飞机的构造与功能

1、飛機的構造與功能林甫駿/彩虹師模型協會 會員、簡易空氣動力及飛行原理1浮力的意義：凡較空氣為輕的物質所產生飄浮向上的力量 稱之為浮力如氫、氦、熱空氣等。2. 昇力的意義：凡較空氣為重的物體藉助某種力量而能在空 中上昇飛的力量稱之為昇力，如鳥的飛行、飛機的飛行等。3. 機翼的攻角：機翼與機身中線間的夾角稱之為攻角，會影 響昇力，故攻角大則昇力大，但有極限。4. 機翼的上反角：機翼的投影面積改變，讓飛機自動恢復平 衡，使之左右安定。5. 機翼的後掠角：機翼的正面面積改變，讓飛機自動恢復方 向，使方向安定。6. 飛機的重心：飛機的前後左右平衡點。a. 操縱力矩越長越向後移。b. 平直翼在1/3處，特

2、技機在1/4左右，滑翔機在1/2左右或5/8處。c. 前尾翼在前椽之前。d. 後掠翼角度越大越向後移。7. 操縱力矩：主翼1/3處與尾翼1/3處之距離，越長越安定， 越短越靈活。8. 展弦比：二者長度值之比翼展/翼弦，比值越大滑翔越 好。9. 飛機飛行中的四種力量：昇力、拉力、重力、阻力。10. 飛機的三條軸線及沿三軸線控制飛機動作的翼面：a. 副翼，可控制飛機的傾斜或滾轉。b. 昇降舵，可控制飛機作上昇下降之動作。c. 襟翼，可控制飛機前進速度空中阻板，正面面積變大 增加阻力及昇力，只能向下或收平。d. 方向舵，可控制飛機作左右轉彎。11. 飛機的拉力線：飛機發動機軸線的延長線，主要表示飛機

3、 動力的方向，通常並非與飛機中線平行，而是偏向右下方。12. 飛機的扭力：當螺旋槳向左旋轉時，將空氣以左旋轉排向 後方，因而方向舵的右面承受左旋的風壓而使飛機偏向右 方。噴出機沒有扭力的現象，機尾受風壓偏向左、機頭向 右偏。13. 螺旋槳：飛機產生拉力的設備，為了降低中央阻力而做成 流線的圓錐體。14. 螺距：螺旋槳每旋轉一圈向前進的距離，也是螺旋槳扭轉 斜度的大小。二、飛機的皮膚蒙皮為了能夠飛上青天，身體重量越輕越好，在經過種種的失敗，終 於找出在木製骨架敷上蒙布是適合的，而這點子的來源正是你我熟知 的風箏。萊特兄弟飛行家一號的機身骨架係完全裸露在外，靠 著 機翼上蒙皮的昇力，成功完成人類有

4、史以來首次動力飛行。在第一次 世界大戰已經成為一門重要武器系統的飛機，但是並未改變以帆布作 蒙皮之雙翼機主流想法。直 到大戰結束，各 國為造求性能提昇，機 身 及機翼改由金屬製造，也 成為當時標準設計。在 這方面尤稱先驅的德 國容克斯，在1990年推出Ju52型機，該機和後來的DC3/C47並列史 上最偉大之運輸機。隨著電子科技的發達，新型戰機與往昔不能同日 而語。飛機機身結合了隔熱陶瓷磚得以抵抗1260 C之高溫，以從事太 空探勘，如太空梭。F-117機身以鋁合金為主，外表則敷有一層可吸 收雷達材料(RAM)，大幅減少敵人雷達涉及紅外線偵測。飛機的服裝 塗彩迷彩第一次世界大戰初，各 國多只在

5、其未經漂白的淡黃 色帆布上塗上自身所代表的國徽。由於雙方在空中碰面時，已開始懂 得拿石頭或手槍攻擊對方，因而不得不亟思能夠隱藏自己於無形的辦 法，儘量不要被對方發現，比方像為了防止飛機被高度較高之對方察 覺，將機體上方塗成褐色和綠色移以融入地表景物當中。想當然耳， 這種初期迷彩自然以飛得比戰鬥機來得慢的偵察機或轟炸機居多。第二次世界大戰，參戰國家對塗裝各有不同見解與執著，因隨著天 候、地形、環境莫一不絞盡腦汁制定自己偽裝的顏色。為融入北非沙 漠所衍生出來的特有區域性迷彩。機上以墨綠色及深綠色搭配歐洲針葉樹林背景。英國颶風式戰機，機體上方為暗綠色和暗褐色，是以本國地貌為考量。機體下方則採用天空灰

