飛行器(flight vehicle)是在大氣層內或大氣層外空間(太空)飛行的器械。飛行器分為3類:航空器、航天器、火箭和導彈。在大氣層內飛行的稱為航空器,如氣球、飛艇、飛機等。它們靠空氣的靜浮力或空氣相對運動產生的空氣動力學升空飛行。在太空飛行的稱為航天器,如人造衛星、載人飛船、空間探測器、航天飛機等。它們在運載火箭的推動下獲得必要的速度進入太空,然后依靠慣性做與天體類似的軌道運動。
是由人類制造、能飛離地面、在空間飛行并由人來控制的在大氣層內或大氣層外空間(太空)飛行的器械飛行物。在大氣層內飛行的稱為航空器,在太空飛行的稱為航天器。
截至2024年2月,全球共有28家公司致力于開發電動垂直起降飛行器。
歷史發展
人類很早就有在空中像鳥類一樣飛行的理想,古希臘的阿爾希塔斯所制造的機械鴿、遠至澳大利亞的Boomerang、中國的孔明燈和風箏都有關系。在中國古代,有人在文學著作中描述了飛行的理想,而且還有人設計了一些大型的風箏飛行器,試圖實現這種脫離大地束縛的理想,明朝的萬戶,就設計了一種將幾十支火藥火箭綁在椅子上,手拿風箏進行飛行的試驗。世界上最早的飛行器是中國發明的風箏。15世紀,意大利的列奧納多·達·芬奇也曾設計過飛行器。
現代飛行器的發展,得益于19世紀工業革命帶來的科學和技術的巨大飛躍。19世紀,不斷有人試圖突破空氣的束縛,但都失敗了。隨著內燃機的發明和廣泛應用,在空氣中的飛行也逐漸成為可能。1903年,美國的萊特兄弟率先在美國制造出能夠飛行的飛機,并且實現了飛行的夢想。隨后,飛機及其相關的科學和技術,得到了飛速發展。
關于空氣動力學飛行器在國外已經有很多的科研機構乃至個人都有較深的研究。但在中國確是個遙遠的夢想,隨著時代發展的腳步也有一些人大膽提出一些方式方法,但至于實質性的進展我們沒有看到,美國洛克希德·馬丁公司就高調推出一款適合載人的單人空氣動力飛行器,并且標價為:10萬美元,而且據了解已經配備于:科學探索,海洋,軍事,等等。
2021年9月,《自然》雜志刊發的論文,美國西北大學的科學家們研制了一種沙粒大小的有翼微芯片,這是有史以來最小的人造飛行器,可以用于監測空氣傳播的疾病、空氣及環境污染。 2022年,威斯克航空公司宣布開發的搭載4人的新型飛行器采用了民營飛機的管制技術,在取消駕駛席的同時,也減少了地面控制。
一般分類
飛行器分為5類:航空器、航天器、火箭、導彈和制導武器。
在大氣層內飛行的飛行器稱為航空器,如氣球、滑翔機、飛艇、飛機、直升機等。它們靠空氣的靜浮力或空氣相對運動產生的空氣動力學升空飛行。
在空間飛行的飛行器稱為航天器,如人造衛星、載人飛船、空間探測器、航天飛機等。它們在運載火箭的推動下獲得必要的速度進入太空,然后在引力作用下完成軌道運動。
火箭是以火箭發動機為動力的飛行器,可以在大氣層內,也可以在大氣層外飛行。
導彈是裝有戰斗部的可控制的火箭,有主要在大氣層外飛行的彈道導彈和裝有翼面在大氣層內飛行的地空導彈、巡航導彈等。
制導武器是能夠按照一定規律進行的、在大氣中飛行的、高命中率武器,如末敏彈武器系統、制導炮彈等。
第二次世界大戰碟形飛行器
二戰期間,納粹德國就已開始秘密研制碟形飛行器,并且已經制作出能夠飛行的樣機。但隨著戰爭的進程,這種“曠古絕今”的狂想還沒有來得及公開便因納粹的覆滅而消失,留給后人一團謎霧。
神秘的碟型飛行器
在二戰末期的空戰中,當時盟軍的飛行員多次發現在德軍飛機編隊一側遠處,有種形狀奇特的飛行器,那東西呈圓狀的碟形,沒有機翼,但速度很快,飛行性能優異,能夠靈敏地轉向和爬升俯沖,部分飛行員甚至宣稱自己看到了不明飛行物上帶有鐵十字符號——它們是第三帝國的標志,盡管盟軍司令部接到不少目擊報告,卻從未有過這種神秘飛行器對盟軍發起攻擊的報告,它們只是急速掠過,或靜靜的懸停。
對于納粹德國的絕密研究,盟軍早有耳聞,他們曾派出情報人員跟隨部隊深入敵境,專門搜羅所有關于德軍秘密武器的科研情報,結果發現德國人在戰爭中表現了令人瞠目結舌的創造力。在看到V-2火箭、超級戰車、遠程火炮、噴氣式戰機的資料后,盟軍一位高級將領說到,“對納粹德國科研機構的占領揭示出這樣一個事實,我們在許多研究領域已經遠遠落后于他們……”
