航空飞行器
说起航空飞行器，人们一定会首先想起飞机。而谈起飞机，一定又会如数家珍、兴味盎然地娓娓道来。
其实，飞机只不过是飞行器的一部分。更确切地说，飞机只能算是航天飞行器的一部分。因为单讲飞机，大家熟知的美国“奋进号”航天飞机、“哥伦比亚号”航天飞机，也是飞行机器。不过它却是另外一个新的家族，因为它主要是在太空中飞行，而不是在湛蓝湛蓝的天空中翱翔。
那么，到底什么是航空飞行器呢？
航空飞行器，简单地说就是指在地球大气层中飞行的器械。地球大气层很厚，它可以分成很多层。在最下面的有两层：对流层和平流层，空气比较稠密。特别是对流层，空气流动性大。几乎所有的航空飞行器都在这两层中飞行，高度大约有80千米。
航空飞行器种类繁多，家族齐全。从贴地上空10厘米的高度，到肉眼无法看见的几十千米的高度，都有我们各显神通的飞行小兄弟。从其用途来说，有专门执行某一任务的“标兵”，也有善使多般武艺的“能手”。从其形状来看，也叫人叹为观止：有的长长的，像一条长龙；有的高高的，像一个擎天的巨人；有的圆圆的，像一个花脸脸盆；有的怪怪的，像一个马戏团丑角；等等。对于这些五花八门、千奇百怪的航空飞行器划分起来比较困难，因为航空飞行器常常是“一机多能”。它们的形状、飞行性能、飞行用途等都可以作为归类的标准，这里只从它们的飞行原理来划分。
小知识
气球的特殊用途
气球是实现人类升天梦想的第一个工具，其原理是空气具有浮力。18世纪初，巴西出生的神父巴托洛穆发明了热气球模型，该气球在印度的卡莎当和葡萄牙的特瑞诺多帕索室内抛高。
1783年，法国造纸工人约瑟夫·蒙特哥菲尔又用亚麻布做成了一个直径30米的大气球。该气球充满热空气，并上升到1800米高度，飞行2000米。1785年，一个充满氢气的气球飞越了英吉利海峡。
气球在军事、科研等方面曾有广泛应用。二战时，英国、前苏联曾在伦敦、莫斯科上空布置气球，有效阻止了德国飞机的入侵。
但是，气球的高度有很大限制。到目前为止，热气球的最高高度仅16805米，氢气球和氦气球的最高记录为34668米。另一方面，气球飞行路线飘忽不定，受风力影响很大。
随着现代科技的发展，新能源、新材料、新设备被配置到气球上。
飞艇的出现
飞艇是一种轻于空气的航空器，它与气球最大的区别在于具有推进和控制飞行状态的装置。
飞艇的组成：飞艇由巨大的流线型艇体、位于艇体下面的吊舱、起稳定控制作用的尾面和推进装置组成。艇体的气囊内充以密度比空气小的浮升气体（氢气或氦气）借以产生浮力使飞艇升空，吊舱供人员乘坐和装载货物，尾面用来控制和保持航向、俯仰的稳定。
飞艇的分类：飞艇属于浮空器的一种，也是利用轻于空气的气体来提供升力的航空器。
根据工作原理的不同，浮空器可分为飞艇、系留气球和热气球等，其中飞艇和系留气球是军事利用价值最高的浮空器。而从结构上看，飞艇又可分为三种类型：硬式飞艇、半硬式飞艇和软式飞艇。
飞艇和系留气球的主要区别，在于前者比后者多了自带的动力系统，可以自行飞行。飞艇分有人和无人两类，也有拴系和未拴系之别。
硬式飞艇是由其内部骨架（金属或木材等制成）保持形状和刚性的飞艇，外表覆盖着蒙皮，骨架内部则装有许多为飞艇提供升力的充满气体的独立气囊；半硬式飞艇要保持其形状主要是通过气囊中的气体压力，另外部分也要依靠刚性骨架。
