一、為什么需要導(dǎo)航？從“迷路的飛機(jī)”說起演講人為什么需要導(dǎo)航？從“迷路的飛機(jī)”說起01飛機(jī)如何“飛起來”又“落下來”？起降原理深度解析02現(xiàn)代機(jī)場(chǎng)的“電子路標(biāo)”：導(dǎo)航系統(tǒng)詳解03總結(jié)：導(dǎo)航與起降——科學(xué)與工程的完美結(jié)合04目錄2025小學(xué)五年級(jí)科學(xué)下冊(cè)飛機(jī)場(chǎng)的導(dǎo)航與起降原理課件各位同學(xué)，今天我們要一起探索一個(gè)既熟悉又神秘的領(lǐng)域——飛機(jī)場(chǎng)的導(dǎo)航與起降原理。作為一名在航空科普教育領(lǐng)域工作了12年的老師，我曾帶著學(xué)生們?cè)跈C(jī)場(chǎng)塔臺(tái)觀察過飛機(jī)起降，也在模擬艙里體驗(yàn)過飛行員的操作。今天，我將結(jié)合這些真實(shí)經(jīng)歷，用你們能理解的語言，揭開飛機(jī)如何“認(rèn)路”、如何“安全起降”的科學(xué)密碼。01為什么需要導(dǎo)航？從“迷路的飛機(jī)”說起為什么需要導(dǎo)航？從“迷路的飛機(jī)”說起大家有沒有坐過飛機(jī)？還記得起飛前，飛行員會(huì)說“正在等待塔臺(tái)指令”嗎？2019年我?guī)W(xué)生參觀機(jī)場(chǎng)時(shí)，就遇到過一次特殊情況：一架從上海飛來的客機(jī)因?yàn)樘鞖庠蚱x了預(yù)定航線，最終在地面導(dǎo)航員的引導(dǎo)下才安全降落。這讓我深刻意識(shí)到：飛機(jī)不是“隨便飛”的，它需要一套精密的“交通規(guī)則”和“指引系統(tǒng)”，這就是導(dǎo)航的意義。1導(dǎo)航系統(tǒng)的核心任務(wù)飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)需要解決三個(gè)關(guān)鍵問題：我在哪？（實(shí)時(shí)定位）：就像我們用手機(jī)地圖時(shí)顯示的藍(lán)色小點(diǎn)，飛機(jī)需要知道自己在三維空間中的坐標(biāo)（經(jīng)度、緯度、高度）。去哪？（路徑規(guī)劃）：從出發(fā)機(jī)場(chǎng)到目的地機(jī)場(chǎng)，需要規(guī)劃一條安全、省油的航線，避開禁區(qū)、雷雨區(qū)和其他飛機(jī)。怎么去？（飛行控制）：根據(jù)實(shí)時(shí)位置和目標(biāo)路徑，調(diào)整飛行方向、高度和速度，確保精準(zhǔn)到達(dá)。2早期導(dǎo)航：從“看天看地”到“科技輔助”在飛機(jī)發(fā)明初期（20世紀(jì)初），飛行員主要依靠地標(biāo)導(dǎo)航：通過觀察山脈、河流、城市輪廓判斷位置。但遇到陰天或夜晚，這種方法就失效了。后來出現(xiàn)了羅盤導(dǎo)航（利用地球磁場(chǎng)確定方向），但羅盤容易受飛機(jī)金屬部件干擾。直到20世紀(jì)中葉，無線電技術(shù)的發(fā)展才讓導(dǎo)航進(jìn)入“精準(zhǔn)時(shí)代”——這就是我們今天要重點(diǎn)了解的現(xiàn)代機(jī)場(chǎng)導(dǎo)航系統(tǒng)。02現(xiàn)代機(jī)場(chǎng)的“電子路標(biāo)”：導(dǎo)航系統(tǒng)詳解現(xiàn)代機(jī)場(chǎng)的“電子路標(biāo)”：導(dǎo)航系統(tǒng)詳解大家想象一下：機(jī)場(chǎng)就像一個(gè)超級(jí)大的“航空十字路口”，每天有上百架飛機(jī)進(jìn)出。要讓它們不“堵車”、不“撞車”，需要地面和飛機(jī)上的導(dǎo)航設(shè)備協(xié)同工作。