在1976年7月28日创造的。

喷气飞机以巨大推进功率和在高速飞行时的推进效率高速飞行,是超音速飞行的理想航空器,在军用和民用航空中广泛应用。

螺旋桨飞机,是用空气螺旋桨将发动机的功率转化为推进力的飞机。从第一架飞机诞生直到第二次世界大战结束,几乎所有的飞机都是螺旋桨飞机。在现代飞机中除超音速飞机和高亚音速干线客机外,螺旋桨飞机仍占有重要地位。螺旋桨飞机按发动机类型不同,分为活塞式螺旋桨飞机和涡轮螺旋桨飞机。此外,人力飞机和太阳能飞机通常都用螺旋桨推进,也属于螺旋桨飞机的范围。涡轮螺旋桨发动机的功率重量比,比活塞式发动机大2~3倍,在相同的重量下可提供更大的功率,燃油消耗率在速度较高时比活塞式发动机小,且可使用价格较低的煤油,故时速在600~800千米的旅客机、运输机等大多为螺旋桨飞机。

中国的民航飞机

中国的航空工业创业于20世纪50年代初,很长一段时间由于国际环境的原因,受前苏联航空工业影响,以仿制为主,发展自己的民用飞机工业。在近50年的时间里,中国的民用飞机工业先后研制生产了八大系列、30多种机型的货运飞机、旅客机和通用飞机。1957年,中国成功制造了运5飞机;60年代又开始研制运7和运8运输机,并进行了系列化发展;70年代以来,中国先后研制了运10、运11、运12和农林5A飞机。运12系列飞机已取得美国和英国适航当局颁发的型号合格证,累计出口 90多架。2000年3月,重新包装的运7-200A(新舟60)投入国际市场,基本达到了同类涡桨飞机的水平。

20世纪80年代以来,中国的民用飞机工业开始了广泛的国际合作,先后同波音、空客、麦道、法宇航、通用电气、普惠、俄罗斯的航空企业等世界上著名的制造商进行了合作。不仅大量转包生产了国外飞机、发动机零部件和机载设备,还通过生产许可证延伸的方式同美国麦道公司组装生产了35架MD82和MD83飞机,其中5架返销美国。我国同美国合作生产的2架MD90干线飞机,机体国产化率达到了70%,已经获得了美国FAA颁发的适航证。

空中客车系列飞机

空中客车系列飞机,是欧洲空中客车工业公司研制的双发宽机身中远程喷气式客机。批量生产的第一种飞机A300型,于1969年开始试制,1972年10月首次飞行,1974年5月交付使用。

空中客车系列飞机,机身采用普通半硬壳式结构,截面为圆形;主要部件采用高强度铝合金、钢和钛合金;悬臂式后掠中单翼,全金属尾翼;机翼下装两台涡轮风扇发动机。空中客车系列飞机有A300、A310、A320、A330、A340等5种,每种又有若干种改型。A300为基本型,可载客251~267人,有A300B2、A300B4、A300-600、A300C和A300F等改型。A310由A300发展而成,机翼和机身稍有缩短,可载客210~245人,有A310-200和A310-300等改型。A320为普通机身的中近程客机,采用先进的电传操纵系统。客舱典型布局载客150人,高密度布局载客174人,有A320-100、A320-200、A319等改型。A330在A300-600基础上,机身延长、恢复宽机身、航程增大,为中远程客机,有A330-300和A330-300X改型。A340为4发中远程大型客机,在机翼上装4台涡轮风扇发动机,机上装有多普勒导航系统和自动着陆设备等。机翼端部有小翼,大量使用复合材料,提高发动机功率,降低耗油率。客舱装有最新声像娱乐设备、完善的通信导航系统,有A340-200、A340-300、A340-300X等改型。A340-200载客263~303人,A340-300载客295~335人。现正在试飞的A380客机,最大载客量为800人,25%的结构重量采用复合材料制造。图6所示为空中客车工业公司制造的A340飞机。图6空中客车工业公司制造的A340飞机

波音系列飞机

波音系列飞机是美国波音公司生产的喷气民用运输机系列。1958年,波音公司生产了波音707飞机,并投入航线飞行。波音707飞机采用了涡轮喷气发动机,提高了飞机的飞行速度和飞行高度,增大了载客量和航程,属第一代喷气民用运输机。由于改进喷气发动机技术,出现了高流量比涡轮风扇发动机。1963年波音公司将它用作动力装置,生产了波音727飞机。727机型耗油率低,发动机噪声小,具有较好的起飞着陆性能和中短程使用的经济性。波音727属第二代喷气民用运输机,早期生产的型号有727-100、727-100C、727-100QC等,现已停产。仍在生产的727-200是一种加长型,最多可载乘客189人。此外还有改进的727-200,增加了载油量,加大了航程;727-100C为客货两用型。1967年,波音公司根据对短程航线需要的估计,生产了波音737短程运输机。

1968年,首架波音747出厂,翌年试飞成功并获得适航证,是一种装有4台涡轮风扇发动机的宽机身远程客机。其客舱内座椅安排为双过道,最多可载乘客550人,属以宽机身为主要特征的第三代喷气民用运输机。

20世纪70年代初,波音公司研制了波音757、波音767、波音777 3种系列、具有中等运载能力和中等航程的民用运输机,并于80年代生产和投入航线飞行。它们装有2台涡轮风扇发动机,可载乘客200~300人。现正在研制波音787,最多载客可达800人,50%的结构重量采用复合材料制造。图7所示为波音757飞机。图7波音757飞机

飞机识别标志

飞机识别标志,是在飞机的明显位置喷涂的表明飞机所属国籍或团体的标志。军用飞机以国旗或军徽为识别标志。第一次世界大战时,英国首先在作战飞机的翼底两端各涂上一面联合王国国旗。随后,各参战国也均在自己的参战飞机上涂上特殊的国籍标志。中国人民解放军空军飞机的识别标志为内有金色“八一”两字的红五星军徽,两侧辅以两根红色长条。1919年在巴黎签订的《关于航空管理的公约》对签约国的民航飞机规定了国别代号,到1944年在芝加哥签订《国际民用航空公约》时,又作了一次修订,美国的代号为N,英国的为G,法国的为F,日本的为JA,中国的为B。中国的民航飞机还在垂直尾翼上涂有一面中华人民共和国国旗。除国籍识别标志外,军用飞机还有航空队标志、战功标志,甚至飞行员的专用飞机标志;民航飞机还有航空公司标志和编号标志,以及应急、救护等小标记。飞机的识别标志并非一成不变,往往因所属国的政体改变或其他需要,时有更改。