6、色，之所以沒用藍色來表示，想必大概是英國天空一年四季多霧吧?機體全身施以黑色夜戰塗裝。機體全身施以白色冬季塗裝。1965年越戰期間，美軍軍機常常需在南北越和泰國邊境執行清勦 越共任務為防止遭受攻擊，實施全軍戰機迷彩塗裝，由深綠、綠、土 黃，機 身下方則為灰白色。一般俗稱越南迷彩。1982年美國正式 定出所謂對比陰影三色迷彩，在機身太陽迎光面局部採灰藍色， 被光面部位則塗上深灰色，機 下則為明灰色。目的在於能與天空背景 融為一體，這也是一般俗稱空優迷彩。三、機翼設計之變遷與發展1. 人類自古以來對飛行即充滿好奇與夢想，而這也是促成飛 機發明的一個非常重要之原動力。早在十五世紀，義大利 人達文西便

7、從觀察鳥類飛翔進出而創造出與翅膀相同構 造的飛行器。(1)十八世紀葡萄牙格瑪歐神父成功的連用熱空氣原理製成熱氣球，於是乎人類發明出飛行船，又以德國人齊柏林所製造的最為知名。(2)西元一九O二年，美國 萊特兄弟以木頭、蒙布及鋼琴弦製造出人類首架飛行器；並 於次年做出首次動力飛行器，雖僅飛了 359秒-259公尺遠，卻也從此開啟了科技之大門。2. 初飛機期因引擎動力小，多致力於降低重量為首要條件， 木頭加蒙皮是此時期唯一的選擇。(1)西元一九O八至一九一四年，複翼機是主流，其馬力小速度慢，仍屬萌芽階段。 西元一九一四至一九一八年，第一次世界大戰爆發，為求戰爭勝利，飛 機開始成為兵器系統，雙 翼機仍

8、是主流，但馬力已由70匹增加至200匹，速度已從100里/小時增加至220公里/小時，三翼機或單翼機在此期乃屬少數。 西元一九一八年至一九三五年，由於戰爭的結束，飛 機的發展有停頓的現象。不過機身單殼式設計(mo no cock)和鋁合金製造之單翼型飛機已逐漸脫穎而 出依其設計可略分為：高翼型：性能較差，但易於操控，如波蘭PZL11 中翼型：非主流設計，多屬於轟炸機，如日本紫 電。低翼型：性能佳，是此時期設計主流，多屬直線 翼設計，如Me-109E，直到二次大戰末期為求速 度之突破，遂有後退翼出現，如德國Me-262。3. 噴射機的時代來臨，從前螺旋槳的設計已跟不上潮流，機 翼的設計乃在於如何

9、兼顧性能與速度或依其任務之不同 而設計，可分為：後退翼：由於襟翼的發明，改善了後退翼於低速時 的不穩定缺點，成為五十年代的設計主流，代表機 如美國F-86。三角翼：由於引擎推力之提昇，三角翼正適合高速 時需求，惟低空低速時不盡理想，如法國幻象機。雙三角翼：針對三角翼型性能上之缺失而發展的改 良型，代表機為以色列幼獅。變型三角翼：取三角翼優點、複合傳統水平翼之變 型設計，如蘇聯MIG-21、美國F-4。平面翼：減少機翼負荷面積以求加速度高之設計， 代表機為美國F-104。可變翼：因機翼可依需求做前後搖擺，能充分應對 各種任務之設計。如美國F-14。直線翼：因應任務需要而設計，如美國U-2偵察機。