我們可以把導(dǎo)航系統(tǒng)分為地面導(dǎo)航設(shè)施和機(jī)載導(dǎo)航設(shè)備兩部分。1地面導(dǎo)航設(shè)施：機(jī)場(chǎng)的“指揮燈”地面導(dǎo)航設(shè)施是機(jī)場(chǎng)的“基礎(chǔ)設(shè)施”，就像馬路上的紅綠燈和路標(biāo)，為飛機(jī)提供“方向指引”和“位置參考”。最關(guān)鍵的三種設(shè)施是：1地面導(dǎo)航設(shè)施：機(jī)場(chǎng)的“指揮燈”1.1甚高頻全向信標(biāo)（VOR）：給飛機(jī)“畫圓圈”VOR是一種無線電發(fā)射裝置，通常安裝在機(jī)場(chǎng)附近的高地上。它會(huì)向周圍發(fā)射360度的無線電信號(hào)，每個(gè)方向?qū)?yīng)一個(gè)“角度值”（就像鐘表的刻度）。飛機(jī)上的VOR接收機(jī)收到信號(hào)后，能計(jì)算出自己與VOR臺(tái)的“方位角”（比如“正北偏東30度”）。通過同時(shí)接收兩個(gè)VOR臺(tái)的信號(hào)，飛機(jī)就能用“交叉定位法”確定自己的位置——就像用兩個(gè)指南針交叉找到目標(biāo)點(diǎn)。舉個(gè)例子：上海虹橋機(jī)場(chǎng)有3個(gè)VOR臺(tái)，飛行員通過接收機(jī)上的指針，就能知道自己是在“虹橋VOR的120度方向”還是“浦東VOR的270度方向”，從而調(diào)整航線。1地面導(dǎo)航設(shè)施：機(jī)場(chǎng)的“指揮燈”1.2儀表著陸系統(tǒng)（ILS）：降落時(shí)的“電子跑道”ILS是飛機(jī)降落時(shí)的“核心助手”，它由兩部分組成：下滑道（GlideSlope）：發(fā)射垂直方向的信號(hào)，告訴飛機(jī)“應(yīng)該以3度的角度下滑”（這是國(guó)際通用的安全下滑角，太陡會(huì)撞地，太平會(huì)飛過跑道）。航向道（Localizer）：發(fā)射水平方向的信號(hào)，確保飛機(jī)對(duì)準(zhǔn)跑道中線（誤差不能超過3米?。?。當(dāng)飛機(jī)接近機(jī)場(chǎng)時(shí)，飛行員會(huì)打開ILS接收機(jī)，駕駛艙儀表盤上會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)指針：一個(gè)指示是否偏離航向道（左右），一個(gè)指示是否偏離下滑道（上下）。通過調(diào)整飛機(jī)姿態(tài)，讓兩個(gè)指針都指向中心，飛機(jī)就能“沿著電子跑道”精準(zhǔn)降落。我曾在模擬艙體驗(yàn)過ILS引導(dǎo)降落：當(dāng)指針居中時(shí)，仿佛有一只“無形的手”帶著飛機(jī)滑向跑道，那種精準(zhǔn)感特別震撼！1地面導(dǎo)航設(shè)施：機(jī)場(chǎng)的“指揮燈”1.3無方向信標(biāo)（NDB）：簡(jiǎn)單卻重要的“備份”NDB是一種更古老的無線電導(dǎo)航設(shè)備，它向四周發(fā)射無方向性的信號(hào)。飛機(jī)通過接收機(jī)的“指針擺動(dòng)”判斷自己是否正對(duì)著NDB臺(tái)（指針指向0度時(shí)，說明飛機(jī)在NDB的正前方）。雖然精度不如VOR和ILS（誤差可能達(dá)到幾公里），但它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，至今仍是許多小機(jī)場(chǎng)的“備用導(dǎo)航手段”，就像手機(jī)的“備用電池”。2機(jī)載導(dǎo)航設(shè)備：飛機(jī)的“智能大腦”如果說地面導(dǎo)航設(shè)施是“外部路標(biāo)”，那么機(jī)載導(dǎo)航設(shè)備就是飛機(jī)的“內(nèi)部地圖”。