民用航空器标志

民用航空器标志即我们常说的飞机号、机尾号、注册号,是飞机的一个重要识别标志,在世界范围内绝无重号。没有这个编号的民用航空器是不允许进行任何飞行的,即使是刚出厂的新飞机试飞,或是交接给客户的转场飞行等。民用航空器标志是有严格规定的,不能随意编排、在航空器上绘制。

民用航空器标志包括两部分:国籍标志是识别航空器国籍的标志, 登记标志是航空器登记国在航空器登记后给定的标志。

中国民航飞机注册号第一个字母是“B”代表中国,第一个数字代表动力装置(2代表喷气式,3代表螺旋桨);第二个数字代表机型;第三、四个数字代表具体飞机。

民用航空机队规划

民用航空机队规划,可分为宏观机队规划和微观机队规划。宏观是在全国范围内,由民航局所属航空运输企业及地方经营的航空运输企业通盘考虑,对全国民航机群进行统一的规划,并用来指导各企业的机队规划。微观是航空公司对企业的机队进行规划的工作,工作内容、性质与宏观机队规划基本相同。宏观机队规划和微观机队规划必须协调和相互配合,才能形成科学和经济的全国机队的体制。

黑匣子(飞行数据记录器)

黑匣子即飞行数据记录器。多年来,随着空难事故的时有发生,记录飞行情况的黑匣子的作用便显现出来。

飞机的飞行情况千变万化,影响飞行安全的因素更是错综复杂,事故常发生在短暂的瞬间。要了解事故是怎样发生的,就要了解失事瞬间和失事前的一段时间内飞机的飞行情况、机中设备和机件的工作情况、机上人员情况等。这就需要一种设备来记录这一段时间的情况,并在事后提供出来。20世纪50年代后期,记录飞行数据的黑匣子便应运而生了。因其价格昂贵,起初只是在大型民航客机上安装使用,后来才逐渐安装在一些新型战斗机和较小的飞机上。

飞机失事后经常失火,而且机上设备要承受巨大的撞击负荷。因此,要想把失事前记录的信息,在失事后仍然完好保留,就需要能承受巨大冲击力和耐高温的防护装置,所以黑匣子是用不会烧毁的材料制作的。黑匣子有两种:一是飞行数据记录仪,记录飞行的一切资料,包括飞机的飞行速度、方向、高度、机舱压力等;另一种是舱声录音器,录有机务人员的声音。当飞机失事、无人生还时,黑匣子能帮助解开飞机失事的原因之谜。鉴于黑匣子的重要性,有关机构规定了制作标准,必须能防火、耐压、耐冲击振动、耐海水(或煤油)浸泡等。早期飞行数据记录仪是用一根机械和电力操纵的记录针来工作的。后来,记录技术有了改进,发展成了数字飞行数据记录仪。首先数据收集装置从飞机上的各个传感器和发射场取得模拟讯号形成的数据,然后这些数据被传感器转换成数字形式,记录在飞行数据记录仪上。飞行数据记录仪提供的证据,可以揭示事故某一个或若干个因素,但它们所提供的证据,需要与从其他渠道获得的证据联系起来综合分析。

飞行数据记录仪能使事故调查员直接得到或推断出下列情况:飞机的航迹、飞机的姿态、作用在飞机上的基本力(如升力、阻力、推力等)、机构的一般作用点和领航资料,以及飞机系统的状况等。

驾驶舱录音记录器,能自动将机组人员的通话和驾驶舱内的声音记录在磁带上。磁带上记录飞机停止工作或失事坠毁前半小时内的通话和音响;当记录新的音响时,就将旧的(30分钟以前的)录音自动抹去。在事故检查中,它能帮助事故检查人员将机组人员的活动与飞机工作舱联系起来。有时也可通过录音来鉴别和判断机件的工作情况,给人们提供分析研究的依据,以便对事故做出正确的结论。

民航飞机基本参数及组成

(1) 民航飞机基本参数:包括机长、机高、翼展、最大起飞重量、最大着陆重量、空机重量。

机长:或称全长,指飞机机头最前端至飞机机尾翼最后端之间的距离。值得注意的是,机长与机身长是不同的,机身长的概念较少使用,一般指机身段的长度。

机高:指飞机停放地面时,飞机外形的最高点(尾翼最高点)的离地距离。

翼展:指飞机左右翼尖间的距离。这个参数在实际运作中较为重要,要确定飞机滑行路线、停放的位置、安全距离时均以它作为重要指标。

最大起飞重量:指飞机适航证上所规定的该型飞机在起飞时所许可的最大重量。

最大着陆重量:是飞机在着陆时允许的最大重量,要考虑着陆时的冲击对起落架和飞机结构的影响。大型飞机的最大着陆重量小于最大起飞重量,中、小飞机二者差别不大。由飞机制造厂和民航当局所规定。

空机重量:或称飞机基本重量,指除商务载重(旅客及行李、货物邮件)和燃油外,飞机执行飞行任务准备的飞机重量。(2) 民航飞机的组成:民航飞机主要由机翼、机身、动力装置、起落装置和稳定操纵机构组成。

机翼:产生飞行所需升力,支持飞机在空中飞行,也有稳定操纵的作用。

机身:装载机组成员、旅客、货物和提供安装飞机操纵机构的场所,同时机身也将飞机其他部件连接在一起形成整体。

动力装置:产生飞机的前进动力,除发动机外,还包括一系列保证发动机正常工作的系统及其附件。

起落装置:支持飞机并使飞机在地面或水面起落、滑行和停放。

操纵机构:飞行中维持飞机稳定和平衡,并使飞机能被操纵、控制,包括尾翼、副翼等操纵舵面和相关传动机构。

商业载荷

商业载荷也称商载,指飞机可以用来赚取利润的商业载荷,包括旅客、行李、货物三部分。旅客总重量为座位数×旅客平均重量,我国一般旅客(含随身携带的行李)平均重量按75千克计算。行李指旅客托运的行李,放在飞机货舱。在客机上和行李混装,由于行李是散装的,占体积较大,因而目前货物多采用集装箱或集装盒,以充分利用容积来装运行李。

