[科普中国]-自动驾驶：飞机进步的里程碑

飞机的制造历史，从模仿鸟类的翅膀，到依靠滑翔，然后靠人为操纵。进入现代，利用计算机技术，完成了在允许的条件下，把驾驶员解放出来，由设定好的程序自动驾驶。这是科学的进步，也是飞机改革中重要的里程碑。

飞机为什么可以自动驾驶

为了使飞行员不会过于疲劳，现代飞机都装有自动驾驶系统，由机载计算机控制飞机自动飞行。人们早在几十年前，就发明了自动驾驶仪。那时的自动驾驶仪简单，由高度表、陀螺仪、加速度计、简单的电路和检测飞机状态信息的设备构成。由于其精度较差，校正飞机的飞行状态经常需要飞行员去做。现代的设备精密复杂，飞机自动控制飞机准确飞行，只要有一点状态的改变就可以察觉出来。主要是利用计算机产生精确的信号，飞机航线无需飞行员人工干预，校正由卫星定位系统完成。由于计算机在有些情况下，应变能力不如人类，还需要采用人工操作。

现在的技术虽然可以使飞机自动完成降落，在没有任何特殊情况下才有保证。为了保证飞行安全，在飞机降落时，不采用计算机进行自动控制，由飞行员来操纵降落。

飞行员可以实现对自动驾驶仪和领航模式的控制

为了适应超声速飞行，飞机进行了怎样的“变身”

飞机在飞行中与空气作用，会导致空气的振动。空气振动传播的速度就是声速，就像水中的涟漪一样，一圈圈传播开去。当飞机的声速和速度一样快时，前一圈空气振动“涟漪”还来不及传递开，就被后一圈“涟漪”追上，叠加就会产生“激波”的剧烈振动。激波会使飞机抖动、失控，在产生巨大飞行阻力时，甚至空中解体。

一些速度较快的活塞式战斗机在第二次世界大战后期，加速俯冲速度达到约0.9倍声速时，就容易发生这样的情况，有的机毁人亡。当时的飞机以突破声速，这种现象称之为“音障”，飞机在接近声速时，难以逾越，就像撞到墙一样。

米格-25“狐蝠”

人们发现：飞行的速度并不是机翼上出现激波时的气流速度，而是机翼前缘垂直方向上的气流速度。如果采用后掠翼，垂直机翼前缘的气流速度分量会低于飞行速度。与平直机翼飞机相比，在更高的速度下才会出现激波，从而推迟了激波的产生。

声速突破后，想再提高飞行速度，碰到另一个障碍，即“热障”。飞机飞行速度超过2.2倍声速，由于空气在机翼、机身的前缘，被剧烈压缩导致强烈的气动加热，产生高达数百摄氏度的高温，对机体材料产生很大的影响。飞机一般都是用铝合金做蒙皮，铝合金的强度尚可维持，小于2.2倍的声速，达到3倍声速后，铝合金就不能满足要求了。

飞机要采用其他的耐高温材料，可按热障速度飞行的。如采用钛合金作为结构材料，美国的311-71“黑鸟”；采用不锈钢的苏联的米格-25。普通喷气发动机的工作效率已不能满足要求，飞行速度超过3倍声速时，需要采用其他的发动机。例如，飞行速度达到3倍声速时的“黑鸟”，以保证高速飞行时的效率，发动机就通过某种机构变化使其变成冲压发动机。

飞机发动机

飞机的“心脏”为什么说是发动机

鸟类靠翅膀飞行，产生向前的推力和向上的升力是扇动翅膀。人类的早期就模仿鸟类制造扑翼机飞行实践，希望用鸟类的办法飞上天空，类似的尝试都以失败了告终。

后来，人们改变了思路，不再使用同一个部件，把产生向前推力和向上升力的部件与动作分开，用一种动作煽动“翅膀”同时完成两个任务。这个思路采用的结果，推动空气或利用喷气的反作用力利用螺旋桨来产生向前的推力，使飞机产生速度。这是个很聪明的办法，由此产生的气流流过机翼形成压力差，产生向上的升力。飞机飞行时所需要的动力大大降低了。

如果人类靠自己的力量飞上天空，用鸽子一样的方式，有科学家计算过，我们要有一米厚的胸肌。人如果靠人力驱动一个螺旋桨来提供推力，坐在固定机翼的飞行器中，那么这样的人力飞机，已经可以飞行超过1000千米。通过把升力和推力的产生机制分开的方式，飞行的效率大大提高了。飞机发动机在一定的速度范围内，速度越快，动力越强劲，升力也就越大。所以说，发动机不仅是产生升力的源泉，也为飞机提供了速度。发动机与飞机飞行性能的好坏有着直接的关系，飞机具有优良的性能，只有优秀的发动机才能使它实现。这就如人类的心脏，人体的好坏全靠心脏支撑，所以发动机是飞机的“心脏”就成为人类最爱的表达方式。

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