10航空创新我们将被困在地面上

鸟类拥有他们。蝙蝠和蝴蝶也是如此。Daedalus和Icarus戴上他们逃脱了克里特岛之王Minos。当然，我们正在谈论翅膀，或者机翼，哪个功能可以提供飞机升降机。机翼通常具有轻微的泪珠形状，具有弯曲的上表面和下表面。结果，流过机翼的空气在机翼下方产生了较高压力的区域，导致向上的力使飞机从地面上脱离。

有趣的是，一些科学书籍援引伯努利的原则来解释翼型的令人振奋的故事。根据这种逻辑，在机翼上表面上移动的空气必须走得更远，因此必须更快地行驶 - 与沿着翼的下表面移动的同时到达后缘。速度的差异会产生压力差，从而导致升降。其他书籍将其视为Hogwash，而宁愿依靠牛顿的久经考验运动定律：机翼将空气向下推，因此空气将机翼向上推。

超过空中飞行始于滑翔机- 轻型飞机可以长时间飞行而无需使用引擎。滑翔机是飞翔的松鼠在航空中，但是像威尔伯（Wilbur）和奥维尔·赖特（Orville Wright）这样的先驱者想要一台可以模仿猎鹰的机器，以强大的动力飞行。这需要一个推进系统才能提供推力。兄弟俩设计并建造了第一批飞机螺旋桨，以及专用的四缸水冷发动机来旋转它们。

今天，螺旋桨的设计和理论已经走了很长一段路。从本质上讲，螺旋桨的作用像旋转翼，提供了升降机，但朝着向前的方向。它们具有多种配置，从两叶片，固定式螺旋桨到具有可变音高的四叶和八叶模型，但它们都做同样的事情。当叶片旋转时，它们向后偏转空气，这是因为牛顿的动作反应法，推向刀片。那力被称为推力并努力反对拖，阻碍飞机向前运动的力量。

1937年，当英国人时，航空取得了巨大的飞跃发明者工程师弗兰克·惠特尔（Frank Whittle）测试了世界上第一个喷气发动机。它不像当天的活塞发动机道具飞机那样工作。取而代之的是，Whittle的发动机通过向前的压缩机叶片吸入空气。该空气进入一个燃烧室，与燃料混合并燃烧。然后，一流的气体流从尾管上驶出，将发动机和飞机向前推动。

德国的汉斯·帕布斯特·范·奥恩（Hans Pabst van Ohain）采用了惠特尔（Whittle）的基本设计，并于1939年为第一架喷气飞行飞行提供了动力。两年后，英国政府终于使用惠特尔（Whittle）的创新引擎从地上拿到了一架飞机 - Gloster E.28/39-设计。到第二次世界大战结束时，由皇家空军飞行员飞行的连续模特的格洛斯特流星喷头正在追逐德国V-1火箭并从天上射击。

如今，涡轮喷射发动机主要保留用于军用飞机。商用客机使用Turbofan发动机，该发动机仍然通过向前的压缩机吸收空气。Turbofan发动机没有燃烧所有传入的空气，而是允许一些空气在燃烧室周围流动，并与将尾管的过热气体搅拌混合。结果，涡轮豆发动机的效率更高，并且噪音少得多。

早期活塞驱动的飞机使用与您的汽车相同的燃料 - 汽油和柴油。但是喷气发动机的开发需要一种不同的燃料。虽然一些古怪的边锋提倡使用花生酱或威士忌酒，航空业迅速以煤油为基础，是大功率喷气机的最佳燃料。煤油是原油的组成部分，当石油蒸馏或分离到其组成元件中时获得。

如果您有煤油加热器或灯，那么您可能会熟悉稻草燃料。但是，商用飞机需要比用于家庭用途的燃料更高的煤油级。喷气燃料必须干净地燃烧，但是它们必须比汽车燃料具有更高的闪点，以降低火灾风险。喷气燃料还必须在上层大气的冷空气中保持液体。精炼过程消除了所有悬浮水，这可能会变成冰颗粒并阻止燃油管线。煤油本身的冰点经过精心控制。在温度计达到58度华氏度（减去50摄氏度）之前，大多数喷气燃料不会冻结。

将飞机带入空中是一回事。有效地控制它而不回到地球是另一回事。在简单的轻型飞机中，飞行员通过机械链接传输转向命令，以控制机翼，鳍和尾巴上的表面。这些表面分别是副子，电梯和舵。飞行员使用副翼从一侧到另一侧滚动，电梯向上或向下倾斜，并将舵滚向偏航端口或右舷。例如，转弯和银行需要同时对副翼和方向舵进行同时行动，这会导致机翼浸入转弯。

现代军事和商业客机具有相同的控制表面并利用相同的原理，但它们取消了机械链接。早期的创新包括水力机械飞行控制系统，但这些机构很容易受到战斗伤害，并占用了很多空间。如今，几乎所有大型飞机都依赖数字乘线系统，根据机上计算机的计算进行调整以控制表面。这种复杂的技术使一架复杂的商业客机只能被两次飞行飞行员。