飞行速度

飞行器单位时间内飞行的距离叫飞行速度,是航空器重要的飞行性能之一。航空器飞行速度的度量有表速、空速和地速之分,通常讲的飞行速度指的是空速。表速是空速表上显示的飞行速度,是空速表通过测量气流总压与静压之差,而间接测出的航空器相对于未扰动大气的飞行速度,即仪表速度。表速是对气流动压(速压)的度量。飞机在起飞、着陆时,为保证安全,动压不得低于某一极限值,表速主要供驾驶员使用。由于大气密度、压强、温度随高度变化,加上空速管的安装位置、飞行姿态、仪表系统误差等原因,造成仪表显示与真实空速有差别。表速经过修正后得出的飞行速度称为空速,又称真速。地速是指航空器相对于地面坐标系的运动速度,是空速与风速的向量之和。无风飞行时,空速就是地速。飞机的地速可用机载多普勒导航雷达等设备来测量。一般飞机只能在预先设计的最小速度和最大速度范围内飞行,在这范围以外飞行就不安全。对于航空器,还有上升速度(爬升率)、离地速度、下降速度(下降率)和巡航速度等参数。高速飞行时,必须考虑空气压缩性的影响,用马赫数(M数)代替飞行速度值更为确切。马赫数是指气流速度与当地声速之比。巡航速度

巡航,是飞机为执行远距离、长时间的飞行任务而选择的经济性较好的飞行状态。在发动机每千米消耗燃料最少情况下的飞行速度,称为巡航速度。巡航速度有两种:对应于千米耗油量最小的飞行状态,其速度称为远航速度;对应于小时耗油量最小的飞行状态,其速度称为久航速度。通常远航速度大于久航速度。现代喷气飞机的巡航推力通常为最大推力的65%~75%。巡航速度通常为最大平飞速度的70%~80%。现代多数旅客机仍用亚声速巡航飞行。喷气飞机的高空巡航效率通常比低空高,因为随着高度的增加,千米耗油量和小时耗油量都减小。

巡航飞行常用于空中运输、观测、巡逻、护航、转场等飞行任务。采用高升阻比的空气动力布局、减少发动机耗油率、携带副油箱或采用空中加油等,都可以提高飞机的巡航性能。

V1速度和V2速度

V1速度是民航飞机滑跑起飞阶段一个十分重要的参数。V1速度是驾驶员中断起飞必须采取第一个措施(如使用刹车、减小推力、打开减速板等)的最大速度,以便使飞机在减速—停止距离内停下;V1速度是起飞的最低速度,是发动机在Vef速度出现故障后,驾驶员仍然可以继续起飞并在起飞距离内获得所需的起飞面高度。

有关中断起飞的统计数据显示,飞机每起飞3 000次,就可能发生一次中断起飞;每起飞300万次,就可能发生一次中断起飞事故/事故征候。在发生中断起飞事故/事故征候的案例中,中断起飞的起始速度大于V1速度的占58%,小于或等于V1速度的占19%,未报V1速度的占19%。实际上,这其中80%的情况是完全可以处置好的。

V1是中断起飞的最大速度,在该速度点必须已经开始实施并尽快完成中断起飞程序(在3秒内完成“收油门至慢车、拉开减速板、拉开反推、RTO刹车生效”全部动作),飞机才能在剩余跑道内完全停住。如果在该速度之后中断起飞,可能没有足够的剩余跑道供飞机实现全停。它又是单发起飞的最早一点,如果V1这一点出现一台发动机失效,飞行员继续起飞,飞机可以在跑道头达到至少11米的高度。

飞行员在V1前做出中断起飞和继续起飞的决断至关重要,所有适航的机型都在这个问题上十分明确,即V1前出现非正常情况可以中断起飞,V1后出现故障必须继续起飞。

V2速度是飞机的起飞安全速度,又称起飞爬升速度。V2是当飞机在一发失效时达到离地面上空11米时应达到的最小爬升速度,以校正空速表示。

飞机飞行控制

飞机飞行控制,是稳定和控制飞机的角运动(偏航、俯仰与滚转)以及飞机的重心运动(前进、升降与横移),分为人工操纵和自动控制两种。人工操纵是驾驶员通过机械操纵系统操纵飞机舵面和油门杆,控制飞机的飞行。自动控制是通过飞行自动控制系统操纵舵面和油门杆,自动控制飞机的飞行。飞机飞行控制采取的是反馈控制原理。飞机和自动控制系统按负反馈的原则组成闭环回路(飞行控制回路),实现对飞机的稳定与控制。在这个闭环回路中被控制量主要有飞机的姿态角、飞行速度、高度和侧向偏离等,控制量是气动控制面的偏角和油门杆的位移。为了确切地描述飞机的运动状态,需要选定适当的坐标系。常用的坐标系是机体坐标系、速度坐标系和地球坐标系。飞行控制系统的功用,包括保持姿态和航向、增稳或控制增稳、控制空速、控制航迹、自动导航、自动着陆、地形跟随、地形回避、自动瞄准、编队飞行、配合自动空中交通管制等。

亚音速飞行

亚音速飞行,即飞行器以马赫数(见飞行速度)小于0.8的速度在大气中的飞行。飞行器在亚音速飞行时无激波产生,这时影响空气动力特性的主要因素是黏性和气流分离。飞机进行小迎角飞行时,表面摩擦阻力是飞机阻力的主要部分。大迎角飞行时,则要求延迟气流的分离和防止失速。亚音速飞机的最大飞行速度一般以临界马赫数(飞机表面最大流速达到当地声速的来流M数)为限,飞机表面的局部流速达到音速。对飞机性能的主要要求是升阻比大,最大升力系数高。在高亚音速(M=0.8~0.9)飞行时,降低最小阻力系数的要求就更为突出。超音速飞机进行亚音速飞行时,除某些动作受到性能限制外,主要是为了省油,并可用于起飞、巡航、待机、下滑返航、着陆、编队和某些特技飞行等。

超音速飞行

超音速飞行,即飞行器以马赫数为1.2~5.0的速度飞行。现代的军用飞机大多在这个速度范围内飞行。这时波阻成为阻力的主要部分。因此,把翼面做成平滑、薄而短的后掠形或三角形,机身做成尖头细长形显然有利,但这将使亚音速飞行性能变差。超音速飞行的特点是:气动中心后移,纵向静稳定后,气动加热加剧,必须采用耐热合金材料。为防止音爆和噪声危害,许多国家禁止在居民区上空中低空作超音速飞行。