最常用的有兩種：2機(jī)載導(dǎo)航設(shè)備：飛機(jī)的“智能大腦”2.1全球定位系統(tǒng)（GPS）：給飛機(jī)“開導(dǎo)航”現(xiàn)在我們手機(jī)用的GPS，飛機(jī)也在用！飛機(jī)上的GPS接收機(jī)通過接收4顆以上衛(wèi)星的信號(hào)，能實(shí)時(shí)計(jì)算出自己的位置（精度可達(dá)1米以內(nèi)）。飛行員可以在駕駛艙的屏幕上看到航線規(guī)劃，就像我們用手機(jī)地圖時(shí)的“實(shí)時(shí)導(dǎo)航”——綠色的航線、當(dāng)前位置的小點(diǎn)、前方的轉(zhuǎn)彎提示，一目了然。需要注意的是，民航飛機(jī)通常會(huì)同時(shí)使用GPS和地面導(dǎo)航系統(tǒng)（如VOR、ILS），這叫“冗余設(shè)計(jì)”，就像我們考試時(shí)帶兩支筆，防止一支沒墨水！2.2.2慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）：不依賴外部信號(hào)的“自主定位”INS是一種“純內(nèi)部”的導(dǎo)航設(shè)備，它通過測(cè)量飛機(jī)的加速度和角速度（就像手機(jī)里的陀螺儀），結(jié)合初始位置，計(jì)算出當(dāng)前位置。即使遇到強(qiáng)電磁干擾（比如雷雨天氣），或者GPS信號(hào)丟失，INS也能繼續(xù)工作。不過，它的誤差會(huì)隨時(shí)間積累（每小時(shí)約0.8公里），所以需要定期用GPS或地面導(dǎo)航信號(hào)“校準(zhǔn)”。2機(jī)載導(dǎo)航設(shè)備：飛機(jī)的“智能大腦”2.1全球定位系統(tǒng)（GPS）：給飛機(jī)“開導(dǎo)航”我參觀過某航空公司的維修車間，工程師說：“INS就像飛機(jī)的‘記憶大腦’，哪怕外面一片漆黑，它也能‘記住’自己飛過的路。”03飛機(jī)如何“飛起來”又“落下來”？起降原理深度解析飛機(jī)如何“飛起來”又“落下來”？起降原理深度解析了解了導(dǎo)航系統(tǒng)如何“指引方向”，接下來我們要解決另一個(gè)核心問題：飛機(jī)是如何從地面“飛起來”，又安全“落下來”的？這需要結(jié)合我們學(xué)過的“力的作用”和“空氣流動(dòng)”知識(shí)。1起飛：從滑跑到離地的“力量對(duì)抗”起飛過程可以分為三個(gè)階段：滑跑、離地、爬升。關(guān)鍵是要讓升力超過重力。1起飛：從滑跑到離地的“力量對(duì)抗”1.1滑跑階段：速度是升力的“源頭”飛機(jī)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)后，推力推動(dòng)機(jī)身在跑道上加速滑跑。隨著速度增加，空氣流過機(jī)翼的速度加快。根據(jù)伯努利原理（流速快的地方壓強(qiáng)?。?，機(jī)翼上表面的空氣流速比下表面快，因此上表面壓強(qiáng)小于下表面，產(chǎn)生向上的升力。我們可以用一張紙做個(gè)小實(shí)驗(yàn)：把紙放在嘴邊，用力向前吹氣，紙會(huì)向上飄——這就是伯努利原理的體現(xiàn)！飛機(jī)機(jī)翼的形狀（上凸下平）正是為了放大這種壓強(qiáng)差。1起飛：從滑跑到離地的“力量對(duì)抗”1.2離地階段：升力“戰(zhàn)勝”重力的瞬間當(dāng)滑跑速度達(dá)到“離地速度”（通常為250-300公里/小時(shí)），升力超過飛機(jī)重力，飛行員向后拉操縱桿，機(jī)尾的水平尾翼向下偏轉(zhuǎn)，產(chǎn)生向下的力，使機(jī)頭抬起。此時(shí)機(jī)翼與空氣的夾角（迎角）增大，升力進(jìn)一步增加，飛機(jī)就“飛起來”了。