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战后的航空

1945年至1979年期间有时被称为战后时代或战后政治共识时期。 在此期间,航空业由喷气机时代的到来主导。 在民用航空中,喷气发动机允许商业航空旅行的大量扩展,而在军用航空中,它导致了超音速飞机的广泛引入。

到第二次世界大战结束时,德国和英国已经有军用喷气式飞机。 接下来的几年里,喷气发动机由所有主要大国和军用喷气式飞机开发,并与空军一起服役。 苏联最重要的未来几十年未来喷气式战斗机开发设计局,米高扬 – 古列维奇,开始准备用小型实验性活塞式发动机MiG-8 Utka推进器制造侧翼式喷气式飞机,该飞行器略微扫过飞行在VE日之后几个月,它就会回来。

超音速飞行于1947年由美国贝尔X-1火箭飞机实现,但火箭发动机的使用将证明是短暂的。 加力燃烧室的发展很快使喷气发动机能够提供类似水平的推力和更大的航程,同时不需要氧化剂并且更安全。 1954年,第一架投入使用的超音速喷气式飞机是北美F-100超级战斗机。

与此同时,正在开发商用喷气式客机,其中第一个是英国de Havilland Comet,于1949年首次飞行并于1952年投入使用。彗星遭遇了一个新的意外问题,现在被称为金属疲劳,几个例子坠毁,并由在引入新版本的时候,波音707这样的美国型号已经超越了它的设计,并没有取得商业上的成功。 这些类型及其后代促成了一个巨大的社会变革时代,以“喷气式飞机”等流行语言为代表,并引入了时差等新的医学综合症。

纯涡轮喷气发动机不具有燃油效率。 涡轮风扇发动机通过在发动机核心周围传递一些空气并将其与排气混合来提高热力学效率。 这减少了燃料燃烧,增加了范围并降低了给定飞机的操作成本。 战争期间英国和德国的发展已经开始,但第一个生产版本劳斯莱斯康威直到1960年左右才开始使用。

有人试图开发一种超音速客机,英法协和和苏联图波列夫图-144在20世纪70年代投入使用,但由于超音速下的高油耗,它们在实践中证明是不经济的。 这些飞机的相关污染和声音爆炸也提高了人们对航空环境影响的认识,因此很难找到准备容忍它们的国家。

在此期间还发生了许多其他进展,例如直升机的引入,用于运动飞行的织物Rogallo翼的开发以及瑞典Saab Viggen喷气式战斗机重新引入鸭翼或“尾部优先”配置。

飞机

超音速飞行
设计师已经知道,当飞机接近声速(Mach 1)时,在跨音速区域,冲击波开始形成,导致阻力大幅增加。 已经很薄的翅膀必须变得更薄更精细。 细度是衡量机翼与前后弦相比有多薄的尺度。 一个小型,高负荷的机翼具有较小的阻力,所以一些早期类型使用这种类型,包括贝尔X-1火箭飞机和洛克希德F-104星际战斗机。 但这些飞行器的起飞速度很快,Starfighter在起飞过程中导致飞行员死亡,小型机翼不再使用。 德国设计师在战争期间开创的一种方法是以一定角度扫过机翼,延迟冲击波的积累。 但这使得机翼结构更长,更灵活,使飞机更容易受到弯曲或气动弹性的影响,甚至导致飞行控制系统的反转。 后掠翼的失速行为也很难理解,可能非常尖锐。 其他问题包括可能产生致命力的发散振荡。 在研究这些影响时,许多飞行员丧生,例如de Havilland DH.108 Swallow的所有三个例子都在空中分手,杀死了他们的飞行员。 而另一个幸存的只是因为他降低了座位,以便在剧烈振荡发展时,他没有将头撞在树冠上并且打破了他的脖子。

三角形三角翼具有扫掠前缘,同时保持足够深的翼根以获得结构刚度,并且从法国Dassault Mirage战斗机的引入,它成为一种流行的选择,有或没有尾翼。

但是平原三角翼在战斗中比在更传统的锥形机翼上更难以操纵,并且随着时间的推移变得更加严格,尾部,裁剪,双三角,鸭式和其他形式出现。

随着速度的增加并变得完全超音速,升力的机翼中心向后移动,导致纵向调整的变化和称为马赫褶皱的俯仰倾向。 必须使超音速飞机能够充分调整,以便在飞行的所有阶段保持足够的控制。

