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滑翔機
來源:互聯網

滑翔機(glider)大多沒有動力裝置,重于空氣的固定翼航空器。可由另一部有動力的飛機拖至一定的高度后,滑翔機脫離而自由翱翔,也可用絞盤車牽引或汽車拖曳起飛(將滑翔機系繩于車上拖曳達適當高度后,駕駛員將繩索松開),還可從高坡上下滑到空中。在無風情況下,滑翔機在下滑飛行中依靠自身重力的分量獲得前進動力,這種損失高度的無動力下滑飛行稱滑翔。在上升氣流中,滑翔機可像老鷹展翅那樣平飛或升高,通常稱為翱翔。

滑翔機主要由主翼、副翼、擾流板、尾翼等結構組成,可以分為固定翼滑翔機、動力滑翔機等類型。現代滑翔機主要應用于航磁測量、體育運動等領域,分初級滑翔機和高級滑翔機。前者主要用于訓練飛行,后者包括紀錄滑翔機、特技滑翔機,具有最佳的飛行性能和良好的操縱性以及比較完善的儀表設備,主要用于競賽和表演,有的還可以完成各種高級空中特技,如翻跟斗和螺旋等。其工作原理是基于瑞士人雅各布·伯努利在1737年提出的流線速度與壓力關系的流線運動方程,即著名的“伯努利定律”。

1801年,英國喬治·凱萊研究了風箏和鳥的飛行原理,于1809年試制了一架滑翔機。1981年9月28日,美國運動員柯荒夫和R.甘尼夫二人駕駛雙座滑翔機,在一天時間內飛躍5000余公里,創造了世界雙座滑翔機往返距離的世界記錄。

歷史沿革

1801年,英國的喬治·凱利爵士研究了風箏和鳥的飛行原理,于1809年試制了一架滑翔機。1847年,已是76歲的凱利制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年后,由人操縱的滑翔機第一次脫離拖曳裝置飛行成功,凱利的馬車夫成為第一個離地自由飛翔的人,飛行了約500米遠。

李林塔爾注意積累數據,總結經驗,糾正了前人“多層疊置窄條翼”的片面做法,第一次提出了“曲面機翼比平面機翼升力大”的觀點,1891年,奧托·李林塔爾制作了第一架固定翼滑翔機,兩機翼長7米,用竹和藤作骨架,骨架上縫著布,人的頭和肩可從兩機翼間鉆入,機上裝有尾翼,全機重量約2公斤,很像展開雙翼的蝙蝠。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。滑翔機在氣流作用下,輕盈地滑翔,在90米外安全降落,從而肯定了曲面翼的合理性。這是世界上第一架懸掛滑翔機。1891─1896年間,李林塔爾共制作了5種單翼滑翔機和2種雙翼滑翔機,先后進行了2000多次飛行試驗。1896年8月9日,他駕駛滑翔機在里諾韋山遭遇強風而墜落,次日死去。德國人為了紀念他的功績,為李林塔爾樹立了一座紀念碑,上面寫著“最偉大的老師”。李林塔爾雖然死了,但他給后人留下的遺產是巨大的。

1900-1903年,萊特兄弟先后制造了3架滑翔機并進行了1000多次滑翔飛行。同時開展機翼翼型實驗,不斷修正了奧托·李林塔爾的一些錯誤的飛行數據。最終,他們的第三號滑翔機在試驗中取得極大成功——他們已經能夠長時間進行有效控制的滑翔飛行。

1914年德國人哈斯研制出第一架現代滑翔機,它不僅能水平滑翔,還能借助上升的氣流爬高飛行,并且其操縱性能更加完善。

20世紀20年代以來,在一些工業發達的國家相繼出現了動力滑翔機。這種滑翔機帶有動力裝置,能夠自己起飛,在飛行中動力裝置關閉后,仍能繼續滑翔和翱翔,需要時還可以再次起動動力裝置。

第二次世界大戰中,大型滑翔機曾經用來向敵后空運武裝人員和物資。盡管其載重量比較小(最大的不超過6噸),由于沒有采用動力,可以利用夜間飛越嚴密設防的戰線而不被察覺。