1947年10月14日,24岁的美国空军上尉飞行员查尔斯·叶格尔,在加利福利亚洲的爱德华空军基地上空,驾驶着一家由美国拜尔厂制造的XS-1型火箭飞机,当飞机到达12 800米高空时,叶格尔以1.04马赫的飞行速度,成功地完成了世界上第一次超音速飞行。

飞行的几个阶段

飞机完成一次飞行任务,要经过滑行、起飞、爬升、巡航、下降、着陆几个阶段。

(1) 滑行和起飞阶段:滑行阶段是飞机重量最大的时刻,也是驾驶员做起飞前各种准备和检查的时刻。飞机起飞是一个直线加速运动,是飞机功率最大和驾驶员操作最繁忙的时候。飞机首先以最大功率在地面滑跑,在起始阶段由于速度不大,方向舵不起作用,驾驶员控制着前轮方向,以保持飞机直线前进。当速度到每小时80千米时驾驶员用驾驶杆操纵飞机,但在达到决断速度V1以前,驾驶员的手绝对不离开油门杆,以便在发生突然情况时中止起飞。超过V1速度后驾驶员必须继续起飞,因为这时的速度太大,再中断起飞,飞机会冲出跑道造成事故。V1的数值根据飞机的大小、装置不同、跑道情况、外界环境(温度、气压值、地面风速)而不同。速度继续增加到一定数值时,机翼的升力和重量大致相等,驾驶员拉杆向后,飞机抬起机头、前轮离地,这个速度称为抬前轮速度。这时飞机开始升空,起飞的第一阶段滑跑完成,转入第二阶段即加速爬升阶段。飞机飞到规定的高度,起飞阶段结束。

从飞机滑跑开始到飞越35米高度的地面距离称为起飞距离,起飞距离越短越好。这个距离的长短取决于发动机的推力的大小,增升装置(襟翼)的性能,同时也和海拔高度及地面温度有关。

(2) 爬升阶段:爬升有两种方式,一种是按固定的角度持续爬升达到预定高度。这样做的好处是节省时间,但发动机所需的功率大,燃料消耗大。另一种是阶梯式的爬升,飞机升到一定高度后,水平飞行以增加速度,然后再爬升到第二个高度,经过几个阶段后爬升到预定高度。由于飞机的升力随速度升高而增加,同时燃油的消耗使飞机的重量不断减轻,因而这样的爬升最节约燃料。

(3) 巡航阶段:飞机达到预定高度后,保持水平等速飞行状态,这时如果没有天气变化的影响,驾驶员可以按照选定的航线以一定速度和姿态稳定飞行,飞机几乎不需要操纵,驾驶员一般只需进行必要的监控。这一阶段的飞行事故率最低。

(4) 下降阶段:在降落前半小时或更短的飞行距离时驾驶员开始逐渐降低高度,减慢飞行速度,到达机场的空域上空。

(5) 进近和着陆阶段:进近也叫进场,指飞机在机场上空由地面管制人员指挥对准跑道下降的阶段。这个阶段飞机需要按规则绕机场飞行后直接对准跑道,飞机减速,放下襟翼和起落架。当飞机下滑到离地面7~8米高度时,驾驶员要把机头拉起。到1米左右高度时使飞机拉平,飞机以平行地面姿态下降,一般称为平飘,飞机两个主轮平稳着地,飞机前轮仍然离地,以一定迎角滑跑一段距离以增加阻力,然后前推驾驶杆使前轮着地。这时使用刹车和反推装置(喷气飞机)或反桨装置(螺旋桨飞机),使飞机尽快把速度减低,滑出跑道,进入滑行道,驶向机坪。

由15米高度到完全停止的距离称为着陆距离,这个距离也是越短越好,这取决于飞机增加阻力的装置(襟翼、扰流板),刹车和反推装置的使用。外界的风向、温度、海拔也影响着着陆距离的长短。

整个飞行过程中,操作最复杂的是起飞和降落阶段。据统计,航空事故的68%出现在这两个阶段,因而在飞机设计上和驾驶员的训练上这两个阶段都是重点,以确保飞行安全。

航空燃油

目前,世界各航空公司所使用的航空燃料主要有航空汽油和喷气燃料两大类,分别适用不同类型的飞机发动机。航空汽油是用在活塞式航空发动机的燃料。航空活塞式发动机与一般汽车发动机工作原理相同,只是功率大、自重轻一些,因而对航空汽油的质量要求和车用汽油就有类似之处。现在这种发动机只用于一些辅助机种,如直升机、通讯机、气象机等,所以航空汽油的用量也大大减少。随着航空工业和民航事业的发展,民航的大型客机的动力装置逐步被涡轮喷气发动机代替。这种发动机推动飞机向前飞行,通过把燃料燃烧转变为燃气产生推力,使用的燃料称为喷气燃料。由于国内外普遍生产和广泛使用的喷气燃料多属于煤油型,所以通常称之为航空煤油,简称航煤。

一些先进的大型客机像波音747等能在1万米之上高空飞行,发动机必须适应高空缺氧,气温、气压较低的恶劣环境。航空煤油应当清澈透明,不含悬浮、沉降的机械杂质和水分;航煤还应有较好的低温性、安定性、蒸发性、润滑性以及无腐蚀性,不易起静电和着火危险性小等特点。

飞机导航系统与惯性导航

飞机导航系统,是确定飞机的位置并引导飞机按预定航线飞行的整套设备(包括飞机上和地面的设备)。导航的关键在于确定飞机的瞬时位置,可用的方法有目视定位、航位推算和几何定位3种。目视定位是由驾驶员观察地面标志来判定飞机位置;航位推算是根据已知的前一时刻的位置和测得的导航参数来推算当前飞机的位置;几何定位是以某些位置完全确定的导航点为基准,测量出飞机相对于这些导航点的几何关系,最后定出飞机的绝对位置。飞机导航系统按工作原理,可以分为仪表导航系统、无线电导航系统、惯性导航系统、天文导航系统、组合导航系统等。

