Flugzeug
Ein Flugzeug oder Flugzeug (informell Flugzeug) ist ein Starrflügler das wird nach vorne von vorangebaut Schub von einem Düsentriebwerk, Propeller, oder Raketenantrieb. Flugzeuge gibt es in einer Vielzahl von Größen, Formen und Flügelkonfigurationen. Das breite Nutzungsspektrum für Flugzeuge umfasst Erholung, Transport von Waren und Menschen, Militär-, und Forschung. Weltweit, kommerzielle Luftfahrt transportiert jährlich mehr als vier Milliarden Passagiere Fluggesellschaften[1] und transportiert mehr als 200 Milliarden Tonne-Kilometer[2] Jährlich von Fracht, was weniger als 1% der weltweiten Frachtbewegung ausmacht.[3] Die meisten Flugzeuge werden von einem Piloten an Bord des Flugzeugs geflogen, einige sind jedoch ausgelegt, um es zu sein remote oder computergesteuert wie Drohnen.
Das Wright Brothers erfand und flog die Erstes Flugzeug 1903 als "der erste anhaltende und kontrollierte Flug mit schwerer als Luft" anerkannt.[4] Sie bauten auf den Werken von George Cayley Datierung von 1799, als er das Konzept des modernen Flugzeugs darlegte (und später Modelle gebaut und flog und erfolgreicher Passagierträger Segelflugzeuge)[5] und die Arbeit des deutschen Pioniers der menschlichen Luftfahrt Otto lilienthal, der zwischen 1867 und 1896 ebenfalls schwerer als Luft studierte. Lilienthals Flugversuche im Jahr 1891 werden als Beginn des menschlichen Fluges angesehen.[6] Nach seiner begrenzten Verwendung in Erster WeltkriegDie Flugzeugtechnologie entwickelte sich weiter. Flugzeuge waren in allen wichtigen Schlachten von präsent Zweiter Weltkrieg. Der Erste Düsenflugzeug war der Deutsche Heinkel er 178 im Jahr 1939. der erste Jet -Flugzeug, das De Havilland Cometwurde 1952 eingeführt. Die Boeing 707Der erste weit verbreitete Handelsjet war seit mehr als 50 Jahren von 1958 bis mindestens 2013 im kommerziellen Dienst.
Etymologie und Verwendung
Erst im späten 19. Jahrhundert in Englisch (vor dem ersten anhaltenden Flugflug), das Wort Flugzeug, wie Flugzeug, stammt von den Franzosen Flugzeug, was aus dem kommt griechisch ἀήρ (aēr), "Luft"[7] und entweder Latein Planus, "eben",[8] oder griechisch πλάνος (Planos), "wandern".[9][10] "Flugzeug"Ursprünglich nur auf den Flügel bezeichnet, wie es a ist Flugzeug durch die Luft bewegen.[11] In einem Beispiel von SynecdocheDas Wort für den Flügel kam, um sich auf das gesamte Flugzeug zu beziehen.
In den Vereinigten Staaten und Kanada wird der Begriff "Flugzeug" für angetriebene Flugzeuge mit festem Flügel verwendet. Im Vereinigten Königreich und den größten Teil der Commonwealth, der Begriff "Flugzeug" (/ˈɛərəpleɪn/[11]) wird normalerweise auf diese Flugzeuge angewendet.
Geschichte
Antezedenzien
Viele Geschichten aus der Antike beinhalten Flug, wie die Griechische Legende von Icarus und Daedalus, und die Vimana im Alten Indische Epen. Um 400 v. Chr. In Griechenland, Archytas Es wurde angeblich angeblich das erste künstliche, selbstfahrende Fluggerät entworfen und gebaut, ein vogelförmiges Modell, das von einem Jet von wahrscheinlich Dampf geführt wurde, das etwa 200 m (660 Fuß) geflogen war.[12][13] Diese Maschine wurde möglicherweise für ihren Flug suspendiert.[14][15]
Einige der frühesten aufgezeichneten Versuche mit Segelflugzeuge waren diejenigen des andalusischen und arabischsprachigen Dichters des 9. Jahrhunderts Abbas ibn Firnas und der englische Mönch des 11. Jahrhunderts Eilmer von Malmesbury; Beide Experimente verletzten ihre Piloten.[16] Leonardo da Vinci recherchierte das Flügeldesign von Vögeln und entwarf ein von Menschen betriebenes Flugzeug in seinem Codex auf dem Flug von Vögeln (1502), die zum ersten Mal die Unterscheidung zwischen dem feststellen Massezentrum und die Druckzentrum von fliegenden Vögeln.
1799, George Cayley legte das Konzept des modernen Flugzeugs als feste Flugmaschine mit separaten Systemen zum Auftrieb, Antrieb und Kontrolle dar.[17][18] Cayley baute und fliegende Modelle von Festflügelflugzeugen bereits 1803 und baute einen erfolgreichen Passagierträger auf Segelflugzeug 1853.[5] 1856 Franzose Jean-Marie Le Bris machte den ersten angetriebenen Flug, indem er seinen Segelflugzeug hatte "L'Albatros Artificiel" Von einem Pferd an einem Strand gezogen.[19] Dann der Russe Alexander F. Mozhaiisky machte auch einige innovative Designs. 1883 der Amerikaner John J. Montgomery machte einen kontrollierten Flug in einem Segelflugzeug.[20] Andere Flieger, die zu dieser Zeit ähnliche Flüge machten Otto lilienthal, Percy Pilcher, und Oktave Chanute.