20世纪20年代，一艘意大利制造的半硬式飞艇从挪威前往阿拉斯加的途中穿过了北极点，这是人类历史上第一架到达北极点的飞行器。
飞艇的原理：飞艇获得的升力，主要来自其内部充满的比空气轻的气体，如氢气、氦气等。
现代的飞艇，一般都使用安全性更好的氦气来提供升力，另外飞艇上安装的发动机提供部分的升力。发动机提供的动力主要用在飞艇水平移动以及艇载设备的供电上，所以飞艇相对于现代喷气飞机来说节能性能较好，而且对于环境的破坏也较小。
扑翼机
扑翼机是一种能像鸟一样搧动翅膀飞行的机器。古人的扑翼机，“机翼”用鸟禽羽毛做成，“机身”是活人。现代人设计的扑翼机翅膀则由各种合成材料做成。
中国的西汉时期，曾有人用大鸟羽毛制成了两个特大的翅膀，然后该人搧动翅膀从高处飞下，结果飞了几百步远。
15世纪，意大利的达·芬奇设计了一种像鸟一样扑翼的机械。机械装有翅膀，能用脚扑动，它也许就是现代扑翼机的前身。达·芬奇从飞禽的解剖中发现：鸟的臂肌相当有力，而人的臂肌不够强硬。人即使能像鸟一样快速搧动翅膀，他的血液供应也不够。换句话说，人的心脏跳动和代谢功能赶不上鸟。
随着现代材料、动力、加工技术，特别是微机电技术（MEMS）的进步，人类已经能够制造出接近实用的扑翼飞行器。这些飞行器从原理上可以分为仿鸟扑翼和仿昆虫扑翼，以微小型无人扑翼为主，也有大型载人扑翼机试飞。仿鸟扑翼的扑动频率低，翼面积大，类似鸟类飞行，制造相对容易；仿昆虫扑翼扑动频率高，翼面积小，制造难度高，但可以方便地实现悬停。
现代扑翼虽然已经能够实现较好的飞行与控制，但距实用仍有一定差距，在近期内仍无法广泛应用，只能用在一些有特殊要求的任务中，例如城市反恐中的狭小空间侦查。
现代扑翼需要解决的主要问题，是气动效率低、动力及机构要求高、材料要求高、有效载荷小等。以气动问题为例，微小型扑翼属于低雷诺数、非定常过程，目前仍无法完全了解扑翼扑动过程中的流动模型和准确气动力变化，也没有完善的分析方法可以用于扑翼气动力计算，相关研究主要依赖试验。
小知识
滑翔机
目前，现代扑翼机并未被真正制造出来。人们用人力作扑翼飞行试验时，派生出了另一种飞行器--滑翔机。
滑翔机飞行原理与鸟的滑翔原理相同，鸟在飞到一定高度时，利用空气阻力或迎面而来的气流，可以展开翅膀，进行滑翔。鸟在滑翔时一动不动，滑翔机在滑翔时也不需要动力，但是升高是个难题。
莱特兄弟最早制造的双翼风筝滑翔机，通过拉力牵引升入空中。现在的滑翔机不少都装上有小型活塞式发动机，既可自由起飞，也可在空中无动力自由滑翔。
滑翔机在遇到气流时也可上升，称为翱翔。现代滑翔机主要用于体育活动。
人力飞机
飞机的飞行原理和风筝相似。风筝在被人拉着跑时，常常是越升越高。飞机也一样，飞机在向前滑行时，由于速度加大，迎风也很大。这股风一部分跑到飞机的机翼上，流速较大，空气压力小；而流过机翼下的气流由于空气通路窄，流速小，以致压力大。空气是对流的，压力大的空气向压力小的地方跑，这一跑就产生了一种从下往上的升力，飞机就被空气抬起来。
人力飞机一般采用固定的机翼，由于脚比手力气大，提供力量的常常是脚。
1936年，德国人海斯勒·维林吉制造了第一架脚踏飞机，飞行40秒钟。1961年，英国3名大学生制造出一架人力飞机，其主体是一辆自行车，该机飞行了约50米。1977～1979年，美国滑翔机运动员麦克里迪制造的“蝉翼信天翁号”人力飞机，成功飞越了英吉利海峡。
