1、 关于轻型飞机的专题报告 第 1 页 共 15 页关于轻型飞机的专题报告轻型飞机经历了近 40 年的发展，具有应用广泛、飞行地域广、工作效率高的特点，其作为一种快捷灵便、经济高效的先进运载工具，已在经济发达的国家得到了广泛的运用。目前全世界拥有各种通用、专用轻型飞机约 30 万架占民用飞机总量的 80以上，占世界飞机总量的 70左右，通常用于交通运输、土地测绘、资源勘探、环境监测、科学实验、航空训练、安全巡逻、人员救护、快邮传递、农林防治、文化体育、行政公务、旅游观光等项专业飞行。尤其是近 10 年来，商务通勤机、公务机及私人专用机的兴起正在大大推动着轻型飞机的发展。正因为近些年来，陆上交通运
2、输的发展遭遇着瓶颈问题，所以轻型飞机的发展势头迅猛，其推行及普及必然成为解决陆上交通拥挤的又一可行方案。1.轻型飞机概括1.1 轻型飞机的概念轻型飞机一般是指最大起飞重量小于 5700 公斤的飞机，目前全世界共有 40 万架。由于这种飞机具有轻便、安全、使用要求低、能在草地起降、易于操作、价格低廉等特点，在国外被广泛用于私人飞行、公务飞行、商业运输、空中游览、飞行训练、航空俱乐部、地质勘探、航空摄影、紧急救护、播种施肥、森林和渔业巡逻、灭火和探矿等。轻型飞机主要可分为旋翼机、直升机、滑翔机、固定翼飞机和三角翼机等。 1图 1.轻型直升机 图 2. 轻型旋翼机 关于轻型飞机的专题报告 第 2 页
3、 共 15 页图 3.轻型固定翼机 图 4. 轻型滑翔机 图 5.轻型三角翼机1.2 轻型飞机的特点轻型飞机主要特点是轻型，这主要是由于它的结构简单、对各种仪器设备要求较低和使用了多种由复合材料造成的部件组装而成，是一种极易普及推广的大众航空器。结构简单：一架轻型飞机的空机重量只有三四百公斤至几千公斤，由发动机、铝合金和一些新型材料构成，多数为无座舱或半座舱式，由简单的飞行仪表和发动机仪表组成。起降方便：轻型飞机的起飞和着陆滑跑距离短，一般只有几十上百米，有的飞机只有十几米。由于滑跑距离短，所需场地小，这就给飞机的使用和推广带来了许多方便。低空低速性能好：轻型飞机的飞行速度，一般为 50-30
4、0 千米/ 小时左右。这种速度范围，适于喷药灭虫、巡视交通、抢险救灾等工作要求或公务包机、私人飞机等。与大飞机相比，超轻型飞机的爬升角一般都比较大，越障能力比较强，更适于超低空飞行和作业。驾驶容易：轻型飞机发展到今天，大多具有良好的稳定性和操纵性，操纵件数量不多、仪表少，都是最基本的，对初学飞行者来说，容易熟悉和掌握。一般人通过一、两个月的学习就能顺利地飞行。运输、使用和维护方便：多数超轻型飞机都可以拆成散装件，运到使用地点后装配起来。出厂时全部零、构件装在包装箱中，送交用户后，一、二天内就可完成全机的装配。轻型飞机的地勤人员很少，在国外用于运动、娱乐的超轻型飞机，一般都是飞行员兼地勤，只在少
5、数情况下才须人帮助。经济安全：轻型飞机由于构造简单，造价低廉，一架超轻型飞机只需十几万元到几十万元，一般单位和个人都能买得起，维护费用也较低，飞行油耗也很省，飞机不需要修建专用机场和设施。由于轻型飞机具有良好的低空低速和滑翔性能，即关于轻型飞机的专题报告 第 3 页 共 15 页使发动机空中停车，也能在野外安全降落。 22.轻型飞机的飞行原理轻型飞机的升力绝大部分是由机翼产生，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。空气流到机翼前缘，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，流管较细，说明流速加快，压力降低。而机翼下表面，