在大约2.2马赫的速度以上,机身开始随着空气的摩擦而升温,导致用于较低速度的便宜,易于操作的轻合金的热膨胀和强度损失。 此外,喷气发动机开始达到极限。 洛克希德SR-71黑鸟由钛合金制成,具有特殊的波纹表皮以吸收热膨胀,双循环涡扇喷气发动机采用特殊的耐温燃料。 通过沿着机身使用机翼的长“中”延伸部分减少了马赫褶皱,这在超音速下提供了更大的提升。

超音速飞行的另一个问题被证明是其对环境的影响。 大型飞机会产生巨大的冲击波或“音爆”,这可能会干扰或损坏它所经过的任何东西,而高阻力会导致高油耗和随之而来的污染。 随着协和式超音速运输的引入,这些问题变得更加突出。

引擎
由径向或直列式活塞发动机驱动的螺旋桨在第二次世界大战结束时仍然主导着航空,其简单性和低成本意味着它现在仍然在用于要求较低的应用中。

一些早期尝试实现高速,例如Bell X-1,使用火箭发动机。 然而,火箭发动机需要氧化剂和燃料,使得这些飞机难以处理并且短程。 混合动力双电机类型如Saunders-Roe SR.53使用火箭来提高“超音速冲刺”的速度。 如果加力燃烧室的发展允许喷气发动机提供类似水平的推力,火箭动力就局限于导弹。

随着喷气涡轮机的发展,出现了不同的类型。 基本的喷气涡轮机有两种形式,轴向或离心压缩机。 轴向流动在理论上更有效,体积更小,但需要更高的技术才能实现。 因此,早期的喷气机是离心式的。 不久之后,轴流型变得占主导地位。

涡轮机主题的变化是涡轮螺旋桨。 这里,涡轮机不仅驱动压缩机而且驱动主螺旋桨。 在较低的速度和高度下,这种设计比喷气式涡轮机更有效和经济,同时具有比活塞发动机更轻的重量。 因此,它在低成本活塞发动机和高性能喷气发动机之间找到了一席之地。 劳斯莱斯飞镖为Vickers Viscount客机提供动力,该客机于1948年首飞,目前仍在生产涡轮螺旋桨飞机。

喷气发动机的下一个发展是加力燃烧室。 发现纯涡轮喷气机的飞行速度比声速快一点。 为了提高超音速飞行的速度,在类似于火箭发动机上看到的发散喷嘴的上游,将燃料喷射到发动机排气中。 随着燃料燃烧,它膨胀,与喷嘴反应,向后驱动排气,向前驱动发动机。

涡轮喷气发动机具有很高的燃油消耗,并且燃烧后更是如此。 使发动机更有效的一种方法是使其以较慢的速度通过较大质量的空气。 这导致了旁通涡轮风扇的发展,其中前部的较大直径的风扇将一些空气进入压缩机而其余部分绕过旁路,其以比喷射排气更慢的速度流过发动机。 风扇和压缩机需要以不同的速度旋转,从而形成双轴涡轮风扇,其中两组涡轮机安装在以不同速度旋转的同心轴上,分别驱动风扇和高压压缩机。 进一步采用该原理,高旁通涡轮风扇甚至更有效,通常具有三个线轴,每个线轴以不同的速度旋转。

提高效率的另一种方法是提高燃烧温度。 这需要能够在高温下保持其强度的改进材料,并且发动机芯的开发在很大程度上遵循可用材料的进步,例如通过开发精密制造的陶瓷部件和单晶金属涡轮叶片。 劳斯莱斯为​​Rolls-Royce RB211涡扇发动机开发了一种碳复合材料风扇,但事件发现该材料没有足够的损伤容限,并且它们又恢复到更传统的钛金属。

航空电子学
可靠电子设备的出现导致航空电子系统的逐步发展,用于飞行控制,导航,通信,发动机控制和军事目的,如目标识别和武器瞄准。

新的无线电定位系统提供了导航信息,该导航信息可用于控制预先设定飞行特定路线的自动驾驶仪,而不是简单地维持当前的高度和航向。 无线电通信变得更加复杂,在很大程度上应对随着天空变得越来越拥挤而越来越多的使用。