此后，美国的人力固定翼飞机“仿蝙蝠”，在3分钟内沿三角航线飞行1500米，它标志着实用人力固定翼飞行的真正产生已为时不远。
螺旋桨飞机
螺旋桨飞机是指用螺旋桨产生拉力的飞机。螺旋桨如同风车上的“转叶”，但风车是利用气流使“转叶”转动，螺旋桨飞机是用螺旋桨使飞机沿气流爬升。
早期飞机桨是用木头做的，后来钢派上用场，但桨转得太快，磨损大，一样要折断。最令人抓狂的是，飞机一旦接近音速，即340米／秒时，螺旋桨开始失控。原来，飞机在接近声速时，其周围空气来不及流走，像一面墙堵在飞机前面，飞机只好裹足不前。当时，这一飞行难题称为音障。
螺旋桨飞机耗油量小，对环境造成的污染不大。目前，一些对速度不做高要求的飞机，如农业飞机，常使用带螺旋桨的发动机。
喷气式飞机
喷气式飞机，针对“音障”问题而诞生的。
喷气原理最早是牛顿提出来：飞机在喷气时产生巨大的反作用力，从而推动飞机前进。中国古老的火箭、现代航天发射的运载火箭，原理都同出一辙。
现代喷气式飞机一般使用涡轮喷气发动机，中国古代的走马灯其实就是现代涡轮喷气发动机的雏型。涡轮如同走马灯的灯片，当燃烧室的油点燃后，热气推动涡轮高速旋转，并向后喷气。1939年8月27日，世界上第一架涡轮喷气式飞机由德国亨克尔飞机制造厂制造并试飞成功，飞速177米/秒。
1947年，美国生产出一架X-Ⅰ型火箭飞机。该机利用携带的火药爆炸后喷出的气体推动飞机前行，并首次突破音障，打破音速不可超越的神话。
1953年，美国生产了F-100“超级佩刀”喷气式飞机，飞速442米/秒。此后，各种军用、民用飞机都采用了喷气发动机。
太阳能飞机
太阳能飞机上面布满了太阳能电池，电池产生的电流输入电动机后，螺旋桨开始转动并使飞机起飞及飞行。
1980年11月20日，美国“太阳挑战者号”飞机首次试飞成功。1981年7月，该机用5个小时成功飞越英吉利海峡。
太阳能飞机很轻，结构多使用碳纤维材料，机身上蒙有一层聚酯薄膜，并安装有1.6万块太阳能电池。“太阳挑战者号”的飞行速度是54千米/小时，飞行极限为3300米，实用性不大。
原子能飞机
原子能飞机迄今尚未真正问世。该种飞机安装有核反应堆，用金属铀-235作燃料。它的原子核受中子轰击，产生裂变释放中子，并释放能量。但是，核裂变时会对人产生有害的核辐射，因此必须采用保护层进行隔离。
美国曾研制出核喷气发动机，但由于其隔离防护设备太过庞大，难以安上飞机，最后耗费巨大、花了15年的研制最终流产。
直升机
直升机不是飞机，它是一种直上直下的飞行器，与螺旋桨飞机有点“近亲”关系。
螺旋桨飞机的桨装在飞机前面，它使飞机向前推进，受力与地面垂直。但如果螺旋桨装在飞机上部，那么飞机的受力会与地面平行，结果就是向前的推力变成向上的升力。
直升机起飞原理与中国的竹蜻蜓相似。大约1600年前，中国晋代葛洪就提到过一种带有升力螺旋桨的竹蜻蜓；后来，竹蜻蜓传到欧洲，带给科学家和技术人员不少启发，于是造出了直升机。
1483年，意大利达·芬奇提出直升机旋翼设想，并制作出草图。1754年，俄国罗索诺若夫进行了直升机旋翼模型试验。1939年，俄国人西科斯基研制出第一架实用直升机VS-300，并试飞成功。