在德軍遺留的諸多技術資料中,盟軍發現了一架形狀奇特的飛機照片,這是一架機翼呈圓形的螺旋槳飛機,不同于德軍以往的任何飛機。在一座廢棄的倉庫中,盟軍找到了它的殘骸——它已經被潰敗的德軍破壞了,這顯然是一種用來試驗圓形飛行器的操縱性和空氣動力學特征的驗證機。圓形飛行器有許多優勢,首先是它質心規則,特別適用于垂直起降技術,其次它在雷達波的照射下具有一定的隱身效應。如果能夠解決動力和操縱方面的難題,那么這種形狀的飛行器將具有極其靈活的機動性,在加裝武器后將是一種極為可怕的空戰利器。
秘密研制無果而終
納粹德國對碟形飛行器的研究始于上個世紀20年代,當時有些狂熱的納粹分子試圖找到一種強大的能源,用以制造時間機器來和遠古的神靈交流。毫無疑問,這些嘗試全屬徒勞,但卻產生了一項副產品——懸浮動力系統。此后的許多年中,納粹德國一直都對這種飛行器進行大量的研究,有人認為他們已經在飛碟的動力系統研究上取得了突破性進展。
1952年,一位前德國空軍上尉、航空專家斯徹里沃宣稱自己曾在布拉格附近為一個碟形飛行器繪制過藍圖,該藍圖的試驗模型于1944年完成,可望于1945年試飛,但蘇聯紅軍的迅速挺進使這一切成了泡影。第三帝國崩潰前夕,設計藍圖等資料散失,這架設計時速2600千米的神話般的飛行器也就從此無從查考。在斯徹里沃去世后,在他的遺物中,人們果然發現了關于飛碟的設計草圖!這又給這種飛行器蒙上了一層神秘色彩。
納粹的飛碟似乎胎死腹中,但也有人聲稱曾親眼目睹了這架奇異飛行器的試飛。據說該機性能奇佳,3分鐘內便爬升約9000米,速度達每小時數百千米。這位目擊者名叫喬治克雷恩,他的陳述中有些東西耐人尋味:他說有些研究工作被安排在佩內明德基地,那正是納粹研究飛彈等絕密武器的頂尖航空科研機構,此外,他還證實飛碟通過采用自旋方式獲得了良好的穩定性。還有,他說飛碟試飛是在哈爾茨山脈地區,而這正是多位飛碟目擊者所報告的目擊地點!。核能作為人類發現的最強大的能源,是飛行器最佳選擇。還有一種無線輸送系統,可以利用微波或者激光為碟形飛行器,輸送源源不斷的能源,很多國家都在爭相開發無線送電技術。
美國碟形飛行器
1955年,美國希爾公司推出一個稱為VZ-1飛臺的碟形飛行器,裝有兩臺功率各為30千瓦的發動機,飛行時速為24公里。1980年,美國摩爾公司研制了一種涵道風扇的雙座XM-4飛盤,4臺功率各為30千瓦的發動機驅動8臺涵道風扇向下噴氣,產生升力。1987年,美國西科斯基飛機公司著手研制共軸旋翼的碟形飛行器,兩副旋翼共軸,兩副旋翼彼此反向旋轉。動力裝置可以選用燃氣輪機、汽油機或電動機。
美國還研制了一種固定盤形翼的碟形飛行器,它的徑向剖面呈機翼形,能產生升力。還有一種旋轉環翼的碟形飛行器,它的環翼是旋轉的,能使飛行更加穩定。
碟形飛行器,它包括駕駛倉、固定底座、著陸架、機輪、發動機和控制裝置,在駕駛倉與固定底座的連接處形成一環形凹槽,碟形殼體的內環套入凹槽內,在碟形殼體上對稱設有兩個旋翼,旋翼與旋翼開關控制裝置相連;發動機通過離合器與分動器相連,分動器的第一輸出軸通過錐形齒輪組與碟形殼驅動軸相連,碟形殼驅動軸上端的驅動齒輪與碟形殼體內環上的內齒嚙合,分動器的第二輸出軸通過三節等速萬向節與螺旋槳軸相連,螺旋槳軸與螺旋槳固連;在固定底座內壁上設有可旋轉的圓盤,圓盤邊緣固連的軸承座套裝在螺旋槳軸上,圓盤通過連桿與駕駛倉內的圓盤操作桿相連。本技術操作方便,能集汽車、船舶、飛機的三種功能于一身,實現三棲行進。
超導飛行器
使用高溫超導體達到漂浮的飛行器,加裝電磁轉向和推進裝置
四軸飛行器
簡介
四軸飛行器是微型飛行器的其中一種,也是一碟形飛行器種智能機器人。最初是由航空模型愛好者自制成功,后來很多自動化廠商發現它可以用于多種用途而積極產于研制。它利用有四個旋翼作為飛行引擎來進行空中飛行,它的尺寸較小、重量較輕、適合攜帶和使用的無人駕駛飛行器一樣能夠攜帶一定的任務載荷,具備自主導航飛行能力。在復雜、危險的環境下完成特定的飛行任務。同樣也可以用于娛樂,比如彈鋼琴曲,增強現實等虛擬游戲。
相關構造