6、气流受阻挡作用，流管变粗，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。 3图 6. 平直翼型升力原理 4直升机的飞行原理：直升机的头上有个大螺旋桨，尾部也有一个小螺旋桨，小螺旋桨为了抵消大螺旋桨产生的反作用力。直升机发动机驱动旋翼提供升力，把直升机举托在空中，旋翼还能驱动直升机倾斜来改变方向。螺旋桨转速影响直升机的升力，直升机因此实现了垂直起飞以及降落。 图 7. 旋翼机原理及力的分解关于轻型飞机的专题报告 第 4 页 共 15 页旋翼机的飞行原理：与固定翼飞机相比，旋翼机没有机翼，取而代之的是一副大风车（旋翼） ，只要风车叶片采取一定的
7、翼型，风车在迎风旋转切割空气是就可以产生一个力，我们把风车旋转面向上倾斜，使这个力产生一个向上的分量，于是飞机就飞起来了。 3. 轻型飞机的主要组成部分及功用 5 自从世界上出现飞机以来，飞机的结构形式虽然在不断改进，飞机类型不断增多，但到目前为止，除了极少数特殊形式的飞机之外，大多数飞机都是由下面六个主要部分组成，即：机翼、机身、尾翼、起落装置、操纵系统和动力装置。它们各有其独特的功用。 3.1 机身 机身主要用来装载人员、货物、燃油、武器和机载设备，并通过它将飞机其它部件如尾翼、机翼及发动机等连接成一个整体。 图 8. 轻型固定翼飞机机身 图 9. 轻型直升飞机机身图 10.轻型旋翼机机身
8、关于轻型飞机的专题报告 第 5 页 共 15 页3.2 机翼以及尾翼 3.2.1 轻型固定翼机的机翼以及尾翼机翼是飞机上用来产生升力的主要部件，一般分为左右两个翼面。机翼通常有平直翼、后掠翼、三角翼等。机翼前后缘都保持基本平直的称平直翼，机翼前缘和后缘都向后掠称后掠翼，机翼平面形状成三角形的称三角翼，前一种适用于低速飞机（轻型飞机） ，后两种适用于高速飞机。图 11.平直翼 图 12.后掠翼 图 13.三角翼左右机翼后缘各设一个副翼，飞行员利用副翼进行滚转操纵。为了让飞机起飞时有尽可能大的升力和降低着陆接地速度，缩短起飞和着陆滑跑距离，左右机翼后缘还装有襟翼。襟翼平时处于收上位置，起飞着陆时放
9、下。它一般在机翼里段，左右两侧是同向翻转，只会下折以增大升力系数。分为简单襟翼，开缝襟翼，分裂式襟翼，福式襟翼。其中，福式襟翼最为普遍，它是将机翼下翼面下折，同时整体向后移动，一直推到上翼面后缘。这样，在增大机翼面积的同时，也增大了攻角，从而有利于飞机的起飞。1. 翼尖小翼 2. 低速副翼 3. 高速副翼 4. 襟翼滑轨整流罩 5. 前缘襟翼克鲁格襟翼 6. 前缘缝翼 7. 内侧襟翼 8. 外侧襟翼 9. 扰流板 10. 扰流板-减速板 图 14.平直机的机翼上的主要操纵面关于轻型飞机的专题报告 第 6 页 共 15 页复合材料主要应用于机翼，因为机翼需要承受压力和保持形状以免引起乱流的情况等
10、要求特殊要求，机翼的材料要求较高，一般用合金、复合材料或者两者共同结合而成。图 9. 某种复合材料机翼 6尾翼包括水平尾翼（平尾）和垂直尾翼（垂尾） 。水平尾翼由固定的水平安定面和可动的升降舵组成（某些型号的民用机和军用机整个平尾都是可动的控制面，没有专门的升降舵） 。垂直尾翼则包括固定的垂直安定面和可动的方向舵。尾翼的主要功用是用来操纵飞机俯仰和偏转，以及保证飞机能平稳地飞行。图 10. 水平尾翼 图 11. 垂直尾翼3.2.2 轻型直升飞机的主旋翼以及尾翼直升飞机的头上有个大螺旋桨，尾部也有一个小螺旋桨，小螺旋桨为了抵消大螺旋桨产生的反作用力。直升机发动机驱动旋翼提供升力，把直升机举托在空
11、中，旋翼还能驱动直升机倾斜来改变方向。螺旋桨转速影响直升机的升力，直升机因此实现了垂直起飞及降落。关于轻型飞机的专题报告 第 7 页 共 15 页直升飞机桨叶的形状与飞机螺旋桨的形状很相似，但直升飞机旋翼上的桨叶一般窄而薄，因为它们必须十分快速地旋转。直升飞机的旋转桨叶总成称为主旋翼。 如果在轴上为主旋翼桨叶提供一个微小的迎角并使轴旋转，桨叶就开始产生升力。向机身施加力的方式通常是在长尾桁上安装另外一组旋转桨叶。 这些桨叶称为尾旋翼。 尾旋翼的作用类似于飞机螺旋桨。 通过在侧面产生推力，抵消发动机使机身旋转的趋势，尾旋翼可抑制机身旋转。 图 12.直升飞机机翼3.2.3 轻型旋翼机的机翼以及尾