我曾在機(jī)場(chǎng)觀察過波音737起飛：滑跑約20秒后，機(jī)頭微微抬起，機(jī)輪離開地面的那一刻，發(fā)動(dòng)機(jī)的轟鳴聲會(huì)變高——這是飛行員加大推力，確保足夠的爬升動(dòng)力。1起飛：從滑跑到離地的“力量對(duì)抗”1.3爬升階段：調(diào)整角度，安全離開離地后，飛機(jī)進(jìn)入爬升階段。飛行員會(huì)調(diào)整仰角（通常10-15度），讓飛機(jī)以穩(wěn)定的速度上升（約5-8米/秒）。同時(shí)，導(dǎo)航系統(tǒng)會(huì)引導(dǎo)飛機(jī)沿預(yù)定航線飛行，避開其他飛機(jī)和禁飛區(qū)。2降落：從高空到地面的“精準(zhǔn)控制”降落比起飛更復(fù)雜，因?yàn)樾枰瑫r(shí)控制速度、高度和方向，誤差必須控制在“米級(jí)”。整個(gè)過程分為下滑、拉平、接地三個(gè)階段。2降落：從高空到地面的“精準(zhǔn)控制”2.1下滑階段：沿著“電子滑梯”下降飛機(jī)到達(dá)機(jī)場(chǎng)附近后，進(jìn)入下滑道（由ILS或GPS引導(dǎo)）。此時(shí)飛行員會(huì)減小發(fā)動(dòng)機(jī)推力，放下襟翼（機(jī)翼后緣的可動(dòng)部分）和起落架。襟翼展開后，機(jī)翼面積增大、彎曲度增加，升力和阻力同時(shí)增大——這就像給飛機(jī)“踩剎車”，讓它能以較低的速度安全下降（降落速度通常為220-260公里/小時(shí)）。2降落：從高空到地面的“精準(zhǔn)控制”2.2拉平階段：從“下降”到“平飛”的過渡當(dāng)飛機(jī)距離地面約15米時(shí)，飛行員會(huì)輕輕向后拉操縱桿，使機(jī)頭微微抬起，減小下滑角。此時(shí)飛機(jī)從“快速下降”轉(zhuǎn)為“緩慢下降”，速度進(jìn)一步降低，為接地做準(zhǔn)備。拉平的關(guān)鍵是“柔和”——如果動(dòng)作太猛，飛機(jī)可能“跳躍”；如果太晚，可能“重著陸”（機(jī)輪撞擊地面過強(qiáng)）。2降落：從高空到地面的“精準(zhǔn)控制”2.3接地階段：機(jī)輪與跑道的“溫柔擁抱”當(dāng)飛機(jī)主輪（機(jī)翼下方的大輪子）接觸跑道時(shí)，飛行員會(huì)向前推操縱桿，讓機(jī)頭輕輕放下（前輪觸地）。同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)推力減小，反推裝置（發(fā)動(dòng)機(jī)向后噴氣的擋板）打開，增加空氣阻力；機(jī)輪剎車啟動(dòng)，飛機(jī)逐漸減速，滑向停機(jī)坪。我曾在跑道旁觀察降落：飛機(jī)接地時(shí)，機(jī)輪會(huì)因?yàn)榕c地面摩擦而冒出一小股白煙——這是輪胎從“自由轉(zhuǎn)動(dòng)”到“與地面貼合”的瞬間，特別有意思！04總結(jié)：導(dǎo)航與起降——科學(xué)與工程的完美結(jié)合總結(jié)：導(dǎo)航與起降——科學(xué)與工程的完美結(jié)合同學(xué)們，今天我們一起揭開了飛機(jī)場(chǎng)導(dǎo)航與起降的“神秘面紗”：導(dǎo)航系統(tǒng)就像飛機(jī)的“電子眼睛”和“智能地圖”，通過VOR、ILS、GPS等設(shè)備，讓飛機(jī)“認(rèn)路”“走對(duì)路”；起降過程則是空氣動(dòng)力學(xué)的“實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用”，通過控制升力與重力、推力與阻力的平衡，讓飛機(jī)“飛起來”“落下來”。作為一名科普老師，我最開心的是看到同學(xué)們眼睛發(fā)亮地問：“原來伯努利原理能讓飛機(jī)飛起來！”“ILS的指針原來是這樣幫飛機(jī)