【原】飞行与速度——航空飞行从每秒3.05米速度开始加速航空科普（12）

山川世界 2022-12-19 发布于上海

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飞行与速度

——航空飞行从每秒3.05米速度开始加速

世界上第一架被认定的莱特兄弟“飞行者一号”的首次飞行，留空时间仅12秒，飞行距离36.6米。即飞行速度推算为3.05米/秒，也是人类开始飞行的最初速度。百余年的今天，现代飞机的最大飞行速度已达每小时3000多千米，航程可达数万千米，留空时间长达十几小时。

从中，人类的飞行在速度上经历了怎样的巨变？又以什么状态向更高的速度发展呢？

图：飞机美图

科普一：速度概念

1、飞行速度：这里阐述的飞行速度 flight speed，是指飞行器单位时间内飞经的距离。一般是指经过修正表速得出的飞行速度，又称真速或真实空速，而不包括仪表速度和地面滑行时空速与风速的向量之和速度，也不包括航空器爬升时的上升速度、离地速度、接地速度、下降速度、巡航速度等概念。随着飞行速度的加快，表述单位也在不断地递进之中，速度单位也随之发展，从低到高而有了如下米/秒、公里/时、公里/秒、马赫、音速等速度单位。

2、马赫与音速：马赫即马赫数（Mach Number），是以奥地利学者恩斯特·马赫(Ernst Mach, 1838-1916)命名。

图：奥地利学者恩斯特·马赫

马赫虽然表示一种速度单位，由于声音在空气中的传播速度随着不同的条件而不同，马赫却没有一个固定的数值。如摄氏零度的海平面音速约为 1193 km/hr；一万公尺高空的音速约为 1062 km/hr。马赫的大约速度换算一般认为相当于340.3 m/s，又大约等同于1225 km/h，761.2 mph，或者1116 ft/s。即视为等于声音在15摄氏度(59华氏度，288.15开氏度)的空气中传播的速度。

图：超音速飞机图

根据马赫数可以把飞机的飞行速度划分为3个范围：

马赫数<1,飞机的飞行速度小于当地音速，为亚音速飞行状态。

马赫数=1，飞机飞行速度接近于当地音速，为临界飞行状态。

马赫数>1，飞机的飞行速度大于当地因素，为超音速飞行状态。

科普二：飞机中其他速度的表达

从速度细节来分析，仅从飞机这个角度来读取速度概念就有许多，有设计上的最大或最小速度，也有运营中的一些速度概念，更有飞行中所出现的安全保障等概念的速度单位，比如如下的的整理归类：

1、V1代表的是决定起飞速度若在这个速度之前，发动机出现问题或者其它飞安状况发生，飞行员可以选择放弃起飞，因为飞机还有足够的跑道刹车且停下来。

2、VR代表的是飞机的抬轮速度，当飞机超过V1速度时。机长会拉控制杆，这时机头会慢慢上升，飞机进入爬升阶段。此时，飞机一般会保持10-15度上仰姿态角。

3、V2代表的是飞机的安全起飞速度，当飞机经过VR速度后，抬起前轮，飞机就应加速到V2并持续加速至标准爬升速度。当飞机达到V2时，飞机已离开了跑道，可收起起落架。此速度可保证飞机安全起飞。

4、V2min最小起飞安全速度。

5、V3收襟翼速度

6、V4稳定起始爬升速度

7、VA 设计机动速度，也称最大控制偏差速度

8、VB最大阵风强度设计速度

9、VC设计巡航速度，也称优选巡航速度

10、VEF起飞关键发动机失效速度

11、VF设计襟翼速度

12、VFC飞机稳定最大速度

13、VFE襟翼放出最大速度

14、VFTO最后起飞速度

15、VH最大连续推力水平飞行最大速度

16、VLE起落架放出最大速度

17、VLO起落架操作最大速度，即起落降收起放出的最大速度

18、VLOF离地速度

19、VmC一发失效最小控制速度

20、Vmca空中最小控制速度

21、Vmcg地面最小控制速度

22、Vmcl一发失效着陆最小控制速度

23、VMO最大操作限制速度

24、VMU最小离地速度

25、VNE绝对不许操作速度

26、VNO最大巡航结构速度或正常支行最大速度

历史追踪：航空器的速度起程点

世界上第一架飞机是莱特兄弟的“飞行者一号”。1903年12月17日，美国俄亥俄州代顿的自行车制造商莱特兄弟在北卡罗来纳州的基蒂·霍克试飞成功一架结构单薄、样子奇特的双翼飞机，即飞行者一号的首次飞行，留空时间仅12秒，飞行距离36.6米。

图：飞行者一号首次飞行

现在追踪：飞行器的速度顶峰点

现代航空器从种类上发展之多是惊人的，但了受到速度之限也是必然的，如直升机速度只能达到约300km/h左右，而轰炸机等军机相对强调速度，可在1500m/s-4 000m/s之间；超音速飞机1278公里/小时；其他由于航空器自身受限要求，如民航客机800千米/小时；战斗机200公里/时。

关键在于飞行环境因素所带来的阻碍。

大气环境和空间飞行环境会对飞行器结构、材料、机载设备、飞行性能等的重要影响。在大气环境中出现对流层、平流层、中间层、热层（暖层）、外层（散逸层）；空间环境有真空、电磁、高能粒子辐射、等离子体和微流星体等形成的飞行环境。

图：飞机美图

根据资料查实，归纳如下，仅供参考：

1、直升机：

直升机的最大时速可达300km/h以上，俯冲极限速度近400km/h，实用升限可达6000米（世界纪录为12450m），航程可达600-800km左右。携带机内、外副油箱转场航程可达2000km以上。

2、轰炸机：

高飞行速度(1500m/s-4000m/s）、高续航飞行高度（20km-50km）、高突防能力（很难拦截）、远航程（1000km-15000km）、可以利用动能增强摧毁力。

3、超音速飞机：

超音速飞机为飞机速度能超过音速的飞机，1947年10月14日，美国空军上尉查尔斯·耶格驾驶X—1在12800米的高空飞行速度达到1278公里/小时，M=1.1015，人类首次突破了音障。

4、民航客机：

大型民航飞机的飞行速度为800千米/小时至1000千米/小时，在高亚音速范围之内。世界上最快的民航飞机—“协和”号在1976年正式投入运营，成为了世界上唯一种超音速客机。

5、战斗机：

在低空作超时速飞行；高空最大飞行马赫数在2左右；最小飞行速度为200公里/时；最大飞行迎角可达60°；低空作战半径约500-600公里；飞机起飞、着陆滑跑距离小于1000米；飞机最大过载可达9G。据知米格-25“狐蝠”型歼击机是世界上速度最快的战斗机，是由前苏联米高扬设计局研制的高空高速战斗机，飞行速度达2.8马赫。