起飞是指航空器飞行过程中离开地面,进入空中的阶段。

F/A-18黄蜂式战斗攻击机起飞
Embraer E-175起飞

对于水平起飞的航空器而言,起飞一般需要在跑道上滑行,在到达一定速度及升力后再起飞。若是航空气球直升机或是一些特殊的固定翼航空器(垂直起降飞机,例如霍克西德利鹞式战斗机),不需要跑道即可起飞。起飞和著陆恰好相反,后者是指航空器结束飞行,回到地面的阶段。

水平起飞

功率输出

 
热气球的起飞

轻型飞机起飞时多半是全功率起飞。大型的运输机会用可以降低功率的减推力英语flex temp起飞,可以延长引擎寿命、降低维修成本,以及减少产生的噪音。有些紧急情形下,可以增加飞机动力以提升其性能。发动机(特别是往复式发动机)会先运作在高功率模式下,确认是否有引擎相关问题。之后会让飞机运作在旋转速度(rotation speed,Vr),此时飞机的起落架还在地面,此时会轻巧的操纵飞行控制系统,以促进或产生飞机姿态英语aircraft attitude的变化,只要机翼上方或下方有适当的气流,飞机就可以起飞,控制系统的目的是使其情形比较容易出现。

在要起飞时,机鼻会上倾5度到15度,以增加机翼产生的升力,有助于起飞。大部份的飞机,在要起飞时需要在跑道上维持巡航速度。

 
三架飞机依序起飞(其俯仰姿态也类似)

设计在高速飞行的固定翼飞机(例如商用喷气式飞机)在低速时很难产生足够的升力。因此会配合增升装置英语high-lift device,例如前缘缝翼襟翼,可以增加空气动力学上的弧度,并且加大机翼面积,使其在低速时效果更好,更可以产生升力。增升装置在起飞前会打开,在爬昇过程会收起来,在降落时也可能会打开。

速度需求

 
捷星航空A321刚从墨尔本起飞后看到的景观

飞机起飞的速度要求是以相对空气运动的速度(指示空速英语indicated airspeed)为准。逆风英语headwind让通过机翼的气流增加,因此可以降低起飞需要的地面速度。一般喷射机起飞需要的速度在240—285 km/h(130—154 kn;149—177 mph)的范围内。轻型飞机(例如Cessna 150),起飞速度约100 km/h(54 kn;62 mph)。超轻型飞机英语Ultralight需要的起飞速度较小。针对相同的飞机,起飞速度会和重量有关。重量越重,需要的起飞速度越大[1]。有些飞机特别为短程起降设计,因此可以在很低速的条件下升空。起飞速度也会受到飞机配置(例如襟翼或前缘缝翼位置)的影响。

运输机的运作会用到起飞的V速率:V1、VR及V2。这些速度不只受到和起飞性能有关的飞机因素影响,也受到机场跑道长度、斜率,以及其他条件的影响(例如跑道末端是否有障碍物)。飞机速度若低于V1,在紧急情形下,可以中止起飞。若速度超过V1,驾驶会先起飞,再设法降落。在副驾驶报V1之后,接下来会报VR(抬头速率)或rotate。运输机的The VR有经过计算,让飞机在一个引擎失效时,仍可以以V2速度到达到规范的高度。之后会报V2(安全起飞速度)。若二个引擎中有一个引擎失效,飞机需要维持在此速度以上,以符合爬升率以及航行角的性能要求。

 
波音737新世代起飞时收起起落架

若是单引擎或是双引擎的轻型飞机,机长需计算起飞需要的跑道距离,确保有足够的跑道长度可以起飞。长度会再加上一安全预度,让飞机一旦有状况时,还可以中断起飞。大部份这类旳飞机,任何的引擎故障都是当然的中断起飞原因,因为就算飞机冲过跑道末端,也比飞机升空,但没有动力维持飞行要好。

若飞机需要越过跑道末端的障碍物,机长会以最大航行角的速度飞行(Vx),让固定水平距离下有最大的上升高度。若没有障碍物,或已越过障碍物,会加速到最大爬升率的速度(Vy),在相同时间下可以有最大的上升高度。一般而言,Vx会比Vy要低,而且需要较高的俯仰姿态。

辅助起飞

 
滑翔机驾驶舱看到的拖曳线和牵引飞机

辅助起飞英语Assisted takeoff是指飞机除了自身的动力之外,有用其他辅助动力系统使其起飞。需要辅助动力系统的原因可能是因为飞机重量超过最大起飞重量、动力不足、可用跑道长度不足,或是高温高海拔英语hot and high机场等原因,也可能这些原因都有。滑翔机本身没有动力系统,无法自己起飞,因此也需要靠辅助动力系统才能起飞。

垂直起飞

垂直起飞是指飞机或是火箭可以以和地面垂直的轨迹起飞。垂直起飞不需要跑道。大部份垂直起飞的飞行体可以水平的降落,不过有些纳粹德国空军火箭动力飞机也是垂直起飞,需要用其他方式降落。例如Bachem Ba 349英语Bachem Ba 349的Natter垂直起飞,降落时需要降落伞辅助。其他比较晚期的纳粹德国飞机,例如Heinkel P.1077英语Heinkel P.1077 Julia或Focke-Wulf Volksjäger英语Focke-Wulf Volksjäger,以几乎直角的角度爬昇,以skid的方式降落[2]

垂直起降飞机

 
鹞式战斗机,垂直起降飞机

垂直起降飞机(Vertical take-off and landing,简称VTOL)包括了像直升机一样,可以垂直起飞、降落及翱翔的固定翼飞机,或是其他有动力转子的飞行器,例如倾转旋翼机[3][4][5][6]。有些垂直起降飞机也可以以其他模式飞行,例如CTOL英语CTOL(传送起降)、STOL英语STOL(短程起降)及STOVL(短程起飞、垂直降落)。其他的飞行器,例如直升机,因为没有处理水平方向运动的起落架,只能垂直起降。垂直起降飞机属于垂直(短距)起降(V/STOL)的一种。

除了直升机外,有两种军用的的垂直起降飞机:一种是使用倾转旋翼机为动力的飞机,例如贝尔直升机德事隆波音V-22鱼鹰式倾转旋翼机,另一种是直接用喷射作为动力的飞机,如鹞式战斗机

火箭升空

火箭的起飞阶段会称为火箭升空。升空目标可能是绕地球轨道,也可能是到地球以外的外太空,一般都会在陆地上的固定位置升空,不过也可以在从海上的浮动平台升空,例如San Marco平台英语San Marco platform,或是海上发射公司的发射船。

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参考资料

  1. ^ Scott, Jeff (4 August 2002) "Airliner Takeoff Speeds页面存档备份,存于互联网档案馆)". Aerospace Web. Retrieved 12 August 2015
  2. ^ Ulrich Albrecht: Artefakte des Fanatismus; Technik und nationalsozialistische Ideologie in der Endphase des Dritten Reiches页面存档备份,存于互联网档案馆) (in German)
  3. ^ "Vertical Takeoff & Landing Aircraft," John P. Campbell, The MacMillan Company, New York, 1962.
  4. ^ Rogers 1989.
  5. ^ Laskowitz, I.B. "Vertical Take-Off and Landing (VTOL) Aircraft." Annals of the New York Academy of Sciences, Vol. 107, Art.1, 25 March 1963.
  6. ^ "Straight Up - A History of Vertical Flight," Steve Markman and Bill Holder, Schiffer Publishing, 2000.