惯性导航,是通过测量飞行器的加速度(惯性),并自动进行积分运算,获得飞行器瞬时速度和瞬时位置数据的技术。组成惯性导航系统的设备都安装在飞行器内,工作时不依赖外界信息,也不向外界辐射能量,不易受到干扰,是一种自主式导航系统。惯性导航系统通常由惯性测量装置、计算机、控制显示器等组成。惯性测量装置包括加速度计和陀螺仪,又称惯性导航组合。3个自由度陀螺仪用来测量飞行器的3个转动运动,3个加速度计用来测量飞行器的3个平移运动的加速度。计算机根据测得的加速度信号计算出飞行器的速度和位置数据。控制显示器显示各种导航参数。按照惯性导航组合在飞行器上的安装方式,分为平台式惯性导航系统(惯性导航组合安装在惯性平台的台体上)和捷联式惯性导航系统(惯性导航组合直接安装在飞行器上);捷联式省去平台,所以结构简单、体积小、维护方便,但仪表工作条件不佳(影响精度),计算工作量大。

空中交通管制

空中交通管制是为飞行中的民用航空器提供空中交通服务,包括空中交通管制服务、飞行情报服务和告警服务。提供空中交通管制服务,旨在防止民用航空器同航空器、民用航空器同障碍物体相撞,维持并加强空中交通有秩序的活动。提供飞行情报服务,旨在提供有助于安全和有效地实施飞行的情报和建议。提供告警服务,旨在当民用航空器需要搜寻援救时通知有关部门,并根据要求协助该有关部门进行搜寻援救。空中交通管制单位发现民用航空器偏离指定航路、迷失航向时,应当迅速采取一切必要措施,使其回归航路。

空中交通管制的形成,受到航空器性能、气象条件、不同性质的飞行任务、时间、地理环境、地面保障设施、地面对空活动等限制因素的影响。(1) 程序管制:程序管制方式对设备的要求较低,不需要相应监视设备的支持,主要的设备环境是地空通话设备。管制员在工作时,通过飞行员的位置报告分析、了解飞机间的位置关系,推断空中交通状况及变化趋势,同时向飞机发布放行许可,指挥飞机飞行。

该方法也在雷达管制区雷达失效时使用。随着民用航空事业的迅速发展,飞行量的不断增长,中国民航加强了雷达、通信、导航设施的建设,并协同有关部门逐步改革管制体制,在主要航路、区域已实行先进的雷达管制。(2) 雷达管制:雷达管制是指直接使用雷达信息来提供空中交通管制服务。程序管制和雷达管制最明显的区别在于两种管制手段允许的航空器之间最小水平间隔不同。在区域管制范围内,程序管制要求同航线同高度航空器之间最小水平间隔10分钟(对于大中型飞机,相当于150千米左右的距离),雷达监控条件下的程序管制间隔只需75千米,而雷达管制间隔仅仅需要20千米。允许的最小间隔越小,为单位空域的有效利用率越大,飞行架次容量越大,越有利于保持空中航路指挥顺畅,更有利于提高飞行安全率和航班正常率。国外空中交通管制发达的国家已经全面实现了雷达管制,而中国民航目前只在北京、珠海进近管制等小范围、低空空域实施雷达管制。

雷达管制员根据雷达显示,可以了解本管制空域雷达波覆盖范围内所有航空器的精确位置,因此能够大大减小航空器之间的间隔,使管制工作变得主动,管制人员由被动指挥转变为主动指挥,提高了空中交通管制的安全性、有序性、高效性。(3) 空中管制区域:我国的空域结构由飞行情报区、高空管制区、中低空管制区、进近(终端)管制区和塔台管制区构成。

我国飞行情报区(除台北、香港外)有沈阳、北京、上海、广州、昆明、武汉、兰州、乌鲁木齐8个。

民用航空的管制空域分为塔台管制区、进近管制区和区域管制区。在上述划定空域内提供空中交通服务的单位,相应的是管制塔台、进近管制室和区域管制室,通称为空中交通管制单位。(4) 飞行签派:指负责组织、安排、保障航空公司航空器的飞行与运行管理的工作。其主要任务是根据航空公司的运行计划,合理地组织航空器的飞行并进行运行管理,争取航班正常,提高服务质量和经济效益。

飞机管制是对空中交通实施飞行管制与服务。飞行签派则是负责航空公司有关飞行组织、调配与航空器的放行工作。

航空公司的飞行签派机构是航空公司组织的指挥飞行中心。根据航空公司经营的范围和需要,通常设立航空公司总飞行签派室、航空公司地区飞行签派室和航空公司机场飞行签派室。(5) 航空通信:是航空部门之间利用电信设备进行联系,以传递飞机飞行动态、空中交通管制指示、气象情报和航空运输业务信息等的一种飞行保障业务。早期的航空通信方式主要是电报,后又出现电话、电传打字、传真、电视、数据传输等多种方式。航空通信业务,主要有航空固定通信(又称平面通信)、航空移动通信、航空无线电导航、航空通播4种。(6) 航路与航线:空中航路,是指根据地面导航设施建立的,供飞机作航线飞行用的,具有一定宽度的空域。该空域以连接各导航设施的直线为中心线,规定有上限和下限高度和宽度。民航航路由民航主管当局批准建立的一条由导航系统划定的空域构成的空中通道,在这个通路上空中交通管理机构,要提供必要的空中交通管制和航行情报服务。

航线,是飞机飞行的路线。航线确定了飞机飞行的具体方向、起讫和经停地点。航线按照起讫地点的归属不同,分为国际航线、国内航线和地区航线三大类。国际航线,指飞行的路线连接两个国家或两个以上国家的航线。在国际航线上进行的运输是国际运输,一个航班的始发站、经停站、终点站有一点在外国领土上都叫做国际运输。地区航线,指在一国之内,各地区与有特殊地位地区之间的航线,如我国内地与港、澳、台地区的航线。国内航线,是在一个国家内部的航线,又可以分为干线、支线和地方航线三大类。(7) 塔台:指机场或航空港内指挥飞机滑行、起飞、着陆和实行空中交通管制的设施,又称管制塔台或指挥塔台。大型机场塔台高度可达60米以上。塔台顶层一般用玻璃围成。现代塔台为了防止天气变化时玻璃结露,采用内充氮气的双层气密玻璃窗。飞行指挥(管制)人员在顶层工作,顶层内设有管制雷达的荧光屏、通信设备、电视和计算机等。塔台对飞机活动的指挥主要有3个方面:引导飞机起飞和管理距机场一定距离范围内的飞行活动;引导飞机进场着陆;指挥飞机在地面上滑行。