1959年,斯圖加特大學研制出第一架全復合材料結構的滑翔機“Ph?nix”。

1965年,美國航空航天局工程師羅加洛設計了一種飛翼,當時是為了在地面回收人造衛星用的,因嫌體積大,沒有被采用,以后經過他的改進,用于載人飛行,于是就發展成為以“羅加洛”命名的新型飛行器──懸掛式滑翔機。

1970年,美國設計出凌·特姆科·沃特(Ling-Temco-Vought)L450F偵察滑翔機,這是一種在60年代后期開發一種安靜的偵察和監視飛機。供美國在越南戰爭中使用。該機是以SGS 2-32滑翔機作為基礎,飛機擁有超過24小時的續航力。

1985年,日本懸掛滑翔代表團應邀來中國進行表演和交流。

1997年,美國DAPRA公司投入3500萬美元,開始了為期四年的撲翼滑翔機研究計劃。加州理工學院、多倫多大學、佐治亞州技術研究所、佛羅里達大學、Vanderbilt大學等單位研制了不同結構的撲翼滑翔機,其中加州大學伯克利分校研制的“機器蒼蠅”撲翼滑翔機總重約為43mg,直徑為5mm~10mm,采用太陽能電池和壓電驅動。

2022年7月,亞利桑那大學美國航空航天局美國航空航天局)合作研制出火星滑翔機,旨在研究火星上當前和過去的天氣和氣候活動。

主要構造

外部結構

主翼

機翼是滑翔機重要的部件之一,主要作用是為滑翔機提供升力,滑翔機飛行時,受到氣流的影響,會傾向左右兩邊搖擺,所以兩翼要造成微微向上傾,形成上反角,亦即從機身前、后看,兩翼略成V字形,以減輕左右搖晃的傾向。滑翔機具有與飛機顯著不同的狹長機翼(即較大的機翼展弦比),機身外形細長,呈流線體。高級滑翔機的機翼展弦比可達30以上,在設計上趨向于駕駛員躺臥艙中,以便減小機身截面積。機體表面光滑,甚至打蠟,借以提高滑翔機的升阻比,減小滑翔飛行中的下滑角。滑翔機的機翼要有足夠的撓性,飛行中遇上紊流,可以稍微上下撲動,避免因變形而折斷。

副翼

副翼是連動的,也就是當駕駛桿扳向右,右副翼向上擺時,左副翼同時向下擺,如此滑翔機會往飛行員右下的方向翻滾。

安裝角

安裝角是以飛機拉力軸線為基準,機翼的翼弦線與拉力軸線的夾角,主要影響滑翔機的俯仰穩定性。

機體材料

現代滑翔機采用強度高、重量輕的材料制造。主要結構材料有:木材、層板、織物、鋁合金和玻璃鋼等。復合材料在滑翔機結構上的應用可以分為三個階段:第一階段是應用于受載不大的簡單零部件,如各類口蓋、舵面、阻力板、起落架艙門等;第二階段是應用于承力較大的尾翼級主承力結構,如垂直安定面、水平安定面、全動平尾、鴨翼等;第三階段是應用于主承力結構,如機翼盒段、機身等。70年代以后出現了用碳纖維復合材料制造的高級滑翔機。而碳纖維憑借其極佳的重量以及強度優勢,在滑翔機機體上也有很多應用,如有位奧地利人Felix Baungartner駕駛著1架碳纖維制作而成的滑翔機飛越了英倫海峽,從英國的 Dover 飛達法國的加來,行程長達33km。

操縱系統

擾流板

擾流板向上打開時,會將機翼上的氣流擾亂,而使滑翔機減慢速度并下降。這個功能主要在降落時使用。

水平尾翼

主翼除了提供升力之外,亦產生一個會造成滑翔機沿著主翼翼展方向的軸向下翻轉的力矩。這是造成許多飛行先驅喪生的原因之一。水平尾翼的功能就是提供一個矯正滑翔機俯仰或上下搖動的力矩,以確保飛行中的穩定性。