Herr Hiram Maxim Baute ein Handwerk, das 3,5 Tonnen wog, mit einer Flügelspannweite von 110 Fuß, die von zwei 260-PS-Dampfmotoren (260-PS) angetrieben wurde, die zwei Propeller fuhr. 1894 wurde seine Maschine mit Overhead -Schienen getestet, um zu verhindern, dass sie steigt. Der Test zeigte, dass es genügend Auftrieb hatte, um abzuheben. Das Handwerk war unkontrollierbar und es wird vermutet, dass Maxim dies erkannt hat, weil er anschließend die Arbeit daran aufgegeben hat.[21]
In den 1890er Jahren, Lawrence Hargrave Forschung zu Flügelstrukturen durchführte und a entwickelte a Kastendrachen Das hob das Gewicht eines Mannes. Seine Box -Kite -Designs wurden weit verbreitet. Obwohl er auch eine Art Drehflugzeugmotor entwickelte, kreierte und flog er kein angetriebenes Flugzeug mit festem Flügel.[22]
Zwischen 1867 und 1896 entwickelte sich der deutsche Pionier der menschlichen Luftfahrt, Otto Lilienthal, schwerer als Luft. Er war die erste Person, die gut dokumentierte, wiederholte, erfolgreiche Gleitflüge machte. Lilienthals Arbeit führte dazu, dass er das Konzept des modernen Flügels entwickelte.[23][24] Seine Flugversuche im Jahr 1891 werden als Beginn des menschlichen Fluges angesehen,[25] das "Lilienthal normalsegelapparat"Gilt als das erste Flugzeug in der Serieproduktion und seine Arbeit hat die Wright Brothers stark inspiriert.[26]
Frühwertige Flüge
Der Franzose Clement Ader baute 1886 seine erste von drei Flugmaschinen, die Äole. Es war ein Fledermaus-ähnliches Design, das von einem leichten Gewicht betrieben wurde Dampfmaschine seiner eigenen Erfindung, mit vier Zylinder entwickeln 20 20 Pferdestärke (fünfzehnKW), Fahren einer Vierklinge Propeller. Der Motor wog nicht mehr als 4 Kilogramm pro Kilowatt (6,6 lb/hp). Die Flügel hatten eine Spannweite von 46 m (46 m). All-Up-Gewicht betrug 300 Kilogramm (660 lb). Am 9. Oktober 1890 versuchte Ader, das zu fliegen Äole. Luftfahrthistoriker geben diesen Bemühungen als toppeltes Start und unkontrolliertem Hopfen von ca. 50 m (160 m) in einer Höhe von ungefähr 200 mm (7,9 Zoll) Anerkennung an.[27][28] Aders zwei nachfolgende Maschinen wurden nicht so dokumentiert, dass er Flug erreicht hat.[29]
Die Amerikaner Wright Brothers Flüge im Jahr 1903 werden von der erkannt Fédération Aéronautique Internationale (FAI), die Standardeinstellung und Aufzeichnungsbehörde für Luftfahrt, als "der erste anhaltende und kontrollierte Flug mit schwererem Flug".[4] Bis 1905 die Wright Flyer III war in der Lage, für erhebliche Zeiträume vollständig kontrollierbar, stabil zu fliegen. Die Wright Brothers gaben Otto Lilienthal als eine wichtige Inspiration für ihre Entscheidung, bemannte Flug zu verfolgen.
1906 der Brasilianer Alberto Santos-Dumont machte das, was behauptet wurde, der erste Flugflugflug zu sein Katapult[30] und setzen den ersten Weltrekord von der anerkannt Aéro-Club de France durch Fliegen von 220 Metern (720 Fuß) in weniger als 22 Sekunden.[31] Dieser Flug wurde auch vom FAI zertifiziert.[32][33]
Ein frühes Flugzeugdesign, das die Moderne zusammenbrachte Eindecker Traktorkonfiguration war das Blériot viii Design von 1908. Es hatte bewegliche Schwanzoberflächen, die sowohl Gier als auch Tonhöhe kontrollieren, eine Form der Rollsteuerung, die entweder durch Flügelverzerrung oder durch Querruder geliefert und von seinem Piloten mit einem gesteuert wurde Joystick und Ruder Bar. Es war ein wichtiger Vorgänger von ihm später Blériot xi Kanal-kreuzt Flugzeuge des Sommers 1909.[34]
Erster Weltkrieg diente als Testbett für die Verwendung des Flugzeugs als Waffe. Flugzeuge zeigten ihr Potenzial als mobile Beobachtungsplattformen und erwiesen sich dann als Kriegsmaschinen, die in der Lage waren, den Feind Opfer zu veranlassen. Der früheste bekannte Luft Sieg mit einem synchronisierten Maschinengewehrarm Kämpferflugzeuge ereignete sich 1915 von Deutsch Luftstreitkrräfete Leutnant Kurt Wintgens. Kämpfer Asse erschien; Der größte (nach Anzahl der Luftkampfsiege) war Manfred von Richthofen.
Nach dem Ersten Weltkrieg entwickelte sich die Flugzeugtechnologie weiter. Alcock und Brown 1919 zum ersten Mal im Jahr 1919 durch den Atlantik-Nonstop überquerte. 1919 fanden die ersten internationalen Handelsflüge zwischen den USA und Kanada statt.[35]
Flugzeuge waren in allen wichtigen Schlachten von präsent Zweiter Weltkrieg. Sie waren ein wesentlicher Bestandteil der militärischen Strategien der Zeit, wie dem Deutschen Blitzkrieg, Das Schlacht von Großbritannienund die amerikanischen und japanischen Flugzeugträgerkampagnen der Pazifikkrieg.