塔台与飞机之间主要用无线电通信设备联络,并配有能连续或断续发射白色、绿色或红色光信号的强光信号枪,作为辅助指挥手段。

高度与飞行高度层

高度是指自平均海平面至一平面、一个点或作为一点的物体的垂直距离。高度可以表示航空器在飞行中的垂直位置。飞行高度层是指以特定气压1 013.3百帕为基准的等压面,各个方面之间具有特定的气压差值所表示的高度范围。为保证飞行安全和空中交通畅通,航空器必须在一定高度或高度层上飞行,并且彼此之间保持一定的高度间隔。

民用航空器通常在最低可用飞行高度层(含)或过渡高度以上的飞行。在高原和山区,高度层至少要高出在航空器预计位置半径8千米内的最高障碍物600米。在高原和山区以外的地区,高度层至少高出在航空器预计位置半径8千米内的最高障碍物300米。

在一定的航线角范围内,按特定的间隔把空间分成若干个高度层。机场区域内,无论航向如何,从600~6 000米每300米为一高度层,6 600~12 000米每600米为一高度层,12 000米以上每1 000米为一高度层。

三、 机场工程

航空港与自由航空港

航空港,是具有多种综合功能的高效率的现代化大型航空器起降场地。它是空中和地面交通一体化系统的交通枢纽。由飞行区、客货运输服务区和机务维修区三部分组成。世界上较大的航空港有英国伦敦希思罗航空港、法国巴黎戴高乐航空港、美国芝加哥国际航空港等。中国最大的航空港是北京国际航空港。

在一些西方国家中,这些新兴产业已出现向

机场

周围聚集的趋势,形成“临空产业”集中区。日本近年已把空中运输当作新兴产业的“工厂传送带的延伸”,积极兴建现代化的航空港。以航空港为中心,四通八达的高速公路为纽带,把各个工厂和研究机构紧密连接起来,充分利用航空运输来满足新兴产业的需要。

在一个国际机场内,只要机组、旅客、行李、货物、邮件和供应品仍留在一个指定的地区内,就可以下机或卸货,或留在机上,也可以转运,直至被运至该国领土以外的一个地点,而无需缴付任何费用或关税。除特殊情况外,也不需经过任何检查。该机场就称为自由航空港。机场

机场是用于飞机起飞、着陆、停放、维护和组织飞行保障活动的场所。机场分为军用机场和民用机场,主要用于保证航线空运飞机的停放和正常飞行。民用机场主要分为运输机场和通用航空机场,还有供飞行培训、飞机研制试飞、航空俱乐部等使用的机场。根据使用的飞机型别、区域大小、跑道承载能力和设施完善程度等,机场又可分成若干等级。中国将机场分为一、二、三、四级,四级机场只供初级

教练机

和小型

运输机

等轻型飞机使用。

机场按跑道和设施等条件划分使用等级。我国按容许起降飞机的最大起飞重量,将机场分为一、二、三、四级,国际民用航空组织则按跑道长度赋予机场以A、B、C、D、E 5种代号。(1) 民航机场:民航机场主要由飞行区、旅客航站区、货运区、机务维修设施、供油设施、空中交通管制设施、安全保卫设施、救援和消防设施、行政办公区、生活区、生成辅助设施、后勤保障设施、地面交通设施及机场空域等组成。

民航机场距城市都较近。飞行区不断扩大和完善,可以保证运输机在各种气象条件下都能安全起飞着陆。航站楼日益增大和现代化,可以保证大量旅客迅速出入。

候机楼

设置相当完善。机场旅客设施日益完善,机场内有宾馆、餐厅、邮局、银行、各种商店,旅客在机场内就和在城市一样方便。机场距城市有一定距离,有先进的客运手段与城市联系。因为先进的喷气式客机对机场的净空要求较严,且噪声也大,因此机场一般必须离开城市一定的距离。(2) 军用机场:军用机场,是供军用飞机起飞、着陆、停放和组织、保障飞行活动的场所,航空兵遂行作战训练等各项任务的基地,具有重要的战略地位。

军用机场的场址,应符合战略布局和战术技术要求,地形比较平坦,在飞行场地周围要划定一个限制地物高度的净空区。机场通常由飞行场地、作战勤务保障设施和部队营区组成。飞行场地设有

跑道

、保险道、滑行道和停机坪,跑道供飞机起飞、着陆滑跑使用,是飞行场地的主体。

现代军用机场,按设施和保障条件分为永备机场和野战机场;按跑道所能保障的飞机类型分为特级、一级、二级和三级机场;按所处战略位置分为一线、二线和纵深机场。永备机场的跑道和保障设施多为永久性的,供航空兵常年驻用;野战机场一般铺设装配式金属板或其他简易道面跑道,配备活动式保障设备,供航空兵临时驻用。特级机场主要供重型轰炸机和大型运输机使用,跑道长度为3 200~4 500米;一级机场主要供中型轰炸机和中型运输机使用,跑道长度为2 600~3 000米;二级机场主要供歼击机、强击机和轻型轰炸机使用,跑道长度为2 000~2 400米;三级机场主要供初级教练机和小型运输机使用,跑道长度为1 200~1 600米,或为直径2 000米左右的土质圆形场地。通常一、二级机场部署歼击机航空兵和强击机航空兵,纵深机场部署轰炸机航空兵和运输机航空兵。候机楼

候机楼是航空港内为旅客提供地面服务的主要建筑物,又称航站楼,内设旅客服务设施、生活保证设施和行政办公用房等。

候机楼按登机口布置方式分为4种类型。登机口是供旅客登机、离机的口门。相对一个登机口布置一个机位,供一架飞机停靠。前列式候机楼,登机口沿候机楼前沿布置。廊道式候机楼,候机楼主楼朝停机坪方向伸出一条或数条廊道,登机口沿廊道两侧布置。卫星式候机楼,在候机楼主楼之外建造一些登机厅,沿登机厅周围布置登机口,而登机厅与主楼用廊道连通。综合式候机楼,采用上述3种或其中两种形式建造的候机楼。跑道

跑道是供飞机起飞时加速和着陆时减速滑跑用的带状地面,是航空港内飞行区的重要组成部分。跑道道面有土质的、草皮的和人工铺筑的。前两种仅供农用飞机和小型飞机使用;后者有沥青胶结粒料道面、混凝土道面和钢筋混凝土道面,供运输机使用。为保证飞机安全,跑道两端铺筑有端安全道,两侧设道肩和侧安全道。跑道具有一定的方位、长度、宽度、坡度、平坦度、强度和粗糙度。方位主要根据当地风的恒风向、附近障碍物的位置,以及地形、地貌、工程地质等条件确定。长度主要决定于起降的主要机型在标准大气条件下的技术性能,以及当地的标高、地形坡度、气温和风等因素。宽度决定于飞机主起落架外轮轮距,并要加一定富余。