垂直尾翼

尾翼分為垂直尾翼和水平尾翼,垂直尾翼是用來保證模型飛機的縱向穩定性的,水平尾翼能夠調節、穩定機尾氣流,提供一部分升力,并通過提供力矩來調節飛機的俯仰。

升降舵

升降舵也是用駕駛桿操控的。當駕駛桿向后扳,升降舵向上擺,機頭朝上;駕駛桿向前推時,升降舵下擺,機頭朝下。

方向舵

方向舵是利用腳踏板來控制的。飛行員踩下左腳踏板時,方向舵向左擺,機頭左轉;踩下右腳踏板,方向舵向右擺,機頭就右轉。僅僅操縱方向舵只能改變滑翔機的位置,不能使滑翔機轉彎。滑翔機有很強的直線飛行慣性(牛頓第一定律),轉動方向舵會引起側向滑行,就像開快車急彎時的感覺一樣,急彎路面通常會傾斜以防止車子打滑側行,但是滑翔機在空中是自由的,要使滑翔機轉彎而不側滑,必須同時操縱副翼與方向舵。英文叫做bank,傾斜轉彎。

氣動外形

在氣動性能方面,滑翔機的設計會考慮到其在大氣中的阻力、升力和穩定性等因素。通過對機翼、機身和尾翼的形狀、大小和布局進行優化設計,可以使得滑翔機具有較好的氣動性能,實現更加穩定和高效的飛行。滑翔機的最優氣動外形能夠以較低的計算資源代價快速得到;雙弧形翼型的氣動特性較六邊形翼型更有優勢,叉形尾翼的靜穩定性和控制效率高于十字形;優化后的外形極大地增加了滑翔機的滑翔距離。

導航通訊系統

滑翔機的導航系統通常包括GPS、慣性測量單元(IMU)、高度計和自動駕駛儀等組件。

GPS可以提供位置信息,幫助飛行員確定滑翔機的位置和航向。IMU可以提供姿態和速度信息,幫助飛行員控制滑翔機的飛行姿態和速度。高度計可以測量滑翔機的高度,幫助飛行員控制滑翔機的飛行高度。自動駕駛儀可以根據預設的航線自動控制滑翔機的飛行,幫助飛行員完成導航任務。

在動力滑翔機的導航過程中,飛行員需要預先規劃好航線,并將相關信息輸入到導航系統中。在飛行過程中,導航系統會根據接收到的GPS信號和IMU信號,以及預設的航線信息,自動控制滑翔機的飛行。飛行員只需要監控滑翔機的飛行狀態和導航系統的運行情況,并在必要時進行手動干預。

基本原理

滑翔機必須以升力克服重力,以推力克服空氣阻力才能飛行。升力主要由環量產生,亞音速飛機翼型(機翼橫截面)大多上下近似對稱以減小阻力,而滑翔機的翼型通常都采用類似克拉克Y翼型(典型的上凸下平),這樣可以使無動力的滑翔機產生的升力更大,升阻比增加,滯空時間變長。

滑翔機升空后,除非碰到上升氣流,否則空氣阻力會逐漸減緩飛機的速度,升力就會愈來愈小,重力大于升力,飛機就會愈飛愈低,最后降落至地面。為了讓滑翔機能飛得又遠又久,它必須有很高的升力阻力比,這就是為什么滑翔機的機翼那么細長,如何突破滯空時間以及飛行高度的紀錄是滑翔機設計與制造的最大挑戰。

相關技術

滑翔機是利用上升氣流作為飛行動力的,大氣中的上升氣流分熱力、地形和鋒面上升氣流三種。因此,在滑翔機中也相應地產生了“熱力氣流滑翔”“動力氣流滑翔”“波狀氣流滑翔”三種技術方法。