四軸飛行器其構造特點是在它的四個角上各裝有一旋翼,由電機分別帶動,葉片可以正轉,也可以反轉。為了保持飛行器的穩定飛行,在四軸飛行器上裝有3個方向的陀螺儀和3軸加速度傳感器組成慣性導航模塊,它還通過電子調控器來保證其快速飛行。
具體功能
四軸飛行器能在鋼琴上方懸停,在黑白鍵中定位,彈出鋼琴曲。可作出許多高難度動作。
最快的飛行器
目前人類最快的飛行器是1970年代中期發射的太陽神(Helios)I和II探測器,創下速度記錄為每小時252792公里,等于每秒70.22公里。如果要走20光年的距離,需要85714年。
中國研制
2008年6月,由哈爾濱市盛世特種飛行器有限公司、航天科工集團集團第四研究院與哈爾濱工業大學航天學院共同研發的單槳環道“飛碟”在哈爾濱研制成功。該飛行器重10公斤,裝滿燃料一次可在空中飛行40分鐘,能夠應用在航空拍照、地質測量、突發事件照明、搭建臨時通訊平臺等方面。具有低空、低速、垂直起降、懸停等特點,兼具直升機和固定翼飛機的功能。
這種“碟”型飛行器已獲多項國家專利,飛行器直徑約為1.2米,采用碟形環翼外形設計和特異式氣動布局,其飛行高度在50米至1000米,飛行速度為每小時0至80公里。
這種“碟”型飛行器可為多個領域提供技術支撐,飛行不受地域限制,飛行軌道可預先設定,也可隨時更改,可廣泛應用于航空拍照、地質測量、高壓輸電線路巡視、油田管路檢查、高速公路管理、森林防火巡察、毒氣勘查、緝毒、突發事件照明、搭建臨時通訊平臺和應急救援、救護等方面。
2022年7月消息,中國自主研發首款垂直起降噴氣動力飛行器在天津市試飛成功。這款由南開大學人工智能學院段峰教授團隊研發的飛行器載重量可達100公斤,填補了中國垂直起降噴氣式動力飛行器設計及控制領域的空白。與大眾常見的電力飛行器相比,該垂直起降噴氣動力飛行器使用柴油,機身沒有設計旋翼及外部機翼,利用4至8個小型渦噴發動機作為動力來源,機身加載自主研發的推力向量系統和飛行器控制系統,具有動力強、速度快、可垂直起降等優勢。
超光速曲率飛行器將會顛覆航天界是真是假
盡管前一陣媒體報道的熱火朝天,不過宇航局的官員強調,美國航空航天局現在還沒有到達能開發一個無燃油、超光速的推進系統的程度。為什么這個消息如此引人注目呢?因為這個神奇的新型推進器主要依靠的是微波相對論引擎(EmDrive),英國的發明者聲稱該引擎可以不使用任何推進器就產生推力,依靠的是引擎內部腔室內跳動的微波。如果這個引擎真能使用,將會顛覆航天界,并且顯然違反了物理定律。
“雖然NASA的休斯敦約翰遜航天中心關于新型推進方法的理論研究已經創造了一大波新聞頭條,但這只是一次很小的嘗試,并且到目前為止還沒有任何切實可行的結果出現,”NASA的官員在采訪中說到。“美國航空航天局沒有在‘曲率推進器’上下功夫。”
這種新型推進器似乎能產生比它所擁有的更多的能量,這違反了能量守恒定律。在羅切斯特技術學院研究廣義相對論和計算天體物理學的天體物理學家Brian Koberlein說:“(這個概念)之所以飽受爭議,是因為它違反了牛頓第三運動定律。”后來Koberlein又提到,也許引擎內部腔室的電磁泄漏或與地球磁場的耦合能夠為其提供可能的解釋。不過最近在真空環境中進行的測試倒是至少排除了一點——推進器不是通過推動地球的大氣在運動。
其他相關科學家當然非常渴望知道約翰遜航天中心Eagleworks的 Paul March到底成功得到了什么以及怎么做到的,但研究到現在為止還沒有開放給同行評審(peer review),他們也無法做出更具體的評估。
參考資料 >
科技創新世界潮|輕量化和續航里程等難題有望解決,“空中汽車”產業或將騰飛.平川區人民政府.2025-07-19
關于空氣動力飛行器.中國傳感器網.2020-05-22
史上最小飛行器:有翼微芯片僅沙粒大小,可用于環境監測.今日頭條.2021-09-25
二戰時納粹德國曾研制飛碟 美國想買下技術.新浪新聞.2020-05-22
中國研制成功形似“UFO”的實用飛行器.鳳凰網.2020-05-22
中國自主研發首款垂直起降噴氣動力飛行器在天津試飛成功.中新網.2022-07-22
科普中國.科學辟謠.2021-09-26