Entwicklung von Düsenflugzeugen
Das erste praktische Düsenflugzeug war der Deutsche Heinkel er 178, das 1939 getestet wurde. 1943 die Messerschmitt mich 262Das erste operative Jet -Kämpfer -Flugzeug ging im Deutsch in Betrieb Luftwaffe.
Der Erste Jet -Flugzeug, das De Havilland Cometwurde 1952 eingeführt. Die Boeing 707, der erste weit verbreitete Handelsjet, befand sich seit mehr als 50 Jahren von 1958 bis 2010 im Handel. Die Boeing 747 war das weltweit größte Passagierflugzeug von 1970 bis zum übertroffenen von der Airbus A380 im Jahr 2005.
Überschall -Fluggesellflüge, einschließlich der der der der Concorde, haben sich auf Überwachflug mit Überschallgeschwindigkeit wegen ihrer beschränkt Überschallknall, was in den meisten besiedelten Landgebieten verboten ist. Die hohen Betriebskosten pro Passagiermeile und a Tödlicher Absturz im Jahr 2000 induzierte die Betreiber der Concorde, sie aus dem Dienst zu entfernen.[36][37]
Antrieb
Propeller
Ein Flugzeugpropeller, oder Luftschraube, konvertiert die Drehbewegung von einem Motor oder eine andere Stromquelle in einen wirbelnden Slipstream, der den Propeller vorwärts oder rückwärts drückt. Es umfasst eine rotierende, leistungsorientierte Nabe, an die zwei oder mehr radial angehängt ist Tragflächenprofil-Abschnittsblätter, so dass sich die gesamte Baugruppe um eine Längsachse dreht.[38] Zu den drei Arten von Luftfahrtmotoren, die für Stromtreiber verwendet werden Motoren erwidern (oder Kolbenmotoren), Gasturbinen, und Elektromotoren. Die Menge an Schub, die ein Propeller erzeugt, wird teilweise durch seinen Scheibenbereich bestimmt - der Bereich, durch den sich die Klingen drehen. Die Einschränkung der Klingengeschwindigkeit ist die Schallgeschwindigkeit; Als die Klingenspitze die Schallgeschwindigkeit überschreitet, verringern Stoßwellen die Propellereffizienz. Die RPM, die erforderlich ist, um eine bestimmte Spitzengeschwindigkeit zu erzeugen, ist umgekehrt proportional zum Durchmesser des Propellers. Die obere Ausführungsgeschwindigkeitsbegrenzung für propellergesteuerte Flugzeuge ist Mach 0,6. Flugzeuge, die so konzipiert sind, dass sie schneller werden als die Jet -Motoren.[39]
Hubkolbenmotor
Motoren erwidern In Flugzeugen haben drei Hauptvarianten, radial, in der Reihe und flacher oder horizontal entgegengesetzter Motor. Der Radialmotor ist eine Konfiguration des Verbrennungsmotors für die Verbrennungsmotor, bei der die Zylinder wie die Speichen eines Rades von einem zentralen Kurbelgehäuse nach außen ausgestrahlt werden, und wurde üblicherweise für Flugzeugmotoren verwendet, bevor Gasturbinenmotoren vorherrschend wurden. Ein Inline-Motor ist ein Hubkolbenmotor mit Zylinderbanken, einer hinter einem anderen, anstatt Zylinderreihen, wobei jede Bank eine beliebige Anzahl von Zylindern hat, aber selten mehr als sechs und kann wassergekühlt sein. Ein flacher Motor ist ein Verbrennungsmotor mit horizontal bedeckten Zylindern.
Gasturbine
Ein Turboprop -Gasturbinenmotor besteht aus einer Aufnahme, einem Kompressor, einer Brennzeichen, einer Turbine und einer Propelling -Düse, die durch ein Reduktionsgetriebe an den Propeller Strom von einer Welle liefert. Die Antriebsdüse bietet einen relativ geringen Anteil des Schubs, der durch einen Turboprop erzeugt wird.
Elektromotor
Ein elektrisches Flugzeug läuft auf Elektromotoren mit Elektrizität von kommt von Brennstoffzellen, Solarzellen, Ultrakapacitor, Kraftstrahl,[40] oder Batterien. Derzeit sind fliegende elektrische Flugzeuge größtenteils experimentelle Prototypen, einschließlich Manned und unbemannte LuftfahrzeugeAber es gibt einige Produktionsmodelle auf dem Markt.[41]
Jet
Düsenflugzeug werden angetrieben von Jet -Motoren, die verwendet werden, weil die aerodynamischen Einschränkungen von Propellern nicht für den Düsenantrieb gelten. Diese Motoren sind viel leistungsfähiger als ein Hubkrockenmotor für eine bestimmte Größe oder ein bestimmtes Gewicht und sind vergleichsweise leise und funktionieren in höherer Höhe gut. Zu den Varianten des Jet -Motors gehören die Ramjet und die Scramjet, die auf hohe Fluggeschwindigkeits- und Ansauggeometrie beruhen, um die Verbrennungsluft vor Einführung und Zündung von Kraftstoff zu komprimieren. Raketenmotoren Stellen Sie den Schub durch, indem Sie einen Kraftstoff mit einem Oxidationsmittel verbrennen und Gas durch eine Düse ausfindig machen.