机场飞行区等级

跑道的性能及相应的设施,决定了什么等级的飞机可以使用这个机场,机场按这种能力分类,称为飞行区等级。

飞行区等级用两个部分组成的编码来表示:第一部分是数字,表示飞机性能所相应的跑道性能和障碍物的限制。第二部分是字母,表示飞机的尺寸所要求的跑道和滑行道的宽度。飞行区等级的第一个数字表示所需要的飞行场地长度,第二位的字母表示相应飞机的最大翼展和最大轮距宽度(表2)。

目前我国大部分开放机场飞行区等级均在4D以上,厦门高崎、福州长乐、北京首都、沈阳桃仙、大连周水子、上海虹桥和浦东、南京禄口、杭州萧山、广州白云、深圳宝安、武汉天河、三亚凤凰、重庆江北、成都双流、昆明巫家坝、拉萨贡嘎、西安咸阳、乌鲁木齐地窝铺等机场拥有目前最高飞行区等级4E。

机场的净空保护区

《中华人民共和国民用航空法》规定,禁止在依法规定的民用机场范围内和按照国家规定的机场净空保护区域内从事下列活动:修建可能在空中排放大量烟雾、粉尘、废气,而影响飞行安全的建筑物或者设施;修建靶场、强烈爆炸物仓库等影响飞行安全的建筑物或者设施;修建不符合机场净空要求的建筑物或者设施;设置影响机场目视助航设施使用的灯光、标志或者物体;种植影响飞行安全或者影响机场助航设施使用的植物;饲养、放飞影响飞行安全的鸟类动物和其他物体;修建影响机场电磁环境的建筑物或者设施。禁止在依法划定的民用机场范围内放养牲畜。

四、 客票、航班及登机

客票及行李票

客票及行李票简称客票,指由承运人或航空运输销售代理人(以下简称销售代理人)根据旅客所填的订座单而填开的有价票证。客票和订座单一起构成承运人和旅客之间的航空运输合同。它是旅客乘机、交运行李和报销运费的凭证,也是承运人和销售代理人之间及航空公司内部进行财务结算和业务管理的票证。

客票为记名式,由会计联、出票人联、乘机联和旅客联组成。会计联,由航空公司的销售部门或销售代理人保存,作为内部业务处理的票证。出票人联,由出票人留存。乘机联,是旅客办理乘机手续的凭证,旅客必须出示具有乘机联和旅客联的客票方为有效客票。乘机联由承运人保存,是承运人和销售代理人之间进行财务结算的凭证。旅客联,始终由旅客持有,是旅客报销运费的凭证。客票有限期客票天,自旅行开始之日起,一年内运输有效。如果客票全部未使用,则从填写之日起,一年内运输有效。

客票类型与号码

客票按旅客的年龄及航程航班的多少等情况,分为婴儿票、儿童票、联程客票、来回程客票、定期客票及不定期客票等。

婴儿票:年龄未满两周岁的人称婴儿,婴儿按客票价10%购买的客票。

儿童票:年龄满两周岁但未满12周岁的人称儿童,儿童按客票价50%购买的客票。

联程客票:指由承运人或销售代理人填开给旅客的,有二联以上(含二联)乘机联的客票。

来回程客票:指由承运人或销售代理人填开给旅客的,从出发站到达站,再按原航程返回的客票。

定期客票:指由承运人或销售代理人填开给旅客的,指定航班和乘机日期的客票。

不定期客票:指由承运人或销售代理人填开给旅客的,未指定航班和乘机日期的客票。这种客票必须在使用前订妥座位,并应在规定的有效期内完成客票上列明的全部航程。

客票号码一般由12位数组成,前3位为航空公司代码,第四位为客票联数,后面数字为序号。部分航空公司客票代码如下:中国国际航空——999,中国西北航空——783,中国西南航空——785,中国东方航空——781,中国北方航空——782,厦门航空公司——731,新疆航空公司——651,云南航空公司——592,山东航空公司——C07,深圳航空公司——C09,上海航空公司——774,中航浙江航空——619,澳门航空公司——675,港龙航空公司——043。

BSP中性票

BSP中性票简称BSP,即开账与结算计划,它是国际航协根据运输代理业的发展和需要而建立,供航空公司和代理人之间使用的销售结算系统。BSP中性票就是由国际航协认可的、代理人出售的统一规格票证,代替以前由各家航空公司印制的机票。BSP中性票由代理人销售,并通过国际航协指定的数据处理中心和清算银行进行结算和付款,从而避免了以往航空公司和代理人之间多种票证、多头结算、多次付款的复杂状况,为航空公司和代理人节约了大量开支,提高了工作效率和服务质量,也杜绝了欺诈等违规行为。中性票是以蓝底红色世界地图为封面的国际客票,以白底红色中国地图为封面的国内客票,机票上统一印有国际航协(IATA)标志。

电子客票

1993年,世界上第一张电子客票在美国诞生,结果大获成功。电子客票是传统机票的替代品,它将机票信息储存在订座系统中,执行订座、出票等操作,并使用电子方法存储和跟踪旅客运输和相关服务。从1993年至今,电子客票作为航空业电子商务的代表产品,正逐步成为航空公司主要的销售手段。

目前全世界共有43家航空公司使用电子客票,像美国大陆和西北及联合航空公司电子客票的销售比例已经达到80%,甚至接近100%;日航、韩亚的电子客票国内航线销售比例基本达到100%,并正准备普及国际航线。在我国三大航空集团中,南航率先在2000年推出了第一张电子客票,国航和东航相继在2003年的7月和9月推出了电子客票。2004年9月1日,我国海南航空公司正式销售了第一张BSP电子客票。

电子客票的开发成本和使用成本并不大,使用单位只要具备宽带上网条件的PC机并配备能够打印T4联发票的专用打票机,就可以提供电子客票销售服务。电子客票首先有助于降低企业的运作成本,一张电子客票的使用成本比普通纸票要低10元。电子客票采用网上支付方式,资金直接汇入公司总部,加快了资金周转速度,资金安全性也大大增强。它加快了航空公司对销售数据的回收速度,为航空公司领导及时调整营销策略提供了帮助。