熱力氣流滑翔

熱力氣流滑翔是指不同的大地表面被陽光照射后受熱程度不同,因而地面上的空氣產生溫差,溫度較高的空氣團密度變小,緩慢上升;溫度較低的空氣團密度較大,逐漸下沉,產生空氣的垂直運動,形成上升氣流與下降氣流區。駕駛員通過觀察地形和積云,可發現上升氣流區,并利用它達到某一高度,然后下滑,飛向另一個上升氣流區,重新恢復下滑時降低了的高度。如此循環往復,可使無動力的滑翔機,長距離滑翔。

動力氣流滑翔

動力氣流滑翔,是指當風吹向傾斜度適宜的山坡時,沿山坡滑動上升,在山坡的迎風面形成上升氣流區,駕駛員駕機沿山坡迎風面在山頂上空滑翔時,常處在上升氣流區域內,可長時間翱翔。在坡度適宜的海岸斜坡,也可做動力氣流滑翔。

波狀氣流滑翔

波狀氣流滑翔,是指當風吹過山脈脊頂后,形成波狀上升氣流。莢狀云出現,是產生波狀氣流的象征。高積云和卷積云也是高層大氣中有波狀升降氣流的征兆。駕駛員駕機在波狀上升氣流中翱翔,可做升高飛行,有時高度達萬米。滑翔的高度記錄,多數是在波狀氣流滑翔中創造的。這種上升氣流均勻、強盛的程度有時令人吃驚。例如美國落基山脈的畢旭甫坡以及山頂上空的波狀氣流,曾使滑翔機飛到14320米的高空。若用牽引機把滑翔機帶入地形坡的上升氣流區域內,滑翔機和波峰平行飛行,連續地利用上升氣流,可逐漸飛到平流層的高度(55公里以下)得到了充分高度的滑翔機,可接著利用高空急流作長距離飛行,最長滑翔距離曾達到1250公里。

分類

動力滑翔機

20世紀20年代以來,在一些工業發達的國家相繼出現了動力滑翔機。這種滑翔機帶有動力裝置,能夠自己起飛,在飛行中動力裝置關閉后,仍能繼續滑翔和翱翔,需要時還可以再次起動動力裝置。現有一些國家將動力滑翔機列為正式機種,發給證書。動力滑翔機具有結構簡單、速度小、安全、經濟、易學的特點,適用于普及活動。由于動力滑翔機具有依靠自身的動力起飛的優點,使用場地較小,有利于加快訓練進程、提高訓練質量,是節約能源的一種較好的飛行器,所以受到從事航空運動的人們的歡迎。

固定翼滑翔機

最早的固定翼滑翔機是由法國人拉·布雷克爾于1783年設計的一種木制滑翔機,成功地進行了滑翔實驗,固旋翼滑翔機以其垂直起降、高航速及長航時等特點被廣泛應用于電力巡線、安保防爆、航拍航測等領域中。主要包括飛機主體、電源系統、飛控系統、數據鏈系統及發射回收系統。

懸掛式滑翔機

1965年,美國航空航天局工程師羅加洛設計了一種飛翼,當時是為了在地面回收人造衛星用的,因嫌體積大,沒有被采用,經過他的改進,發展成為以“羅加洛”命名的新型飛行器──懸掛式滑翔機。懸掛式滑翔機沒有起落裝置和座艙,駕駛員吊在升力面之下進行滑翔的簡易滑翔機。懸掛式滑翔機按翼面結構,可分為兩種:一種為硬機翼,形狀像輕型的滑翔機;一種為傘翼。后一種在國際上開展得比較普遍。

懸掛式滑翔機的起飛方法比較簡單,駕駛員手舉輕巧的傘翼,在地面迎風奔跑,或從山坡順坡跑下,只要能掌握好傘翼的迎風角度就可以飛起來。這種滑翔機容易操縱,在一般情況下一天可學會操縱動作,數月即可做特技飛行。駕駛這種滑翔機,人在空中像鳥一樣飛翔,若利用上升氣流,可以飛得更高。懸掛滑翔,目前在一些國家已成為一項群眾性的航空運動。國際上成立了懸掛滑翔協會,每兩年舉行一次國際競賽,有定點、留空、飛行距離等競賽項目。