10、(8) 全翼型：全機無水平及垂直尾翼，僅主翼之設計,如美國B-2。(9) 直昇機：以螺旋翼代替原有固定翼之設計，可不受空間限制而垂直昇降，但速度亦受螺旋槳所限制，如法國SA-321 。(10) 垂直昇降機：為突破直昇機的限制而發展出之複合機，既可垂直昇降亦可有一般飛機的性能，如英國Harrier，美國 V-22。4. 航空器發展至此已可說完全不受限於任何翼型，主因是推 力的引擎已可解決以往諸多方面之缺乏，可依任務需求進 而發展出任何適用的翼型，應該說現代飛機所需考慮的是 更先進的技術，如電子科技、線傳控制或匿蹤功能等，如 美國F-22。5. 總結：距萊特兄弟在小鷹崗那歷史的一刻至今才短短100

11、 年不到，飛機的發展可說是一日千里，不可諱言，戰爭對 於航空科技的進步有一定的刺激作用，但如果說是為了互 相殘殺而必須不斷地斷造、發展更高的科技，那實在不是 萊特先生所樂見的，人類應把科技用在對未來有所助益的 用途上，如太空梭等，如此方不致失其本意吧！四、動力的演進發動機的性能，是飛機性能最大的關鍵，而從萊特兄弟開始，眾 多飛機的設計師，也是受制於此而無法有快速的進步。但隨著工業的 進步，引擎也有些改革，設計上有水冷式，氣冷式，在早期的氣冷式 設計的引擎，是將汽缸以曲軸為中心，呈放射狀排列，而在螺旋槳轉 動的同時，汽缸也會跟著轉；之後的設計是改為固定式的設計，才大 大提昇氣冷式設計的效率，其中

12、有名的設計如美國的C-47和B-17所採用的R-1820/30 ,日本零式戰鬥機用的“中島榮引擎，而氣 冷式的設計多將汽缸排列成一直線，或是採用左右分開排成V型以增 加汽缸數，代表性的有美國P-51D野馬式戰機和英國SPITFIRE噴火 式戰機所採用的“勞斯萊斯/馬林引擎，德國Me-109E所用的DB-601A。而在一連串追求動力的過程中，較突出的特例以德國二次大戰中 所發展出的火箭動力戰鬥機M-163，它的動力是來自一具以液體燃料 為動力的火箭發動機，利用瞬間的爆發力產生驚人的加速度來得到攻 擊的高度。在二次大戰末期，德 國所發的噴射發動機技術雖成熟，但大勢已 去，使得它的發動機技術成為美、

13、俄的戰利品，在此同時，英國也完 成其獨立開發的遠心式噴射發動機，它構造的簡單頗受好評，為戰後 設計噴射戰場的主要設計重點，但在推力的提昇方面，受到結構的限 制而產生瓶頸，之後所開發出來的軸流式渦輪噴射動機，更是成了 50年代的主流，女口 F-86所用的GE J-47，而在50年代末期所發展出 來的後燃器(ATB)，利用二次燃燒原理，最大可以瞬間增加50%的推 力，為改善渦輪噴射引擎高耗油，噪音大的缺點，在1960年代初期 發展出了渦輪扇葉噴射發動機(TURBOFAN)，並馬上付諸實際運用， 成為現代噴射發動機的主要趨勢。在噴射發動機廣泛運用的同時，以螺旋槳動力設計的飛機，機身 結構的平安性，簡

14、單性，和高效率的運輸能力，被人所難以捨棄，因 而利用噴射發動機巨大的動力，經過傳動軸和減速齒輪的運用，轉換 為螺旋槳的動力，此種方式稱為“渦輪螺旋槳發動機(TURBOPROP)，如廣為大家所熟悉的C-130運輸機，就是最正确的例子五、飛機的武器隨著第一次世界大戰的爆發，飛 機以新武器的姿態投入戰爭，正 式揭開了空戰的序幕，大戰初期飛機僅在低空從事各種偵察任務； 1915年，當偵察機裝上機關槍，搖身一變就是戰鬥機的前身，而專事 炸用途的飛機這時也一一納入兵器系統之下。進入1916年以後，交 戰雙方紛紛將步兵槍械改进為空用型式。到大戰結束時，標準的戰鬥 機空用武器為兩挺固定式向前發射的0.30英吋