对于旅客,无论在何时何地,只要轻点鼠标,网上购票一气呵成,快捷方便。旅客不必依赖机票代理人或者售票处,也不用再担心途中机票丢失或者忘带机票所造成的尴尬。

航班与航班号

航班,指飞机由始发站按规定的航线起飞,经过经停站至终点站,或不经经停站直达终点站的运输飞行。在国际航线上飞行的航班称国际航班,在国内航线上飞行的航班称国内航班。

为方便运输和旅客,每个航班均编有航班号。

旅客所乘坐的航班号,一般前两位字母或字母与数字的组合代表航空公司,是国际航空协会规定的两字代码。

部分航空公司代码如下:中国国际航空——CA,中国西北航空——WH,中国南方航空——CZ,中国西南航空——SZ,中国东方航空——MU,中国北方航空——CJ,厦门航空公司——MF,新疆航空公司——XO,云南航空公司——3Q,山东航空公司——SC,深圳航空公司——4G,上海航空公司——FM,中航浙江航空——F6,四川航空公司——3U,武汉航空公司——WU,海南航空公司——HU,中国新华航空——X2,长安航空公司——2Z,澳门航空公司——NX,港龙航空公司——KA。

登机手续与安全检查

值机柜台是确认机票有效、换取登机牌和托运行李的地方。绝大部分机场此时旅客还应出示机场建设费凭证。

航班规定离站时间前30分钟停止办理乘机手续。登机牌上一般有注明你的个人姓名、航班号、登机口、航班登机、起飞时间、分配给你的座位号等资料。(1) 安全检查:安检通道查验旅客的身份证件、机票,对个人及随身携带的行李进行检查,确保安全。

乘机旅客限量随身携带的生活用品及数量:白酒2千克(包装完好),发胶、衣领净、香水、空气清新剂、摩丝、光亮剂等单项不超过1瓶,总量不得超过1升或1千克。

规定随身携带物品的重量,每位旅客以5千克为限。每件随身携带物品的体积均不得超过20厘米×40厘米×55厘米。超过上述重量、件数或体积限制的随身携带物品,应作为托运行李托运。安检人员有权拒绝你携带过多行李登机。

请勿携带任何刀具登机。

通过安全检查是旅客遗漏东西最多的地方,经过安全检查后,清点随身物品。此时可以将机票、身份证等收好,登机前只需检查登机牌即可。

通过安全检查后,请确认安检人员在登机牌上加盖安检章。如果安检人员失误,漏盖或印章不清,你可能在最后登机时遇到麻烦。(2) 登机、航程:飞机的航程,是指从飞机为开始飞行而关闭舱门时刻起,至飞机结束飞行后而打开舱门时刻止的所有时段。在这一时段,乘坐中国民航班机禁止旅客使用手机,确保处于关机状态。禁止使用的电子设备,还有对讲机、遥控玩具和其他带遥控装置的电子设备、计算机、音频播放机(收录机、CD播放机、MD播放机、MP3播放机)、视频录放机(摄像机、VCD、DVD影碟机)、电子游戏机等。

随身携带物品可放在头顶上方的行李架上,较重物品可放在座位下面,但不要把东西放在安全门前或出入通道上。

第三章 军事航空

一、 军用飞机分类

军用飞机

军用飞机,是直接参加战斗、保障战斗行动和军事训练的飞机的总称,是航空兵的主要技术装备。主要包括:歼击机、轰炸机、歼击轰炸机、强击机、反潜巡逻机、武装直升机、侦察机、预警机、电子对抗飞机、炮兵侦察校射飞机、水上飞机、军用运输机、空中加油机和教练机等。

军用飞机主要由机体、动力装置、起落装置、操纵系统、液压气压系统、燃料系统等组成,并有机载通信设备、领航设备以及救生设备等。直接用于战斗的飞机,还有机载火力控制系统、武器和电子对抗系统等。现代军用飞机的发动机多为涡轮喷气式或涡轮风扇式,也有一些是涡轮螺旋桨发动机。直升机普遍采用涡轮轴发动机。

军用飞机可装航空机关炮和携带导弹、火箭、航空炸弹和鱼雷等武器,用于攻击空中、地面、水面或水下目标。歼击机、歼击轰炸机、强击机、多数轰炸机和部分军用运输机等,都装有航空机关炮作为攻击或自卫武器。现代歼击机大都装有航空机关炮,携带中、远距拦射空空导弹和格斗空空导弹。现代空战主要使用适于近距空战的空空导弹,即格斗导弹。格斗导弹多靠目标辐射的红外线制导;中、远距拦射导弹多数用机载雷达制导,个别的如美国AIM-120导弹本身装有雷达,在接近目标时可进行末段自动寻的制导。拦射导弹一般不受天气影响,能攻击高于载机10~12千米的目标,或从4~5千米高度攻击超低空飞行的目标,能从目标的各个方向发射,所以亦称为“三全”(指全天候、全高度、全方向)型导弹。现代直接用于战斗的飞机,一般都具有对地(或水面、水下)攻击能力,所用武器可分为非制导和制导武器。非制导武器,如航空机关炮和一般航空炸弹;制导武器,如无线电遥控炸弹、激光制导炸弹、电视制导炸弹和空地导弹、空舰导弹和反潜导弹等。军用飞机自20世纪初问世以来,广泛用于战争,在战争中发挥了重要作用。现代战争中,军用飞机在夺取制空权、防空作战、支援地面部队和舰艇部队作战等方面,都仍将发挥更重要的作用。

空天飞机

空天飞机,是研制中的新型航空航天运输工具,是航空航天飞机的简称。空天飞机集飞机、运载器、航天器等多重功能于一身,既能在大气层内作高超音速飞行,又能进入轨道运行,是21世纪控制空间、争夺制天权的关键武器装备之一。与航天飞机相比,空天飞机多了一个在大气层中航空的功能,而且起飞时也不使用火箭助推器,是一种既能在大气层内飞行,又能在大气层外航行,水平起飞、水平降落的新型飞行器。

20世纪60年代初,有人对空天飞机就做过一些探索性试验,当时被称为“跨大气层飞行器”。由于当时的技术、经济条件相差太远,且应用需求不明确,因而中途夭折;80年代中期,在美国的“阿尔法”号永久性空间站计划的刺激下,一些国家对发展载人航天事业的

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