在军事领域,开发了识别朋友或敌人(IFF)系统,使军用飞机能够在其导弹的射程范围内相互识别但超出视距范围。 武器瞄准系统发展成火控系统,能够在不同目标上布防,发射,跟踪和控制多枚导弹。 平视显示器(HUD)是从战时反射器瞄准器开发的,为飞行员提供关键飞行信息,无需将眼睛降低到仪表板。 航空电子设备不断增加的能力和脆弱性促成了空中预警(EW)和电子对抗(ECM)系统的发展。

垂直起飞(VTOL)
直升机和旋翼机都在战争中看到了服务。 虽然能够进行垂直起降运行,但旋翼飞行器效率低,价格昂贵且速度慢。 Bachem Natter点防御拦截器使用了一种基本形式的垂直起降,在火箭动力下垂直起飞,飞行员后来通过降落伞垂直着陆,同时飞船坠落并坠毁,但这不是一个实用的战后解决方案。

在战后时期,许多方法都进行了试验,试图将传统飞机的高速度与直升机的VTOL便利性结合起来。 只有三个最终会进入生产阶段,而在此期间只有两个这样做。 Hawker Siddeley Harrier“Jump Jet”取得了巨大成功,由英国,美国,西班牙和印度运营,有多个版本,并在英国 – 阿根廷福克兰群岛战争中取得重大进展。 Yakovlev Yak-36经历了令人不安的,漫长而昂贵的开发,从未达到其设计性能,但最终成为可操作的Yak-38。

旋翼机
第一架实用直升机是在第二次世界大战期间开发的,随后几年又出现了更多的设计。 对于一般用途,Igor Sikorsky在美国开发的配置很快就占据了主导地位。 通过具有循环和集体俯仰控制的铰接式转子头实现控制,而转子扭矩通过侧向尾部转子抵消。 直升机广泛用于许多不同的角色,包括空中观察,搜救,医疗后送,消防,建筑和一般运输到其他难以到达的地方,如山边和石油钻井平台。

在重型提升应用中,串联转子配置也取得了一些成功,例如在波音Chinook系列中。 其他双转子配置,例如相互啮合,同轴或并排也有一些用途。

在20世纪30年代后期和整个战争期间使用的旋翼机已经降级为私人航空,并且从未被广泛接受。 沃利斯的一个例子,“小内莉”,因其在詹姆斯邦德电影中的出现而闻名。

直升机的另一个变种是gyrodyne,它增加了一个用于向前推力的传统螺旋桨,并且仅为主旋翼提供垂直飞行。 没有进入生产。

Convertiplanes
垂直升降飞机具有用于向前飞行中的升力的传统机翼和用作垂直飞行的升力旋翼的旋翼,然后向前倾斜以用作向前飞行中的螺旋桨。 在倾斜翼变型中,整个机翼 – 转子组件倾斜,而在倾转旋翼机中,机翼保持固定并且仅发动机 – 转子组件倾斜。 提升转子和推进螺旋桨的要求不同,并且用于垂直升降飞机的转子必须是两者之间的折衷。 一些设计使用的是有效的螺旋桨而不是转子,具有较小的直径并且针对向前飞行进行了优化,而其他设计选择了更大的尺寸以牺牲前进速度来提供更好的提升力。 在战后的几年里,没有垂直飞机投入生产,但贝尔波音V-22鱼鹰倾转旋翼机最终将于1989年飞行,最终在18年后投入使用。

尾保姆
尾部保持器是传统的飞机,它们在地面上垂直指向并且在起飞后将整个飞机水平倾斜以向前飞行。 早期的设计使用螺旋桨推力,而后来的设计使用喷射推力。 飞行员的态度和能见度问题使得这个想法变得不切实际。

喷射和风扇升降机
为了将升力用于升力,尾部坐姿的不切实际意味着飞机在保持水平姿态的同时必须垂直起降。 解决方案尝试包括提升风扇(通常埋在机翼中),旋转发动机舱,其概念类似于垂直升降飞机,专用轻型升力喷气机或涡轮风扇,通过根据需要偏转喷气排气进行推力矢量化,以及这些的各种组合。

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只有推力矢量经得起时间的考验,引入了Rolls-Royce Pegasus旁路涡扇发动机,该发动机具有用于冷风机(旁路)和热排气流的单独矢量喷嘴,首先在Hawker P.1127 VTOL研究飞机上飞行1960年