直升机尾部有一个螺旋翼，它等同于方向舵，同时还可抵消大螺旋翼对直升机的旋转力。有的大型运输机干脆使用两个大的螺旋翼。其功能都一样，两个螺旋翼的方向相反，能抵消它们对直升机的旋转力。直升机只要操纵整个旋翼，使之倾斜，就可改变飞机受力方向，自动前行。
小知识
X-翼机
X翼机是直升机和普通飞机的杂交种。X翼机上面有直升机旋翼，可直起直落。当它的“X”形大旋翼在停止转动时，变成一般飞机的机翼。平直的机翼受到的阻力大，飞行速度低；斜形的机翼，两个向后掠或向前掠，或干脆一个前掠一个后掠的机翼，可提高速度，于是就有了前掠翼飞机、斜直翼飞机、后掠翼飞机等。
X翼机可把它的“X”旋翼调到任意形状，充当特别形状的机翼，达到一般直升机不能达到的速度。
冲翼艇
19世纪60年代，海上出现一种怪物：其形像船，却不在水上航行；像飞机，却不在高空飞翔，它紧贴水面，不高不低地向前飞。这就是冲翼艇。
其实，冲翼艇是船也是飞机。它不但可以在水面迅速滑行，而且能在水面以上几米乃至三四十米的低空飞行，所以人们称它为腾空艇，或者叫它超低空飞机。
冲翼艇是利用航行时贴近水面的艇翼的表面效应所产生的空气升力使艇体脱离水面，在接近水面的空气中飞行的一种特殊的高速船舶。
冲翼艇装有宽大的机翼。当艇在水面高速运动时，流经机翼与水面的空气流由于受到突然阻滞，机翼下面的压力升高，形成气垫，把艇体托出水面；再靠空气螺旋桨或涡轮喷气发动机推进飞行。如果升力超过艇的重量，冲翼艇就能飞离水面。
一般飞机在空中飞行时，机翼下面的高压气流会向机翼两边扩展，绕过两边翼梢，到达上翼面，形成涡流，产生阻力。但是，当机翼贴近水面飞行时，由于水面阻滞了气流向两侧扩展，大大削弱了机翼的涡流，使阻力大为下降。所以，冲翼艇可以高速沿着水面滑行，并且能稳定地做超低空飞行。
冲翼艇形式繁多，主要有飞机型、飞翼型和双体型三大类。无论哪一类型的冲翼艇，它的动力装置都有两套：一个是用作起飞推进的，动力较大；另一个作正常飞行推进的，动力较小。这种独具匠心的设计，既实用经济，又新颖别致。
小知识
冲冀艇的广泛发展
从20世纪60年代起，许多国家相继制造出了冲翼试验艇，最高航速达每小时300多千米。
冲翼艇航速高，航行平稳，是极为理想的客船。在军事上，冲翼艇超低空飞行，能躲避敌方雷达搜索，也能摆脱敌人潜艇跟踪，隐蔽性好。冲翼艇装上相应的起落装置，还可以在水、陆、冰雪、沙漠和沼泽地上起飞及降落，成为多用途的高速运输工具。
近年来，俄罗斯又宣布建成了世界上最大的“鹰”级沿海客运冲翼艇，全长58米，最大起飞重125吨，最大商载28吨；内设两层客舱，每层可乘150人；航速为每小时400千米，航程可达2000千米；还建成了一种“河上客车”双体冲翼艇。这种船吸收了双体船的优点，与单体船比较，提高了有效荷载量及航行的稳定性与安全性。
我国试制出“信天翁”1型冲翼艇，在1989年第三届布鲁塞尔（尤里卡）世界发明博览会上获得发明金奖。
气垫飞行器
也叫地毯飞行器，它利用“地毯原理”，即在飞行器底盘上装一个大风扇往下吹风，将空气压缩，形成高压空气区，如同气垫。由于飞行器上部气压小，形成一种垂直于地面的升力。飞行器升起后，再靠其他发动机就可向前后左右方向飞行。
地毯飞行器可用于水面和地面，但地面由于障碍多，且吹起来尘埃大，造价昂贵，没有多大实用价值。据说，气垫汽车和气垫火车都可制造，其中气垫火车时速可达400千米/小时。