Turbofan
Die meisten Düsenflugzeuge verwenden Turbofan Jet -Motoren, die a beschäftigen Gasturbine Um einen gelenkten Lüfter zu fahren, der die Luft beschleunigt um die Turbine, um zusätzlich zu dem beschleunigt zu werden durch die Turbine. Das Verhältnis von Luft, die um die Turbine zu dem durchlaufen Bypass-Verhältnis.[42] Sie repräsentieren einen Kompromiss zwischen Turbojet (ohne Bypass) und Turboprop Formen des Flugzeugantriebs (hauptsächlich mit Bypass -Luft angetrieben).[43]
Subsonic-Flugzeuge wie Fluggesellschaften verwenden hohe Bypass-Jet-Motoren für die Kraftstoffeffizienz. ÜberschallflugzeugVerwenden Sie Turbofans mit niedrigen Bypass-Turbofanen wie Düsenkämpfer. Bei Überschallgeschwindigkeiten muss die Luft, die in den Motor eintritt, jedoch zu einer Unterschallgeschwindigkeit verlangsamt und nach Verbrennung wieder auf die Überschallgeschwindigkeit zurückgezogen werden. Ein Nachbrenner kann in Kampfflugzeugen verwendet werden, um die Stromversorgung für kurze Zeiträume zu erhöhen, indem Kraftstoff direkt in die heißen Abgase injiziert werden. Viele Düsenflugzeuge verwenden ebenfalls Schubwechsel nach der Landung langsamer werden.[43]
Ramjet
Ein Ramjet ist eine Form von Strahlmotor, die keine wichtigen beweglichen Teile enthält und besonders nützlich sein kann, wenn Anwendungen für einen kleinen und einfachen Motor für die Hochgeschwindigkeitsnutzung erforderlich sind, z. B. bei Raketen. Ramjets benötigen eine Vorwärtsbewegung, bevor sie Schub erzeugen können, und werden daher häufig in Verbindung mit anderen Antriebsformen oder mit einem externen Mittel zur Erzielung einer ausreichenden Geschwindigkeit verwendet. Das Lockheed D-21 war eine mach 3+ ramjet-angetriebene Aufklärungsdrohne, die von a gestartet wurde Elternflugzeuge. Ein Ramjet verwendet die Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs, um Luft durch den Motor zu erzwingen, ohne auf Turbinen oder Schatten zurückzugreifen. Kraftstoff wird hinzugefügt und entzündet, wodurch die Luft erwärmt und erweitert wird, um den Schub zu sorgen.[44]
Scramjet
Ein Scramjet ist ein spezialisierter Ramjet, der den internen Überschallluftstrom verwendet, um den Auspuff zu komprimieren, mit Kraftstoff zu kombinieren, zu verbrennen und zu beschleunigen, um den Schub zu sorgen. Der Motor arbeitet nur bei Überschallgeschwindigkeiten. Das NASA X-43Ein experimentell unbemannter Scramjet stellte 2004 einen Weltgeschwindigkeitsrekord für ein Jet-betriebenes Flugzeug mit einer Geschwindigkeit von Mach 9,7, fast 12.100 Kilometern pro Stunde (7.500 Meilen pro Stunde).[45]
Rakete
Während Jet -Flugzeuge die Atmosphäre beide als Quelle von verwenden Oxidationsmittel und der Masse, um reaktiv hinter dem Flugzeug zu beschleunigen, tragen Raketenflugzeuge den Oxidationsmittel an Bord und beschleunigen den verbrannten Brennstoff und den Oxidationsmittel nach hinten als alleinige Massequelle für die Reaktion. Flüssiger Brennstoff und Oxidationsmittel können in eine Brennkammer gepumpt werden oder ein fester Brennstoff mit Oxidationskraft kann in der Brennstoffkammer verbrennen. Unabhängig davon, ob flüssig oder fest Kraftstoff, wird das heiße Gas durch eine Düse beschleunigt.[46]
Im Zweiter Weltkrieg, die Deutschen setzten die ein Ich 163 Komet Raketenflugzeuge. Das erste Flugzeug, um das zu brechen Schallmauer Im Level -Flug befand sich ein Raketenflugzeug - die Bell X-1 1948. Die Nordamerikanische X-15 brach viele Geschwindigkeit und Höhenaufzeichnungen In den 1960er Jahren und Pionierarbeit in technischen Konzepten für spätere Flugzeuge und Raumfahrzeuge. Militärtransportflugzeuge können einsetzen Raketenunterstützte Offs Für Kurzfeldsituationen. Andernfalls umfassen Raketenflugzeuge Raumschiffe, wie SpaceShiptwo, für Reisen jenseits der Erdatmosphäre und Sportflugzeuge, die für die kurzlebigen entwickelt wurden Rocket Racing League.
Design und Herstellung
Die meisten Flugzeuge werden von Unternehmen konstruiert, mit dem Ziel, sie für Kunden in Menge zu produzieren. Der Entwurfs- und Planungsprozess, einschließlich Sicherheitstests, kann für kleine Turboprops oder länger für größere Flugzeuge bis zu vier Jahre dauern.