12、翼旋翼机除去旋翼外，还带有一副水平放置的螺旋桨以提供前进的动力，一般也装有较小的机翼在飞行中提供部分升力。由于旋翼为自转式，传递到机身上的扭矩很小，因此旋翼机无需单旋翼直升机那样的尾桨，但是一般装有尾翼，以控制飞行。在飞行中，旋翼机同直升机最明显的分别为直升机的旋翼面向前倾斜，而旋翼机的旋翼则是向后倾斜的。关于轻型飞机的专题报告 第 8 页 共 15 页图 13. 旋翼机机翼3.3 起落装置起落装置的功用是使飞机在地面或水面进行起飞、着陆、滑行和停放。着陆时还通过起落装置吸收撞击能量，改善着陆性能。早期陆上飞机起落装置比较简单，只有三个起落架，而且在空中不能收起，飞行阻力大。 现代起落架有两个
13、主轮，一般固定在左右机翼上，靠近翼根；第三个轮子，一般置放在机身前段上，这种布局叫做前三点式布局。有的轻型飞机，第三个轮子放在机尾下方，叫后三点式布局。前三点可保证飞机停在地面上时地板保持水平，而后三点可保证飞机起飞和降落时的攻角。图 14. 后三点式布局滑轮水上用的轻型飞机的起落装置一般用浮筒代替滑轮。关于轻型飞机的专题报告 第 9 页 共 15 页图 15. 浮筒滑轮3.4 操纵系统（飞行控制系统）飞机操纵系统是指从座舱中飞行员驾驶杆（盘）到水平尾翼、副翼、方向舵等操纵面，用来传递飞行员操纵指令，改变飞行状态的整个系统。早期的操纵系统是由拉杆、摇臂（或钢索）组成的纯机械操纵系统。图 16.
14、 纯机械操作系统现代飞机在操纵系统中采用了很多自动控制装置，因而，通常把它称为飞行控制系统。其中，又以飞机驾驶座舱中的各种仪表组成了飞行控制系统的绝大部分。 7关于轻型飞机的专题报告 第 10 页 共 15 页图 17.轻型飞机驾驶座舱仪表3.4 飞机仪表 8飞行器仪表与各种控制器一起形成人机接口，使飞行人员能按飞行计划操纵飞行器。仪表提供的信息既是飞行人员操纵飞行器的依据，同时又反映出飞行器被操纵的结果。随着电子、计算机技术的不断发展，电子综合显示仪开始在飞机上使用。首先，它实现了综合显示，减少了仪表数量，使仪表板布局简洁，便于观察。其次，显示精度比较高，不增加附加误差。同时，电子综合显示仪
15、还具有很好的自检、故障监控和故障报警能力，一旦出现异常，能及时发出报警信息，提高飞机的安全性和可靠性。图 18. 现代轻型飞机驾驶舱电子仪表3.4.1 飞行仪表指示飞行器在飞行中的运动参数（包括线运动和角运动）的仪表，驾驶员凭借这类仪表能够正确地驾驶飞机。仪表主要有六块，分别是空速表、航空地平仪、高度表、升降速率表、方向指示仪和转弯倾侧仪。分为陀螺类和非陀螺类。如下图：关于轻型飞机的专题报告 第 11 页 共 15 页图 19. 轻型飞机中的各种飞行仪表3.4.2 发动机仪表用于检查和指示发动机工作状态的仪表。按被测参数区分，主要有转速表、压力表、温度表和流量表等。现代发动机仪表还包括振动监控
16、系统，用于指示发动机的结构不平衡性和预告潜在的故障。燃油是直接供发动机使用的，故指示燃油油量的油量表通常也归属。发动机仪表。如：转速表, 气体含量测试仪（CHT）, 油温,油压表,流量表,水温表等。图 20. 转速表 图 21. 排气温度表 图 22. 油温表3.4.3 飞行导航仪表也许，有的人会认为既然已经有了 GPS 全球定位导航系统，其他的方式就没有了存在的必要，但是，任何高科技都可能失效。所以，在现在的飞行中，各种导航系统，包括地面导航，无线电导航和 GPS 都会得到应用。地面导航主要是飞行员在飞行前确定本次的飞行路线。并且事先找好地面对照点，以保证飞行安全。而无线电导航主要有自动方向
