飛行與速度
——航空飛行從每秒3.05米速度開始加速
世界上第一架被認定的萊特兄弟“飛行者一號”的首次飛行，留空時間僅12秒，飛行距離36.6米。即飛行速度推算為3.05米/秒，也是人類開始飛行的最初速度。百余年的今天，現代飛機的最大飛行速度已達每小時3000多千米，航程可達數萬千米，留空時間長達十幾小時。
從中，人類的飛行在速度上經歷了怎樣的巨變？又以什么狀態(tài)向更高的速度發(fā)展呢？
圖：飛機美圖
科普一：速度概念
1、飛行速度：這里闡述的飛行速度 flight speed，是指飛行器單位時間內飛經的距離。一般是指經過修正表速得出的飛行速度，又稱真速或真實空速，而不包括儀表速度和地面滑行時空速與風速的向量之和速度，也不包括航空器爬升時的上升速度、離地速度、接地速度、下降速度、巡航速度等概念。隨著飛行速度的加快，表述單位也在不斷地遞進之中，速度單位也隨之發(fā)展，從低到高而有了如下米/秒、公里/時、公里/秒、馬赫、音速等速度單位。
2、馬赫與音速：馬赫即馬赫數（Mach Number），是以奧地利學者恩斯特·馬赫(Ernst Mach, 1838-1916)命名。
圖：奧地利學者恩斯特·馬赫
馬赫雖然表示一種速度單位，由于聲音在空氣中的傳播速度隨著不同的條件而不同，馬赫卻沒有一個固定的數值。如攝氏零度的海平面音速約為 1193 km/hr；一萬公尺高空的音速約為 1062 km/hr。馬赫的大約速度換算一般認為相當于340.3 m/s，又大約等同于1225 km/h，761.2 mph，或者1116 ft/s。即視為等于聲音在15攝氏度(59華氏度，288.15開氏度)的空氣中傳播的速度。
圖：超音速飛機圖
根據馬赫數可以把飛機的飛行速度劃分為3個范圍：
馬赫數<1,飛機的飛行速度小于當地音速，為亞音速飛行狀態(tài)。
馬赫數=1，飛機飛行速度接近于當地音速，為臨界飛行狀態(tài)。
馬赫數>1，飛機的飛行速度大于當地因素，為超音速飛行狀態(tài)。
科普二：飛機中其他速度的表達
從速度細節(jié)來分析，僅從飛機這個角度來讀取速度概念就有許多，有設計上的最大或最小速度，也有運營中的一些速度概念，更有飛行中所出現的安全保障等概念的速度單位，比如如下的的整理歸類：
1、V1代表的是決定起飛速度若在這個速度之前，發(fā)動機出現問題或者其它飛安狀況發(fā)生，飛行員可以選擇放棄起飛 ，因為飛機還有足夠的跑道剎車且停下來。
2、VR代表的是飛機的抬輪速度，當飛機超過V1速度時。機長會拉控制桿，這時機頭會慢慢上升，飛機進入爬升階段。此時，飛機一般會保持10-15度上仰姿態(tài)角。
3、V2代表的是飛機的安全起飛速度，當飛機經過VR速度后，抬起前輪，飛機就應加速到V2并持續(xù)加速至標準爬升速度。當飛機達到V2時，飛機已離開了跑道，可收起起落架。此速度可保證飛機安全起飛。
4、V2min最小起飛安全速度。
5、V3收襟翼速度
6、V4穩(wěn)定起始爬升速度
7、VA 設計機動速度，也稱最大控制偏差速度
8、VB最大陣風強度設計速度
9、VC設計巡航速度，也稱優(yōu)選巡航速度
10、VEF起飛關鍵發(fā)動機失效速度
11、VF設計襟翼速度
12、VFC飛機穩(wěn)定最大速度
13、VFE襟翼放出最大速度
14、VFTO最后起飛速度
15、VH最大連續(xù)推力水平飛行最大速度
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離地速度
19、VmC一發(fā)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一發(fā)失效著陸最小控制速度
23、VMO最大操作限制速度
24、VMU最小離地速度
25、VNE絕對不許操作速度
26、VNO最大巡航結構速度或正常支行最大速度
歷史追蹤：航空器的速度起程點