Während dieses Prozesses werden die Ziele und Designspezifikationen des Flugzeugs festgelegt. Zunächst verwendet das Bauunternehmen Zeichnungen und Gleichungen, Simulationen, Windkanalstests und Erfahrung, um das Verhalten des Flugzeugs vorherzusagen. Computer werden von Unternehmen verwendet, um erste Simulationen des Flugzeugs zu zeichnen, zu planen und durchzuführen. Anschließend werden kleine Modelle und Modelle aller oder bestimmter Teile der Ebene in Windtunneln getestet, um die Aerodynamik zu überprüfen.
Wenn das Design diese Prozesse durchlaufen hat, baut das Unternehmen eine begrenzte Anzahl von Prototypen zum Testen vor Ort. Vertreter einer Luftfahrtbehörde machen häufig einen ersten Flug. Die Flugtests werden fortgesetzt, bis das Flugzeug alle Anforderungen erfüllt hat. Anschließend ermächtigt die leitende öffentliche Behörde des Landes das Unternehmen, mit der Produktion zu beginnen.
In den Vereinigten Staaten ist diese Agentur die Föderale Flugverwaltung (FAA). In der Europäischen Union, Europäische Luftfahrtsicherheitsbehörde (EASA); Im Vereinigten Königreich ist es das Zivilluftfahrtbehörde (CAA).[47] In Kanada ist die verantwortliche öffentliche Agentur und autorisiert die Massenproduktion von Flugzeugen Transport Kanada Zivilluftfahrtbehörde.[48]
Wenn ein Teil oder eine Komponente durch Schweißen für praktisch jede Luft- und Raumfahrt- oder Verteidigungsanwendung miteinander verbunden werden muss, muss er die strengsten und spezifischsten Sicherheitsvorschriften und -standards erfüllen. Nadcap, oder das Akkreditierungsprogramm für Luft- und Raumfahrt- und Verteidigungsunternehmer legt globale Anforderungen für Qualität, Qualitätsmanagement und Qualitätssicherung für die Luft- und Raumfahrttechnik fest.[49]
Bei internationalem Umsatz ist auch eine Lizenz der öffentlichen Behörde für Luftfahrt oder Transport des Landes erforderlich, in dem das Flugzeug verwendet werden soll. Zum Beispiel Flugzeuge, die von der europäischen Firma hergestellt wurden, Airbus, müssen von der FAA zertifiziert werden, um in den USA geflogen zu werden, und Flugzeuge, die von US-amerikanischem Grundstück ansässig sind Boeing müssen von der EASA genehmigt werden, um in der Europäischen Union geflogen zu werden.[50]
Vorschriften haben zu verringert Lärm von Flugzeugmotoren als Reaktion auf erhöhte Erhöhungen Lärmbelästigung Aus dem Wachstum des Flugverkehrs über städtische Gebiete in der Nähe von Flughäfen.[51]
Kleine Flugzeuge können von Amateuren als häusliche Gebäude entworfen und konstruiert werden. Sonstiges Homebau -Flugzeuge Kann mit vorgefertigten Teilenkits zusammengebaut werden, die in eine einfache Ebene zusammengesetzt werden können und dann vom Bauunternehmer abgeschlossen werden müssen.[52]
Nur wenige Unternehmen produzieren in großem Umfang Flugzeuge. Die Produktion eines Flugzeugs für ein Unternehmen ist jedoch ein Prozess, bei dem tatsächlich Dutzende oder sogar Hunderte anderer Unternehmen und Pflanzen die Teile produzieren, die in das Flugzeug gehen. Zum Beispiel kann ein Unternehmen für die Herstellung des Fahrwerks verantwortlich sein, während ein anderes für das Radar verantwortlich ist. Die Produktion solcher Teile ist nicht auf dieselbe Stadt oder das gleiche Land beschränkt. Bei großen Herstellungsunternehmen mit großem Flugzeug können solche Teile aus der ganzen Welt kommen.
Die Teile werden an die Hauptanlage der Flugzeugfirma geschickt, wo sich die Produktionslinie befindet. Bei großen Flugzeugen können Produktionslinien, die der Montage bestimmter Teile der Ebene gewidmet sind, existieren, insbesondere der Flügel und des Rumpfes.
Nach vollständiger Ebene wird ein Flugzeug streng geprüft, um nach Unvollkommenheiten und Mängel zu suchen. Nach Genehmigung durch Inspektoren wird das Flugzeug durch eine Reihe von durchgesetzt Flugtests um sicherzustellen, dass alle Systeme korrekt funktionieren und dass das Flugzeug richtig behandelt wird. Nach dem Bestehen dieser Tests ist das Flugzeug bereit, die "endgültigen Nachbesserungen" (interne Konfiguration, Malerei usw.) zu erhalten und dann für den Kunden bereit.
Eigenschaften
Zelle
Die strukturellen Teile eines Flugzeugs mit festem Flügel werden als Flugzeugzelle bezeichnet. Die vorhandenen Teile können je nach Art und Zweck des Flugzeugs variieren. Frühe Typen wurden normalerweise aus Holz mit Stoffflügeloberflächen hergestellt, als Motoren vor etwa hundert Jahren Motoren für einen angetriebenen Flug zur Verfügung standen, und ihre Reittiere aus Metall bestanden. Dann, als die Geschwindigkeit zunahm, wurden immer mehr Teile Metall, bis bis zum Ende des Weltausgabe-Allmetallflugzeugs häufig waren. In der modernen Zeit erhöhte Verwendung von zunehmend Kompositmaterialien ist gemacht worden.