17、仪（ADF） 、甚高频奥姆尼方向仪（VOR） 、距离测量仪（DME） 、仪表降落系统（ILS）和劳兰仪（LORAN）等系统，各有各自的特点，使用时应该因时因地而选择合适的方式。图 23.水平方向仪 图 24. 电动地平仪 图 25. 高度表3.6 动力装置 飞机动力装置是用来产生拉力（螺旋桨飞机）或推力（喷气式飞机） ，使飞机关于轻型飞机的专题报告 第 12 页 共 15 页前进的装置。轻型飞机多用螺旋桨。现在的轻型飞机，一般用的的是活塞式发动机，而大型客机和一些公务机都是使用喷气式发动机。喷气式发动机和活塞式发动机相比较工作原理还是进气、压缩、燃烧、膨胀做功，只是没有了冲程，空气是直接从前面
18、进，从后面喷出，提供推力。轻型飞机的发动机一般采用对缸气冷式，对缸使得空气可以顺利地到达每一个气缸，而飞机在飞行时本身就具有的高速，使得对于轻型飞机来说，只要安装了足够多的气冷散热器就可以实现飞机发动机制冷。一般来说，轻型飞机的油箱放在机翼处，采用重力式或泵式燃油系统，具体取决于油箱与汽化器的相对高度。 4轻型飞机的发展现状及前景4.1国内轻型飞机的发展现状与很多“中国制造 ”的产品一样，目前我国生产的型号的轻型、超轻型飞机，大多数是由国外公司设计并大量采用国外现成部件，在国内的生产主要是组装生产，自主开发和生产程度较低。另一方面，轻型、超轻型飞机的速度低，结构相对简单，对于气动外形的要求也不
19、高，国内外大多数轻型、超轻型飞机在设计时，都没有经过风洞试验，只需要通过模型试飞确认其可飞，然后“将航模放大” 即可；而且轻型、超轻型飞机的速度低，气动布局简单，可活动的控制面也少，因此对飞行控制系统的要求也不高，一般情况下，只要是可靠的传动系统就可以；轻型、超轻型飞机对机体材料的要求也不高，硬铝、钢管、玻璃钢甚至木料和胶合板都可以用；即使被认为是飞行器开发中难度最高的发动机部分，在轻型、超轻型飞机领域也算是例外，轻型、超轻型飞机大多采用小功率的活塞发动机，其结构十分简单，以中国目前的技术水平，开发一款适合四座型通用轻型飞机的活塞发动机绝对不成问题；而单座或双座的超轻型飞机使用的发动机更加简单
20、，国外的一些资料表明，用现成的汽车发动机生产线甚至直接用汽车发动机改装，都可以制造出足够驱动一架超轻型飞机的小型活塞发动机来。综上所述，国内的轻型、超轻型飞机生产企业完全有理由也有能力大幅度提高国产轻型、超轻型飞机的自主研制和生产程度，逐步摆脱对他人的依赖。与发展轻型、超轻型飞机产业同等重要的，是扩大轻型、超轻型飞机的国内外关于轻型飞机的专题报告 第 13 页 共 15 页市场。在目前世界经济不景气的环境下，这样做也有“拉动内需” 的意义。另外，除了返销那些发达国家以外，周边国家如中亚、南亚和东南亚等国，都是中国产轻型、超轻型飞机的潜在市场。 9 4.2 轻型飞机的应用领域目前，通用航空在国民
21、经济发展、社会公益事业和国防事业上都有着极其重要的地位和作用。今天的现代化建设中，通用航空可广泛应用于工业、农业、渔业、牧业、矿产业、建筑业、水利事业以及医疗卫生、抢险救灾、气象探测、海洋监测、遥感测绘、文化体育和旅游观光等众多的领域。政治经济发达的各省会，都市与省内周边地区之间交通和运输的迫切需求，正在形成越来越大的轻型飞机市场。比如，西北地区黄土高原，西南地区崇山峻岭，地形复杂，交通落后；海南地区尽管离广州、深圳不远，但海陆交通不便，阻碍了地区之间的交流等等。因此，轻型飞机的独特作用无疑能大大提高工作效率，促进这些地区经济的发展。生态环境建设，实现可持续发展对通用航空提出了更高的要求，我国
