第一章 飛行的基本原理

第一章飛行的基本原理超出空氣重量的飛行可?以用多種科學(xué)定律和理論來解釋。在這些定律和理論中牛頓第三運(yùn)動(dòng)定律是最基本的一項(xiàng)。即：“每次運(yùn)動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)相等的力和反作用力氣螺旋槳加速了大量的空氣向后流動(dòng)，因此就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與之相等的向前的力。該向前的作用力叫做“推力”,將飛機(jī)推向前進(jìn)。當(dāng)飛機(jī)被螺旋槳推向前進(jìn)起飛時(shí)，機(jī)翼就會(huì)遇到襲來的空氣開始全面上升。當(dāng)飛機(jī)向前飛行的速度增加時(shí)，該上升的的力也相應(yīng)的增加。當(dāng)上升的力達(dá)到與飛機(jī)的重力相等時(shí)，飛機(jī)則開始飛行了。大氣層飛機(jī)飛行的環(huán)境很接近地面環(huán)境，然而卻不盡相同。這個(gè)環(huán)境就是大氣層，由空氣組成,遍布于地面周圍。我們需要了解一些關(guān)于大氣層的東西來理解飛行。密度和壓力密度是空氣的一個(gè)性質(zhì)，它很容易誤導(dǎo)最初學(xué)習(xí)飛行的新手。求一個(gè)普通房間的空氣的重量，會(huì)有從0磅到10磅多種不同的答案，而真正的答案卻是近300磅而且一個(gè)大廳的空氣重量會(huì)超過一噸。從地面上升半里的高度，里面空氣的重量將會(huì)輕很多。它的密度一每單位體積的重量會(huì)發(fā)生變化。密度的變化被當(dāng)作空氣的壓力來測(cè)量。誠然，和水的密度比起來，空氣的密度要低一些，然而，正是由于空氣的這種性質(zhì)才使飛行成為可能?？諝馐秋w行的媒介，飛行的特性隨著空氣性質(zhì)的變化而隨之變化，平均壓力在水平位置時(shí)，每平方英寸是14.7磅，由于大氣的重力，一個(gè)大氣壓可以使氣壓表的水銀柱上升到29.92英寸。標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下，在10000英尺的高空，大氣壓會(huì)從每平方英寸14,7磅下降到每平方英寸10.2磅。溫度變化隨著高度上升空氣的溫度隨之下降，原因是太陽的熱量流經(jīng)大氣層時(shí)，并沒有給大氣升溫,地面吸收了熱量，地面溫度升高，與地面接觸到的空氣也吸收了一部分熱量。四個(gè)力飛機(jī)在飛行時(shí)受到四個(gè)主要力的作用，它們分別是：浮力、重力、推力和阻力。推力和阻力在水平飛行過程中飛機(jī)受到兩個(gè)主要水平方向的作用力T隹力和阻力。推力由螺旋槳作用于飛機(jī)的引擎產(chǎn)生，阻力由飛機(jī)及其各個(gè)部件克服空氣流經(jīng)所產(chǎn)生。浮力和重力飛機(jī)受到的垂直作用力是浮力和重力。重力是飛機(jī)的總重量還包括它的容量。重力被看作是經(jīng)過一點(diǎn)叫做“重心”，浮力作用于相對(duì)氣流90度的位置。不必與地平面形成垂直。在飛行中在與地平面形成角度的地方浮力也會(huì)產(chǎn)生作用。為了計(jì)算，整個(gè)浮力可以被看作是經(jīng)過機(jī)翼的某一點(diǎn)產(chǎn)生的。這一點(diǎn)叫做：“壓力中心”。相對(duì)氣流相對(duì)氣流總是與飛機(jī)飛行路徑的相對(duì)方向保持平行。相對(duì)氣流與飛機(jī)飛行的方式無關(guān)，只與飛機(jī)飛行的方向有關(guān)。安裝角和迎角安裝角是指機(jī)翼一條弦的平面與飛機(jī)縱軸的固定角度。