Typische strukturelle Teile umfassen:
- Eine oder mehrere große horizontale Flügeloft mit einem Tragflächenprofil Querschnittsform. Der Flügel lenkt die Luft nach unten ab, wenn sich das Flugzeug vorwärts bewegt und erzeugt Hubkraft um es im Flug zu unterstützen. Der Flügel bietet auch Stabilität in rollen Um das Flugzeug davon abzuhalten, nach links oder rechts im stetigen Flug zu rollen.
- A Rumpf, ein langer, dünner Körper, normalerweise mit sich verjüngten oder abgerundeten Enden, um seine Form zu erstellen aerodynamisch glatt. Der Rumpf verbindet die anderen Teile der Flugzeugzelle und enthält normalerweise wichtige Dinge wie Pilot-, Nutzlast- und Flugsysteme.
- A Vertikal-Stabilisierer oder Flosse ist eine vertikale flügelartige Oberfläche, die an der Rückseite der Ebene montiert ist und typischerweise darüber hinausgeht. Die Flosse stabilisiert das Flugzeug gieren (links oder rechts abbiegen) und montiert die Ruder, der seine Rotation entlang dieser Achse steuert.
- A Horizontaler Stabilisierer oder Ablaufplan, normalerweise am Schwanz in der Nähe des vertikalen Stabilisators montiert. Der horizontale Stabilisator wird verwendet, um das Flugzeug zu stabilisieren Tonhöhe (kippen nach oben oder unten) und montiert die Aufzüge, die Pitch Control liefern.
- Fahrwerk, eine Reihe von Rädern, Schlittschuhen oder Schwimmern, die die Ebene stützen, während sie sich auf der Oberfläche befindet. Bei Wasserflugzeugen unterstützen der Boden des Rumpfes oder Schwimmer (Pontos) es im Wasser. In einigen Flugzeugen zieht sich das Fahrwerk während des Fluges zurück, um den Luftwiderstand zu verringern.
Flügel
Die Flügel eines Flugzeugs mit festem Flügel sind statische Ebenen, die beide Seiten des Flugzeugs erstrecken. Wenn das Flugzeug nach vorne fährt, fließt Luft über die Flügel, die geformt sind, um einen Auftrieb zu erzeugen. Diese Form wird als eine genannt Tragflächenprofil und ist wie ein Vogelflügel geformt.
Flügelstruktur
Flugzeuge haben flexible Flügeloberflächen, die über einen Rahmen gestreckt und durch die vom Luftstrom über ihnen ausgeübten Auftriebskräfte starr gemacht werden. Größere Flugzeuge haben starre Flügeloberflächen, die zusätzliche Festigkeit bieten.
Ob flexibel oder starr, die meisten Flügel haben einen starken Rahmen, um ihnen ihre Form zu geben und den Auftrieb von der Flügeloberfläche auf den Rest des Flugzeugs zu übertragen. Die Hauptstrukturelemente sind eine oder mehrere Spars, die von Wurzel zu Trinkgelder laufen, und viele Rippen, die von der Führung (vorne) bis zur nach hinten (hinteren) Kante laufen.
Frühe Flugzeugmotoren hatten wenig Kraft und Leichtigkeit war sehr wichtig. Auch frühe Tragflächenabschnitte waren sehr dünn und konnten innen keinen starken Rahmen installiert. Bis in die 1930er Jahre waren die meisten Flügel zu leicht, um genug Kraft zu haben, und es wurden externe Streben und Drähte hinzugefügt. Als die verfügbare Motorleistung in den 1920er und 30er Jahren zunahm, konnten Flügel schwer und stark genug gemacht werden, damit die Verringerung nicht mehr benötigt wurde. Diese Art von Unzierten wird als Auslegerflügel bezeichnet.
Flügelkonfiguration
Die Anzahl und Form der Flügel variiert bei verschiedenen Typen stark. Eine bestimmte Flügelebene kann in voller Spannweite oder durch ein Zentral geteilt sein Rumpf in Port (links) und Steuerbord (rechts) Flügel. Gelegentlich wurden noch mehr Flügel verwendet, mit dem Dreiflügel Trible im Ersten Weltkrieg einen Ruhm erzielen. Das vierflügelige Vierruder und andere Mehrfach Entwürfe hatten wenig Erfolg.
A Eindecker hat ein einzelnes Flügelflugzeug, a Doppeldecker hat zwei übereinander gestapelt, a Tandemflügel Hat zwei hintereinander gelegt. Als die verfügbare Motorleistung in den 1920er und 30er Jahren zunahm und die Aussteigerung nicht mehr benötigt wurde, wurde das Monoplane von ungemeinigem oder fremdem Mund zur häufigsten Form des angetriebenen Typs.
Der Flügel Planform ist die Form, wenn sie von oben aus gesehen. Um aerodynamisch effizient zu sein, sollte ein Flügel mit einer langen Zeitspanne von Seite zu Seite gerade sein, aber einen kurzen Akkord haben (hoch Seitenverhältnis). Um jedoch strukturell effizient zu sein, und damit ein leichtes Gewicht, muss ein Flügel eine kurze Spannweite haben, aber immer noch genügend Fläche, um Lift zu bieten (niedriger Seitenverhältnis).
Bei transonischen Geschwindigkeiten (in der Nähe der Schallgeschwindigkeit) hilft es, den Flügel rückwärts oder vorwärts zu fegen, um den Luftwiderstand von überschonischen Stoßwellen zu verringern, wenn sie sich bilden. Das Flügel gefegt Ist nur ein gerader Flügel rückwärts oder nach vorne gefegt.