22、森林覆盖率低、国土沙漠化严重，我国林业用地达 40 亿亩,有林地 17.25 亿亩，森林覆盖率为 13.92%，只有世界平均水平 25%的一半多一点，而且荒漠化严重。近 20 年来，沙化面积每年以 2460 平方公里的速度扩大；我国有草原、草坡等天然草场 43 亿亩，由于草质不高，几乎全部需要播种改良，按现在每年飞播种草 195 万亩的速度去做，需要用 100 余年的时间到 2205 年才能把草原改造一遍。图 25.轻型飞机播种关于轻型飞机的专题报告 第 14 页 共 15 页飞机播种造林种草、沙漠改造，扩大了森林和牧草资源，起到了保持水土、涵养水源的作用。目前我国已飞播造林成林面达 5 千万
23、亩,林木蓄积量为 1 亿立方米。在灭蝗、灭虫、森林灭火上，在播种、施肥、除草、喷药上己经开始了广泛的应用。在内蒙古实施的飞播种草、沙漠改造中成效十分突出，投入产出率为 1：4 以上。 10全国各地各大油田内安全输油的日常巡线工作极其重要，沿途长达几百公里的输袖管道，一个 56 人的巡查队伍要花一星期左右的时间，而采用轻型飞机巡视则几个小时就能完成。高压输电方面需要翻山越岭跨河涉水更能体现航空巡视的优点。森林火灾，农田虫害的预报，洪水灾害的视察等等，均可广泛使用轻型飞机。图 26. 轻型飞机勘察通用航空在工业上的应用项目主要有陆地、海洋石油服务、航空探矿、航空拍摄、航空测量和航空遥感；商业经营上
24、用于公务飞行、空中游览、商业广告、短途客货运输等；社会公益事业上，己应用于抢险救灾、医疗救护、人工增雨、海洋监测、公安辑私。去年 5.12 汶川大地震和今年 4 月的玉树地震救灾中、西南五省的旱灾人工增雨中，通用航空都发挥了积极作用；城市航空上，通用航空还可用于执行消防灭火、高层救助、航空拍摄、新闻采集、治安和交通管理等多种空中作业。西部大开发也可借助于通用航空，西部地区崇山峻岭，地形地貌极为复杂，地域宽阔又人口稀少，修路成本很高，据专家对比研究，修机场建航路，发展通用航空比修公路、铁路更经济划算，同样的效能，通用航空比修路节约 2/3 的投资，而且能更好地避免对自然环境的破坏，同时也为西部飞
25、播造林种草、防止沙漠化，改善生态环境提供更好的条件，随着西部大开发的深入，通用航空的农林作业、工业应用以公务包机、空中游览等都将会出现明显的增长。4.3 轻型飞机的发展前景关于轻型飞机的专题报告 第 15 页 共 15 页“十二五”期间，中国民航已将通用航空列入需重点扶持的战略性新兴产业的规划；并引导打造 3 到 5 家示范性通用航空企业。目前，我国的轻型飞机生产商家主要有：中航工业石家庄飞机工业有限责任公司、湖南山河科技股份有限公司、安阳神鹰航空科技发展有限公司、亚飞太平洋有限公司、北京空际通用航空有限公司、东方通航、中信海直、南航珠海直升机公司等，同时，还有多个在建或者已建成的航空基地。王
26、昌顺表示，未来 5 年，中国将加快通用航空事业发展。中国民航业将认真研究制定通用航空发展的扶持措施，建立和完善通用航空的法规规章体系。扩大通用航空应用范围，巩固教学飞行和农、林、工业作业飞行等传统业务，积极发展应急救援、医疗救助、私人飞行、公务飞行等新兴通用航空服务。据王昌顺介绍，未来 5 年，中国民航业投资规模将在 1.5 万亿元以上， “十二五”期末年旅客运输量将达到 4.5 亿人次，包括通用航空飞机在内的机队规模达到 4500架以上。中国将不断优化机场布局与建设规划，使之与空域管理规划、旅游发展规划、城市建设规划、综合运输规划和环境保护规划等相协调。业内人士指出，低空空域改革的落实和民航“十二五” 规划地强调，将进一步加速通用航空产业发展。从促进产业链发展的角度来看，示范性通用航空企业有望首先落实在运营领域，包括东方通航、中信海直、南航珠海直升机公司在内的通航运营企业都有机会；而无论是细分领域的领先企业还是业务多元化的产业龙头成为示范企业，都将带动整个通航产业的发展。 111http:/ Wert.Materials for Future Aircraft and Spacecraft,Air & Space Magazine,1997,11-247http:/