15、口徑機槍砲一直是使 用最廣泛的空用武器！從第一次世界大戰到1930年代，由於飛機已成為一門重要的武 器系統，國際間均投入大量的人力物力進行研發，使得飛機於結構、 速度、運動性能有大幅進步，所有的技術革新加上第一次世界大戰期 間獲得的空戰經驗，使得第二次世界大戰一開始，飛機的空用武力有 大幅的增強。第二次世界大戰爆發時，除英國仍對7.7公厘機槍情有 獨鍾外，德國已採用7.92公厘/20公厘組合，美國也以12.7公厘為主， 日本海軍以7.7公厘和20公厘組合，陸軍則採用7.7公厘為主。蘇聯 導入20公厘機砲的時間最早，自1939年起l-16Tyed17上即已和7.62 公厘機槍配合出擊，彳德埋為面

16、對盟軍強大的空襲壓力及獵殺戰車，為 求戰果，德國人將陸軍對付戰車用的30、37、50公厘砲加以實用化 裝上飛機，其中使用最廣泛者當屬MK108型30公厘機砲。二次大戰 期間飛機的武器除了空用機槍/砲外，另可裝載炸戰、火箭、魚雷等 武器以執行對地、對艦等攻擊任務。並有專職任務的飛機，以執行不 同攻擊任務；例 如轟炸機、俯 衝轟炸機、魚 雷轟炸機等。1958年八二 三砲戰，國共空軍於台海上空發生空戰，在代號為明星計劃的行 動下，中華民國一空軍發射一枚GAR-8，這是首次在實戰中擊落敵機的空對空飛彈，也 就是後來的響尾蛇飛彈。自此世界各國無不競相 發展各類飛彈飛彈(亦稱導彈)可依其任務目的不同而作廣

17、義分類，通常依其發 射載具和所望目標之字母來代表；例如A代表空中(Air)，S代表地面 或水面，M則代表飛彈(Missile) ， U代 表水下(Underwater)等，依上述 方法分類，可將飛彈分下述八種：衣地對地飛彈/SSM*空對空飛彈/AAM*空對潛飛彈/AUM*潛對空飛彈/UAM*地對空飛彈/SAM*空對地飛彈/ASM*地對潛飛彈/SUM*潛對地飛彈/USM除飛彈外，精靈炸彈也是飛機一項重要的攻擊武器六、防空的耳目一一雷達知己知彼、百戰不殆早期作戰，為求瞭解敵情，均利用各種 方式達成目地；從派遣人員擔任前哨刺探警戒工作，利用熱氣球昇空 以三度空間加大視野，到後來無線電波的發明，並加以

18、運用，從此探 察敵情、防 範敵人入侵的工作，正 式由視距內邁入視距外的世界。西 元1904年4月，德國人許爾茲梅耶(Christian Hulsmyer) 發明了 一套利 用發射並接收無線電回波偵測物體的裝置，原想裝置在遠洋船隻上， 以偵測附近海域有無別的船隻，防止互撞，此為雷達之起源；而自從 第二次世界大戰不列顛空戰中，英軍利用雷達和戰鬥機組成的防空系 統，擊敗了德國空軍之後，世界各國就紛紛設立以雷達偵測網為骨幹 的防空預警系統。不 過 早 期 雷 達 在 軍 事 上 的 應 用，是 先 運 用 在 海 軍 的 槍 砲 定 位 上 ， 直 至 1960 年 發 明 了 小 到 可 以 裝 在 飛 彈 上 的 半 主 動 歸 向 導 引 雷 達， 1965 年首次空用攔截雷達具有俯視能力，1970 年出現了多功能的空用雷達 及主動歸向導引雷達，1976 年空用雷達改採全固態電路，到了 1980 年代三度空間的相位陣列雷達和超地平線雷達也繼問世。一 套 雷 達 系 統 基 本 上 包 括 四 個 主 要 部 份；發 射 機、接 收 機、天 線 和顯示 器；發 射 機產 生射 頻信 號經 由天 線 發射 出去，然 後 天線 又 接收 目標反射回來的無線電波給接收機，接 收機將反射回