Das Deltaflügel ist eine Dreiecksform, die aus mehreren Gründen verwendet werden kann. Als flexibel Rogallo FlügelEs ermöglicht eine stabile Form unter aerodynamischen Kräften und wird daher häufig für ultraleichte Flugzeuge und sogar für ultraleichte Flugzeuge verwendet Drachen. Als Überschallflügel kombiniert es eine hohe Festigkeit mit geringem Luftwiderstand und wird daher häufig für schnelle Jets verwendet.
Ein variabler Geometrieflügel kann im Flug in eine andere Form geändert werden. Das Variablen-Sweep-Flügel Transformationen zwischen einer effizienten geraden Konfiguration für Start und Landung in eine mit niedrigem Drap gesenkte Konfiguration für Hochgeschwindigkeitsflug. Andere Formen variabler Planform wurden geflogen, aber keiner ist über die Forschungsphase hinausgegangen.
Rumpf
A Rumpf ist ein langer, dünner Körper, normalerweise mit sich verjüngten oder abgerundeten Enden, um seine Form zu erstellen aerodynamisch glatt. Der Rumpf kann die enthalten Boardpersonal, Passagiere, Fracht oder Nutzlast, Kraftstoff und Motoren. Die Piloten bemannter Flugzeuge betreiben sie von a Cockpit befindet sich vorne oder oben am Rumpf und mit Steuerelementen und in der Regel Fenster und Instrumente ausgestattet. Eine Ebene kann mehr als einen Rumpf haben oder es kann mit Booms mit dem Schwanz ausgestattet werden, der sich zwischen den Booms befindet, damit die extreme Rückseite des Rumpfes für eine Vielzahl von Zwecken nützlich sein kann.
Flügel gegen Körper
Fliegender Flügel
Ein fliegender Flügel ist ein Rücksturzflugzeuge das hat kein definitiv Rumpf. Der größte Teil der Besatzung, der Nutzlast und der Ausrüstung befindet sich in der Hauptflügelstruktur.[53]
Die Fliegflügelkonfiguration wurde in den 1930er und 1940er Jahren ausführlich untersucht, insbesondere in Jack Northrop und Cheston L. Eshelman in den Vereinigten Staaten und Alexander Lippisch und die Horten Brothers in Deutschland. Nach dem Krieg basierten mehrere experimentelle Entwürfe auf dem fliegenden Flügelkonzept, aber die bekannten Schwierigkeiten blieben unlösbar. Einige allgemeine Interessen dauerten bis in die frühen 1950er Jahre, aber Designs bot nicht unbedingt einen großen Vorteil in Reichweite und stellte mehrere technische Probleme vor, was zur Einführung von "konventionellen" Lösungen wie dem führte Convair B-36 und die B-52 StratoFortress. Aufgrund des praktischen Bedürfnisses eines tiefen Flügel Airlifter Entwurf.
Das Interesse an fliegenden Flügeln wurde in den 1980er Jahren aufgrund ihres potenziell niedrigen Radar Reflexionsquerschnitte. Stealth -Technologie stützt sich auf Formen, die nur Radarwellen in bestimmte Richtungen widerspiegeln, wodurch das Flugzeug schwierig zu erkennen ist, es sei denn, der Radarempfänger befindet sich in einer bestimmten Position im Verhältnis zum Flugzeug - eine Position, die sich ununterbrochen ändert, wenn sich das Flugzeug bewegt. Dieser Ansatz führte schließlich zum Northrop B-2-Geist Stealth Bomber. In diesem Fall sind die aerodynamischen Vorteile des fliegenden Flügels nicht der Hauptbedarf. Moderne computergesteuerte Fly-by-Wire Systeme ermöglichten viele der aerodynamischen Nachteile des fliegenden Flügels, was einen effizienten und stabilen Langstreckenbomber ermöglicht.
Mischflügelkörper
Mischflügelkörperflugzeuge verfügen über einen abgeflachten und luftflächenförmigen Körper, der den größten Teil des Aufzugs erzeugt, um sich in der Luft zu halten, und unterschiedliche und getrennte Flügelstrukturen, obwohl die Flügel glatt mit dem Körper eingemischt werden.
So enthalten Mischflügel -Flugzeuge Designmerkmale sowohl aus einem futuristischen Rumpf als auch von fliegendem Flügeldesign. Die angeblichen Vorteile des gemischten Flügelkörperansatzes sind effiziente Hochgehaltflügel und eine breite Tragflächenprofil-Shapter Körper. Dies ermöglicht es dem gesamten Handwerk, dazu beizutragen Aufzug Erzeugung mit dem Ergebnis eines potenziell erhöhten Kraftstoffverbrauchs.