1902年，赖特兄弟（Wright Brothers）飞行了当天最复杂的飞机 - 一人滑行式滑翔机，上面有平纹细布“皮肤”，延伸到云杉框架上。随着时间的流逝，木材和织物让位给层压木材单速，飞机的皮肤带有某些或全部压力的飞机结构。单车机身使得更强，更精简的飞机在1900年代初导致许多速度记录。不幸的是，这些飞机中使用的木材需要持续维护，并在暴露于元素时会恶化。

到1930年代，几乎所有航空设计师都偏爱全金属结构而不是层压木材。钢是一个显而易见的候选人，但太重了，无法制作实用的飞机。铝另一方面，轻巧，易于塑造成各种组件。由铆钉组合在一起的带有拉丝铝制面板的机身成为现代航空时代的象征。但是材料带来了自己的问题，最严重的是金属疲劳。结果，制造商设计了新技术来检测飞机金属零件中的问题区域。维护人员如今使用超声扫描来检测裂缝和应力骨折，即使是在表面上可能看不到的小缺陷。

在航空的早期，航班很短，飞行员的主要关注点是在空中令人振奋的时刻并没有撞到地面。然而，随着技术的改善，越来越长的飞行是可能的 - 首先是跨大洲，然后是跨海，然后是世界各地。飞行员疲劳成为对这些史诗般的旅程的严重关注。一个孤独的飞行员或小型船员如何保持清醒并保持警报数小时，尤其是在单调的高空巡游期间？

输入自动飞行员。由劳伦斯·布雷斯·斯佩里（Lawrence Burst Sperry）发明的自动驾驶，或自动飞行控制系统，链接三个陀螺仪控制飞机的表面，控制螺距，滚动和偏航。该设备根据飞行方向和原始陀螺仪设置之间的偏差角进行校正。Sperry的革命发明能够稳定正常的巡航飞行，但也可以进行无助的起飞和降落。

现代飞机的自动飞行控制系统与第一个陀螺仪自动驾驶仪几乎没有什么不同。运动传感器 - 陀螺仪和加速度计 - 收集有关飞机态度和运动的信息，并将这些数据传递到自动驾驶仪，该计算机输出信号以控制机翼和尾巴上的表面，以维持所需的路线。

飞行员在飞机驾驶舱中时必须跟踪很多数据。空速- 这飞机速度相对于飞行的空气质量 - 是他们监视的最重要的事情之一。对于特定的飞行配置，无论是着陆还是经济巡航，飞机的速度都必须保持在相当狭窄的值之内。如果它飞得太慢，它可能会遭受空气动力学摊位重力。如果飞行太快，它可能会遭受结构性破坏，例如襟翼的损失。

在商业飞机上，皮托管承担测量空速的负担。这些设备的名字来自法国人亨利·皮托（Henri Pitot），他需要一种工具来测量在河流和运河中流动的水速度。他的解决方案是一个细长的管，有两个孔 - 一个在前面，一个在侧面。皮托对他的设备定向，使前孔面向上游，使水流过管。通过测量正面和侧孔的压力差，他可以计算移动水的速度。

飞机工程师意识到，他们可以通过将皮托管安装在机翼边缘或从机身上伸出来实现相同的事情。在该位置，移动的气流流过管子，并可以准确测量飞机的速度。

到目前为止，此列表集中在飞机结构上，但是最重要的航空创新之一 - 实际上是创新的集合 - 是空中管制，确保飞机可以从一个机场起飞，行驶数百或数千英里并在目的地机场安全地着陆的系统。在美国，超过20空中管制中心监视飞机在全国范围内的移动。每个中心负责定义的地理区域，因此，作为飞机沿着路线飞行，它将从一个控制中心移至另一个控制中心。当飞机到达目的地时，控制权将转移到机场的交通塔，该塔提供了所有方向，以将飞机置于地面。

监视雷达在空中交通管制中起关键作用。固定地面站位于机场和控制中心，发射短波长收音机波浪前往飞机，撞向飞机并反弹。这些信号使空中交通管制员可以在给定的空域内监视飞机位置和课程。同时，大多数商用飞机随身携带应答器，当通过雷达“询问”时，可以传递飞机身份，高度，路线和速度的设备。

登陆商用客机似乎是技术最不可能的壮举之一。飞机必须从35,000英尺（10,668米）到地面下降，并从650英里（1,046公里）降至每小时0英里。哦，是的，它必须将其全部重量（约170吨）放在几个车轮和支撑杆上，这些车轮和支撑杆必须坚固，却完全可伸缩。难怪起落架在我们名单上排名第一吗？

直到1980年代后期，大多数平民和军用飞机使用了三种基本的起落架配置：每支支架，两个轮子并排在支撑杆或两个并排的轮子上，旁边是两个额外的并排轮毂。作为飞机的生长更大更重的起落架系统变得更加复杂，既可以减少车轮和支撑杆组件的压力，又可以减少用于跑道路面的力。例如，空中客车A380 Superjumbo客机的起落架有四个底架单元 - 两个带有四个轮子，两个轮子各有六个轮子。无论配置如何，强度都比重量重要得多，因此您会在起落架的金属组件中找到钢和钛，而不是铝。