P.1127及其继承者Kestrel的成功直接导致了1969年亚音速Hawker Siddeley Harrier“Jump jet”的服务引入。该类型产生了多种变体,特别是Sea Harrier和McDonnell Douglas AV-8B鹞II“大翼”鹞。 例子见于英国,美国,西班牙和印度的运营服务。 鹞式最显着的攻击是在1982年英国 – 阿根廷福克兰群岛战争中使用皇家海军舰载海鹞,以空对空和空对地作战。

VTOL鹞的成功促使苏联引入了一个使用排气推力矢量和额外的前向升力喷气机的对应物,Yakovlev Yak-36于1971年飞行,后来演变为可操作的Yakovlev Yak-38。 Yak-38于1978年投入使用,在有效载荷能力和热高性能方面都受到限制,并且只看到有限的部署。

民航
涡轮风扇和便宜的航空旅行
英国德哈维兰彗星号是第一架飞行的喷气式客机(1949年),也是第一架服役的飞机(1952年),也是第一架提供定期喷气式跨大西洋服务的飞机(1958年)。 所有版本中有114个已经建成,但是Comet 1有严重的设计问题,在9架原始飞机中,有4架坠毁(一架起飞,三架在飞行中破裂),这使整个机队停飞。 彗星4解决了这些问题,但该项目被跨大西洋运行的波音707超越。 Comet 4发展成为Hawker Siddeley Nimrod,于2011年6月退役。

在Comet 1接地后,Tu-104成为第一架提供持续可靠服务的喷气式客机,在彗星碰撞事故调查结果出来之前推迟推出。 它是世界上唯一一架1956年至1958年间运营的喷气式客机(此后彗星4和波音707进入服役)。 这架飞机由Aeroflot(1956年)和捷克航空公司ČSA(1957年)运营。 ČSA成为世界上第一家使用Tu-104A变体飞行喷气式航线的航空公司。

第一架具有重大商业成功的西方喷气式客机是波音707.它于1958年开始在纽约至伦敦航线上运营,这是第一年跨越大西洋的乘客乘飞机旅行而不是乘船。 可比较的远程客机设计是DC-8,VC10和Il-62。 波音747,“巨型喷气式飞机”,是第一架降低飞行成本并进一步加速喷气机时代的宽体飞机。

涡轮风扇发动机的统治的一个例外是涡轮螺旋桨发动机的图波列夫图-114(1957年首次飞行)。 这架客机能够匹配甚至超过当代喷气机的性能,但是这种动力装置在大型机身中的使用仅限于1976年以后的军队。

喷气式飞机能够比活塞式动力飞行器飞得更高,更快,更远,使得洲际和洲际旅行比过去更快更容易。 制造长洲和跨洋航班的飞机现在可以不间断地飞往目的地,使得世界上的大部分地区首次在一天的旅行中可以进入。 随着需求的增长,客机变得更大,进一步降低了航空旅行的成本。 来自更多社会阶层的人可以负担得起在自己国家之外旅行的费用。

通用航空
使用类似于汽车工业的大规模生产技术降低了私人飞机的成本,其中Cessna 172和Beechcraft Bonanza等类型被广泛使用,172甚至超过了战时生产水平。

飞机越来越多地用于专业角色,如作物喷洒,警务,消防,空中救护等等。

随着直升机技术的发展,它们也得到了广泛的应用,主要是西科斯基采用单主旋翼和尾部反扭矩转子的方法。

随着动力飞机和滑翔机变得更加复杂,运动飞行也得到了发展。 玻璃纤维结构的引入使滑翔机达到了新的性能水平。 在20世纪60年代,重新引入悬挂式滑翔机,现在使用灵活的Rogallo机翼,迎来了超轻型飞机的新时代。

安全燃气燃烧器的发展导致了热气球的重新引入,并成为一项受欢迎的运动。

超音速运输
1976年将协和式超音速运输(SST)客机引入常规服务预计将带来类似的社会变化,但飞机从未取得商业成功。 经过几年的服务,2000年7月在巴黎附近发生的致命事故以及其他因素最终导致协和飞行在2003年停止。这是民用服务中唯一的SST损失。 只有一个SST设计用于民用,即苏联时代的Tu-144,但由于高维护和其他问题,它很快被撤回。 麦克唐纳道格拉斯,洛克希德和波音是三家美国制造商,最初计划自20世纪60年代开始开发各种SST设计,但这些项目最终因各种发展,成本和其他实际原因而被放弃。