Hubkörper
Ein Hubkörper ist eine Konfiguration, in der der Körper selbst produziert Aufzug. Im Gegensatz zu a fliegender Flügel, was ein Flügel mit minimaler oder nicht konventionellem ist RumpfEin Hebenskörper kann als Rumpf mit wenig oder gar nicht konventionellem Flügel betrachtet werden. Während ein fliegender Flügel versucht, die Kreuzfahrt -Effizienz bei zu maximieren Unterschall Geschwindigkeiten durch Eliminierung von Oberflächen ohne Lifte und Hebekörper minimieren im Allgemeinen die Luftwiderstand und Struktur eines Flügels für Unterschall, Überschall-, und Hyperschall Flug, oder,, Raumfahrzeug Wiedereintritt. All diese Flugregime stellen Herausforderungen für die ordnungsgemäße Flugstabilität dar. Hebenskörper waren in den 1960er und 70er Jahren ein wichtiges Forschungsgebiet, um ein kleines und leicht bemanntes Raumschiff zu bauen. Die USA bauten mehrere berühmte Hebekörperraketenebenen, um das Konzept zu testen, sowie mehrere Raketen-Start-Wiedereintrittsfahrzeuge, die über den Pazifik getestet wurden. Das Interesse leistete als die US-Luftwaffe verlorenes Interesse an der bemannten Mission, und die große Entwicklung endete während der Space Shuttle -Designprozess Als klar wurde, dass die stark geformten Rumpfe schwierig machten, Kraftstofftankungen anzupassen.
Empnennage und Vorspiel
Der Klassiker Tragflächenprofil Der Abschnittsflügel ist im Flug instabil und schwer zu kontrollieren. Flexible Flügeltypen verlassen sich häufig auf eine Ankerlinie oder das Gewicht eines darunter liegenden Piloten, um die richtige Einstellung aufrechtzuerhalten. Einige freifliegende Typen verwenden ein angepasstes Tragefiel, das stabil ist, oder andere geniale Mechanismen, einschließlich zuletzt elektronischer künstlicher Stabilität.
Um Stabilität und Kontrolle zu erreichen, haben die meisten Arten von Festflügel eine EMPENNAGE bestehend aus einer Flosse und einem Ruder, die horizontal handeln, und einen Heckplan und einen Aufzug, der vertikal wirkt. Diese Kontrollflächen können typischerweise beschnitten werden, um die Kontrollkräfte für verschiedene Flugphasen zu lindern. Dies ist so häufig, dass es als konventionelles Layout bekannt ist. Manchmal gibt es zwei oder mehr Flossen, die entlang des Abgängers ausgereiht sind.
Einige Typen haben eine horizontale "Ente"Vorspiel vor dem Hauptflügel, anstatt dahinter.[54][55][56] Dieses Vorspiel kann zum Auftrieb, zur Ausstattung oder zur Steuerung des Flugzeugs oder zu einigen davon beitragen.
Kontrollen und Instrumente
Flugzeuge haben komplex Flugsteuerungssysteme. Die Hauptsteuerungen ermöglichen es dem Piloten, das Flugzeug in der Luft zu lenken, indem sie die steuern Attitüde (Rollen, Tonhöhe und Gier) und Motorschub.
Auf bemannten Flugzeugen, Cockpit Instrumente liefern die Piloten Informationen, einschließlich Flugdaten, Motorausgabe, Navigation, Kommunikation und andere Flugzeugsysteme, die installiert werden können.
Sicherheit
Wenn das Risiko durch Todesfälle pro Passagierkilometer gemessen wird, ist die Flugreise ungefähr 10 -mal sicherer als mit Bus oder Schiene. Bei der Verwendung der Todesfälle pro Reisestatistik ist die Flugreise jedoch wesentlich gefährlicher als Auto-, Schienen- oder Busreisen.[57] Die Flugreiseversicherung ist aus diesem Grund relativ teuer - in der Regel verwenden die Todesfälle die Todesfälle pro Reisestatistik.[58] Es gibt einen signifikanten Unterschied zwischen der Sicherheit von Fluggesellschaften und der kleineren privaten Ebenen, wobei die pro-Meilen-Statistik darauf hinweist, dass Fluggesellschaften 8,3-mal sicherer sind als kleinere Flugzeuge.[59]
Umweltbelastung
Wie alle Aktivitäten, die beteiligt sind Verbrennung, fossile Flugzeugfreisetzung fossiler Branchen Ruß und andere Schadstoffe in die Atmosphäre. Treibhausgase wie zum Beispiel Kohlendioxid (Co2) werden auch produziert. Darüber hinaus gibt es Umweltauswirkungen, die für Flugzeuge spezifisch sind: Zum Beispiel, zum Beispiel,
- Flugzeuge, die in hohen Höhen in der Nähe der operieren Tropopause (hauptsächlich groß Jet -Fluggesellschaften) Aerosole emittieren und verlassen Gegnerbeide können zunehmen Cirrus Cloud Bildung - Die Wolkendecke kann seit der Geburt der Luftfahrt um bis zu 0,2% gestiegen sein.[60]
- Flugzeuge, die in großen Höhen in der Nähe der Tropopause arbeiten Stickstoffverbindungen, die mit Ozon interagieren und die Ozonkonzentrationen erhöhen.[61][62]
- Die meisten leichten Kolbenflugzeuge brennen Avgas, was beinhaltet Tetraethyllead (Tel). Einige Kolbenmotoren mit niedrigerer Kompressionen können auf Bemühungen arbeiten Mogas und Turbinenmotoren und Dieselmotoren - keines von beiden, die Blei erfordern - werden bei einigen neueren verwendet leichtes Flugzeug. Einige nicht beschlagnahmte Licht elektrisches Flugzeug sind bereits in Produktion.
Ein weiterer Umwelteinfluss von Flugzeugen ist Lärmbelästigunghauptsächlich durch Flugzeuge, die abheben und landen.
Siehe auch
- Flugzeugflugmechanik
- Luftfahrt
- Kraftstoffeffizienz
- Liste der Höhenaufzeichnungen, die von verschiedenen Flugzeugtypen erreicht sind
- Rotorcraft
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