航空器分類新見解

繪圖：蔡葉琪

中國航空學會名譽副理事長/張聚恩

1.空氣靜力航空器

這種航空器有氣球和飛艇兩種，統稱浮空器。氣球分自由氣球和系留氣球兩種，多為非動力驅動型；飛艇則有剛性飛艇、半剛性飛艇和非剛性飛艇，皆為動力驅動型。

1783年9月19日，法國蒙哥爾費兄弟應法王路易十六邀請前往巴黎凡爾賽宮作飛行表演。兄弟倆的熱氣球下系吊了一只放有羊、雞、鴨的籠子，在空中飄行8分鐘，被公認為世界上第一次熱氣球飛行。同年11月21日，兩名法國人羅齊埃和達爾朗德乘坐他們的氣球，在巴黎上空飄行25分鐘后平安降落在8.9千米外的地方，完成了人類第一次升空航行。

按飛行原理對航空器進行新分類

2012年10月14日，奧地利極限運動員鮑姆加特納乘坐特制的太空艙，由一個巨大的氣球托舉上升。在達到39000米的高空后，他從太空艙中一躍而下，進行了4分19秒的自由落體運動，最大速度達到1342.8千米/小時，成為人類歷史上第一個無助力飛行超聲速的人。同時，他也成為氣球載人飛行最高紀錄和世界最高跳傘紀錄的創造者，打破了塵封52年，由美國海軍軍官羅斯和普拉澤在1961年共同創造的34668米的紀錄。

1937年5月6日，興登堡號飛艇在美國新澤西州萊克赫斯特海軍航空總站上空準備著陸時，因靜電點燃了降落時放掉的氫氣，在32秒內燒毀，成為人類航空史上的悲劇。這場慘烈的事故，也加速了飛艇的落幕。

飛機是最常見的航空器，一架飛機通常包括機身、機翼、尾翼、發動機等幾大部分（攝影：陳學強）。

傘翼機常常出現在一些航空表演中，主要由傘翼提供飛行所需的升力。

20世紀80年代，美國在分析間諜衛星對蘇聯里海軍事基地的一次照相偵察中，發現正在秘密試航的一種既像飛機又像船的怪東西，并給它起名叫“里海怪物”。這就是蘇聯研制的地效飛行器，它可以在貼近水面的高度高速飛行。

2.空氣動力航空器

這種航空器以升力為基礎，以機翼為主構型特征，分為定翼航空器（含飛機、滑翔機、傘翼機和地效飛行器）、動翼航空器（含直升機、多旋翼機、自轉旋翼機和撲/振翼機）、復合航空器（含定/動翼混合式、升/浮力一體式、升力/反作用力組合式）和變體航空器（可變機翼、可變翼/身）等。

具體來說，定翼航空器與常說的“固定翼航空器”相近，用“定翼”這個中文詞要比“固定翼”更確切，其涵蓋的種類基本未變，筆者增列了“地效飛行器”。各種特殊構型的航空器，如飛翼、串列翼、連翼、盒式翼、環形翼、碟形等，若機翼或升力面主體在飛行中基本不變（動），均可歸屬于定翼類。

動翼航空器與“旋翼類”相比，范圍有所擴大，筆者將撲/振翼航空器等歸入此類。其中，多旋翼機也可歸為直升機的一種，兩者均能垂直起降與懸停，其旋翼（無論一副或多副）同動力裝置或傳動裝置直接相連，并被驅動旋轉，進而產生升力。但考慮到發展現狀與前景，筆者將它們并列。而自轉旋翼機（簡稱旋翼機）的旋翼，系自由旋轉而非動力裝置驅動，不能垂直起降與懸停。

直升機是最典型的動翼航空器，其動力主要來自機身頂部巨大的旋翼。

深受人們喜愛的消費類無人機，大都屬于多旋翼飛行器。一些航空初創企業，還基于這種構型研制出可以運送人員、執行短距飛行任務的多旋翼載人飛行器。

撲翼機屬于一種仿生飛行器，如今只在一些小型化的無人機以及供人娛樂休閑的玩具級模型上得以實現。而載人撲翼機技術難度極大，科幻電影中有時會出現它的身影，但現實中僅在一些試驗中實現過短暫的飛行。