军用航空
紧接着第二次世界大战后的几年,军用喷气机的广泛设计和引进。 早期型号,例如Gloster Meteor和Saab J 21R,仅仅是适用于喷气发动机的二战技术。 然而,喷气动力飞机所实现的更高速度导致了许多设计和复杂性的逐步进步。 机枪和大炮在高速时难以有效使用,导弹武器变得更加普遍。 像Mikoyan-Gurevich MiG-15和北美F-86 Saber这样的喷气式飞机很快就引入了后掠翼以减少跨音速的阻力,并在朝鲜战争中看到了战斗。

轰炸机也采用了新技术。 越来越多的核武器供应导致引进了核武器远程战略轰炸机,如美国波音B-52和英国V型轰炸机。 苏联轰炸机继续使用涡轮螺旋桨飞机更长时间。

1954年,第一架进入航线的超音速喷气式飞机是北美F-100超级战斗机。三角翼被发现为超音速飞行提供了几个优势,并且在有或没有尾翼的情况下,与更传统的后掠翼一起变得司空见惯。 它提供了高细度比和良好的结构强度,重量轻,Dassault Mirage III和Mikoyan-Gurevich MiG-21系列三角翼战斗机被大量使用。

到越南战争期间,直升机开始在敌对行动中发挥积极作用,引入贝尔“休伊”眼镜蛇攻击直升机。 此时的其他发展包括摇臂式通用动力公司F-111和英国VTOL霍克鹞,尽管这些技术尚未广泛部署。

航空电子设备,跟踪系统和战场通信都变得越来越复杂。

1967年萨博Viggen的到来促使更广泛的重新评估飞机设计。 发现“鸭式”前板有助于将气流引导到机翼上,允许在高迎角和低速下飞行而不会停转。

导弹
喷气式飞机的速度和高度,以及任何战斗参与的短暂持续时间,导致了导弹和防御的广泛引入。

空中导弹是为许多角色而开发的。 小型寻热或雷达跟踪导弹用于空对空作战。 较大的版本用于空对地攻击。 最大的是它们的远程等效物,即用于从安全距离运送核弹头的防区外导弹。

防空导弹也从较小的战术防空武器发展到远程类型,用于在进入国内空域之前拦截高空核轰炸机。

在第二次世界大战结束时,导弹制导系统粗糙且不可靠。 电子,传感器,雷达和无线电通信的快速发展使得制导系统变得更加复杂和可靠。 战后改进或引入的制导系统包括无线电指令,电视,惯性,天文导航,各种雷达模式,以及对于一些短程导弹,控制线。 后来,手动瞄准目标的激光指示器开始使用。

地面活动

制造业
尽管在私人航空中继续使用木材,但第二次世界大战结束后,铆接的应力皮铝机身的制造仍普遍存在。 追求更大的强度以减轻重量导致引入先进且通常昂贵的制造技术。 20世纪60年代和70年代的主要发展包括; 从实心坯料铣削复杂零件,而不是从较小的零件上铣削,使用合成树脂粘合剂代替铆钉,以避免铆钉孔周围的应力集中和疲劳,以及电子束焊接。

玻璃纤维和后来的碳纤维等复合材料的开发,使设计师们能够制造出更加流畅的空气动力学形状。 然而,这些新材料的未知特性意味着引入缓慢且有条理。

机场
战后,许多军用机场成为民用机场,而战前机场则恢复了以前的作用。 飞机时代迎来的航空旅行的快速增长要求全球机场设施同样迅速扩大。

随着喷气客机的增大和每次航班的乘客数量的增加,开发了更大,更复杂的设备来处理飞机,乘客和行李。

雷达系统变得司空见惯,任何时候都需要空中交通管制设施来管理天空中的大量飞机。

跑道变得更长,更平滑,可以容纳新的,更大更快的飞机,同时安全考虑和夜间飞行导致跑道照明得到很大改善。

主要机场变得如此广阔和繁忙,其环境影响变得很大,任何新机场的选址,甚至是现有机场的扩建,都成为一项重大的社会和政治事务。

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