折疊懸掛式滑翔機

一戰時期,奧地利人約瑟夫·弗朗茨·沃德克發明了折疊懸掛式滑翔機,折疊懸掛式滑翔機是沒有起落裝置和座艙,駕駛員吊在升力面之下進行滑翔的簡易滑翔機。懸掛式滑翔機按翼面結構,可分為兩種:一種為硬機翼,形狀像輕型的滑翔機;一種為傘翼,在國際上得到普遍開展。

主要應用

航磁測量

使用動力滑翔機航磁系統進行低飛航磁數據采集,此系統是以動力滑翔機為飛行載體,整合先進的軟、硬件技術,在低空范圍內進行高精度磁測的系統。系統由滑翔機飛行平臺、定位導航系統、磁測系統、磁補償系統和數字化采集系統五部分組成。

體育運動

滑翔機作為一種比較具有危險性的運動也是被人關注,它通常與跳傘、動力傘、牽引傘、輕型飛機等并列為危險性大體育經營活動中國國航運動聯合會(FAI)對于滑翔機飛行員的能力評級為銀質(總里程100公里)、金質(300公里)、鉆石獎章(500公里)。而隨著科技的進步,滑翔機材料變得更輕、更強,FAI又增加了600、750、1000、1200公里獎章。 2018年12月,中國選手杜鵬拿到了750公里獎章,而在他之前,中國人的最好成績是500公里。

未來發展

外星高空滑翔機

外星高空滑翔機由亞利桑那大學美國航空航天局美國航空航天局)合作研制。該項目負責人亞歷克斯·克林在聲明中說,高空滑翔機將成為幫助NASA研究火星表面以上重要區域的寶貴資源。克林在NASA的火星氣候建模中心工作,該中心旨在研究火星上當前和過去的天氣和氣候活動。火星滑翔機將包含一系列定制的導航傳感器以及用于收集有關火星大氣和地質信息的攝像頭、溫度和氣體傳感器。

波浪動力滑翔機

波浪動力滑翔機通過收集豐富的波浪能和太陽能完成長時間、大范圍的走航觀測,而無需能源補給與人工維護,它通過衛星與基站之間實現指令和數據傳輸,從而實現路徑跟蹤和任務監控,已成為海洋觀測網絡構建的基礎平臺和極端海洋環境下的首選監測工具。

參考資料 >

.今日頭條.2023-11-15

飛出這圈子,到云端里去!.今日頭條.2023-11-15

固定翼滑翔機與動力滑翔機的型號合格審定.中國民用航空局.2023-11-15

滑翔機的發明和應用.中國知網.2023-11-15

中國滑翔隊確定將參加2021世界滑翔錦標賽.今日頭條.2023-11-15

水下“飛”的滑翔機.今日頭條.2023-11-15

【北京日報】深海幽靈----中國科學院.中國科學院.2023-11-15

乘坐滑翔機,飛“閱”張家界.張家界日報微站.2023-11-15

滑翔機飛行員杜鵬的候鳥人生.今日頭條.2023-11-15

一篇航空論文被轉載百年.QQ閱讀.2025-08-28

識氣流創滑翔世界紀錄.中國氣象局.2023-11-15

飛,飛出這圈子,到云端里去!.m.toutiao.com.2022-06-01

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載人滑翔機.航空俱樂部.2023-11-15

水下滑翔器的結構設計與分析.中國知網.2023-11-15

飛魚胸鰭結構的滑翔氣動性能研究.中國知網.2023-11-16

基于多島遺傳-模擬退火算法的氣動外形優化.中國知網.2023-11-16

用于高超聲速助推滑翔飛行器慣性導航的正常重力模型(英文).中國知網.2023-11-16

動力滑翔機高效螺旋槳設計優化及驗證技術研究.中國知網.2023-11-15

《航空法與無人機》(節選)翻譯報告.中國知網.2023-11-15

通用航空維修分類管理研究.中國知網.2023-11-15

..2023-11-15

識氣流創滑翔世界紀錄.www.cma.gov.cn.2022-06-02

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體育運動有哪些.今日頭條.2023-11-16

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