乍看起來，旋翼機就是一種輕型直升機。但兩者的飛行原理有本質的不同，旋翼機依靠機身后部的螺旋槳提供前進的動力，達到一定的速度后，氣流吹動頂部的旋翼轉動產生升力，使其升空飛行。可見，旋翼機的旋翼沒有動力，也沒有直升機旋翼復雜的控制機構。

復合航空器包括定/動翼混合式航空器、升/浮力一體式航空器和升力/反作用力組合式航空器等。“定/動翼混合式”主要考慮升力面的物理構型；“升/浮力一體式”主要考慮升力獲取方式，此類航空器的升力有空氣靜力加入，但以空氣動力為主；“升力/反作用力組合式”主要是基于跨高度域、速度域飛行需要而出現的新樣式。

至于變體航空器，之所以將其單列，原因是該領域技術正獲得新發展，正向機翼多維度變化和機身可有限變形的方向進化。變體航空器和前面所列的復合航空器，是航空器創新發展的熱點，具有一定的工程應用前景，應給予關注，并在分類中考慮。

美國正大力研發的高速直升機，其升力與普通直升機類似，仍依靠機身頂部的旋翼提供。而水平飛行的動力，則由推進式螺旋槳提供，因此飛行速度較傳統直升機快得多。

各航空大國正在研制的高超聲速飛行器，大都屬于升力/反作用力組合式航空器。它們在初始飛行階段，依靠火箭發動機提供動力，可以達到很高的飛行速度；進入巡航階段，則依靠空氣動力飛行。圖為美國曾經研制的X-43A高超聲速飛行器。

這種遙控航空模型看起來與普通的航模無異，但它其實是一種升/浮力一體式航空器。其機體內充滿氦氣，能為自身提供浮力，使整機的翼載荷大大降低。這樣只需很小的動力，它就能在室內以極低的速度飛行，表演效果出眾。

MV-22“魚鷹”傾轉旋翼機可以通過發動機的狀態變化實現飛行狀態的切換。在垂直起降時，它能像直升機那樣由兩個垂直狀態的旋翼提供升力；而在水平飛行時，旋翼逐漸轉動到水平狀態，進而使其像固定翼飛機那樣飛行。

巡航導彈通常配有尺寸較大的可折疊式彈翼。導彈發射后彈翼展開，為自身提供升力。因此這種導彈一般射程較遠，可達數千千米。

3.彈箭類航空器

這類航空器專指利用動力裝置噴射工作介質（工質）所形成的反作用推力飛行的彈箭類航空器，主要包括有翼/無翼導彈和低空火箭。其數量眾多，且大部分工作在大氣層內，確為航空器，故單列一類。其中，有翼導彈中的巡航導彈具有雙重屬性，它同時也是一種有升力機翼、以動力推進（多采用噴氣發動機）的定翼航空器。

具體而言，有翼導彈指彈體上配置有彈翼、依靠其所產生的空氣動力作機動飛行的導彈，巡航導彈和部分戰術導彈均屬此類，多在稠密大氣層內飛行，其同時歸屬于空氣動力大類里的定翼航空器。筆者將其專門歸類為彈箭類航空器，是強調其直接反作用推力的共同特征，且同為導彈。

在大氣層中運行的還有多種無翼導彈，如空對空/空對面導彈、彈道導彈等。一部分無翼導彈上配有小翼，但并非升力面，而是起飛行穩定作用的控制面。

低空火箭則特指在卡門線（地表向上100千米）以下的空氣空間運行的火箭，以與航天器運載火箭等高空域火箭相區分。各類探空火箭就屬于此類。

無翼導彈上的小翼，一般起穩定飛行的作用。

探空火箭是在近地空間進行探測和科學試驗的火箭，一般為無控制火箭，具有結構簡單、成本低廉、發射方便等優點，可用于天氣預報、地球和天文物理研究，為彈道導彈、運載火箭、人造衛星、載人飛船等飛行器的研制提供必要的環境參數。世界第一枚專門用于高空大氣探測的火箭是美國于1945年秋研制成功的“女兵下士火箭”，它能將11千克的有效載荷送到70千米的高空。