世界上第一架飛機是萊特兄弟的“飛行者一號”。1903年12月17日，美國俄亥俄州代頓的自行車制造商萊特兄弟在北卡羅來納州的基蒂·霍克試飛成功一架結構單薄、樣子奇特的雙翼飛機，即飛行者一號的首次飛行，留空時間僅12秒，飛行距離36.6米。
圖：飛行者一號首次飛行
現在追蹤：飛行器的速度頂峰點
現代航空器從種類上發(fā)展之多是驚人的，但了受到速度之限也是必然的，如直升機速度只能達到約300km/h左右，而轟炸機等軍機相對強調速度，可在1500m/s-4 000m/s之間；超音速飛機1278公里/小時；其他由于航空器自身受限要求，如民航客機800千米/小時；戰(zhàn)斗機200公里/時。
關鍵在于飛行環(huán)境因素所帶來的阻礙。
大氣環(huán)境和空間飛行環(huán)境會對飛行器結構、材料、機載設備、飛行性能等的重要影響。在大氣環(huán)境中出現對流層、平流層、中間層、熱層（暖層）、外層（散逸層）；空間環(huán)境有真空、電磁、高能粒子輻射、等離子體和微流星體等形成的飛行環(huán)境。
圖：飛機美圖
根據資料查實，歸納如下，僅供參考：
1、直升機：
直升機的最大時速可達300km/h以上，俯沖極限速度近400km/h，實用升限可達6000米（世界紀錄為12450m），航程可達600-800km左右。攜帶機內、外副油箱轉場航程可達2000km以上。
2、轟炸機：
高飛行速度(1500m/s-4000m/s）、高續(xù)航飛行高度（20km-50km）、高突防能力（很難攔截）、遠航程（1000km-15000km）、可以利用動能增強摧毀力。
3、超音速飛機：
超音速飛機為飛機速度能超過音速的飛機，1947年10月14日，美國空軍上尉查爾斯·耶格駕駛X—1在12800米的高空飛行速度達到1278公里/小時，M=1.1015，人類首次突破了音障。
4、民航客機：
大型民航飛機的飛行速度為800千米/小時至1000千米/小時，在高亞音速范圍之內。世界上最快的民航飛機—“協和”號在1976年正式投入運營，成為了世界上唯一種超音速客機。
5、戰(zhàn)斗機：
在低空作超時速飛行；高空最大飛行馬赫數在2左右；最小飛行速度為200公里/時；最大飛行迎角可達60°；低空作戰(zhàn)半徑約500-600公里；飛機起飛、著陸滑跑距離小于1000米；飛機最大過載可達9G。據知米格-25“狐蝠”型殲擊機是世界上速度最快的戰(zhàn)斗機，是由前蘇聯米高揚設計局研制的高空高速戰(zhàn)斗機，飛行速度達2.8馬赫。
圖：飛機美圖
6、航天與宇宙速度
航天飛機一般是以8公里/秒速度在太空飛行。繼而開始了宇宙速度概念。
第一宇宙速度7.9公里/秒，飛行器能克服地球引力環(huán)繞地球飛行
第二宇宙速度11.2公里/秒，飛行器可脫離地球飛向太陽系其他行星
第三宇宙速度16.7公里/秒，飛行器可以飛離太陽系
7、導彈速度：
地空導彈的速度一般為2-4馬赫，空地導彈一般為1.3馬赫左右，空空導彈速度一般為2.5-4馬赫，反艦導彈速度一般為1.8-2馬赫，巡航導彈速度為0.6-2馬赫。據知，現代洲際彈道導彈“宇宙神”的最大速度可超過第一宇宙速度，即7.9千米/秒，大約是音速的23倍多。
8、馬赫概念研究：
美國的技術團隊就正在研制一種可以讓飛機的速度達到5馬赫的發(fā)動機，約等于6125公里每小時。這種發(fā)動機的全稱叫做“基于渦輪的聯合循環(huán)發(fā)動機”（TBCC）。
圖：1942年2月25日拍到的不明飛行物
結論：
人類的貪婪迫使科技的起步，匆匆的腳步中在繼續(xù)地加速行進，宇宙的無窮盡觸發(fā)人類的無限想象，而追求飛行的高度與速度也成為人類切實追求某項領域成功的目標與努力方向。人類從不放棄地探究宇宙奧秘，才是人類與大自然抗爭的唯一動力，在悲喜中前行。
作者：胡鑫川
20221219
公眾號：胡叔航空館
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