切不可與前進(jìn)迎角角度混淆，根據(jù)機(jī)翼弦與相對(duì)氣流的角度的不同，也會(huì)有所不變化。根據(jù)飛機(jī)運(yùn)行的方向，角度也會(huì)發(fā)生改變。升力任何水平的物體例如一個(gè)平面，朝相對(duì)氣流的方向傾斜就會(huì)產(chǎn)生升力。風(fēng)箏就是一個(gè)例子,在這一點(diǎn)上，飛機(jī)的機(jī)翼就像個(gè)平面，后來發(fā)現(xiàn)它通過彎曲機(jī)翼上表面會(huì)產(chǎn)生更多的升力，從而機(jī)翼得到發(fā)展（圖1-8）。彎曲的上表面也可以為比較輕的結(jié)構(gòu)增加重量，燃料儲(chǔ)存，最終消除外部結(jié)構(gòu)的一部分。簡(jiǎn)單地說，機(jī)翼通過空氣向下偏斜能產(chǎn)生部分升力，機(jī)翼也是從上下表面不同的壓力得到部分升力。該理論解釋基于"Beniouilli理論”該理論表明，隨著空氣流動(dòng)速度增加，壓力下降。機(jī)翼壓力由于機(jī)翼表面的彎曲，氣流流經(jīng)機(jī)翼周闈時(shí)就會(huì)加速。上表面會(huì)形成一個(gè)比下表面大的拱形，空氣流經(jīng)機(jī)翼上面時(shí)就會(huì)比流經(jīng)機(jī)翼下面時(shí)速度快很多。根據(jù)BenioiulU的理論，機(jī)翼上面的壓力相對(duì)于機(jī)翼下面的壓力會(huì)大大降低。不同的壓力之和產(chǎn)生的力叫做升力。實(shí)驗(yàn)還表明在飛行中隨著機(jī)翼迎角度的增大，壓力中心也逐漸向前移動(dòng)。正常飛行中，迎角的外一點(diǎn)，壓力中心開始再次向后移動(dòng)。當(dāng)壓力中心向后移動(dòng)到一定程度，機(jī)翼處于失速狀態(tài)時(shí)，機(jī)頭會(huì)突然下墜。界限層飛行時(shí)，流經(jīng)機(jī)翼表面的界限層是一條很窄的空氣層，有時(shí)還不到百分之一英寸厚o（0.25毫米）該界限層可分為兩部分，一部分是性質(zhì)良好的薄片層，另一部分是混亂層。氣流開始流經(jīng)機(jī)翼時(shí)，與它的形狀相符合。處于這種狀態(tài)時(shí)，界限層平滑且稀薄。這就是薄片層。有個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)在機(jī)翼頭部和尾部邊緣之間移動(dòng)，這時(shí)，界限層變的混亂且加厚。氣流超出這一點(diǎn)則被看做是混亂層。將薄片流線型的機(jī)翼加己改進(jìn)使薄層氣流盡可能多的流經(jīng)機(jī)翼表面，該設(shè)計(jì)關(guān)系到機(jī)翼的上的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。這種薄片流線型機(jī)翼通常比普通機(jī)翼更薄，前部邊緣更加突出，切面處比較均勻。最重要的是機(jī)翼彎曲度最深的點(diǎn)比普通機(jī)翼更加靠后，當(dāng)氣流加速流動(dòng)逐漸從機(jī)翼前部邊緣向彎曲度最深的一點(diǎn)流動(dòng)時(shí)，壓力在薄片型機(jī)翼上的分布更加均勻，當(dāng)該機(jī)翼失速時(shí)，該機(jī)翼的轉(zhuǎn)折點(diǎn)比普通飛機(jī)機(jī)翼的轉(zhuǎn)折點(diǎn)向前移動(dòng)快的多。阻力阻力阻礙飛機(jī)向前運(yùn)動(dòng)，從而使飛機(jī)運(yùn)動(dòng)和相對(duì)氣流運(yùn)動(dòng)保持平衡。飛機(jī)的整個(gè)阻力是誘導(dǎo)阻力和寄生阻力之和。誘導(dǎo)阻力是飛機(jī)上升時(shí)遇到的力。附加阻力包括其他的阻力。誘導(dǎo)阻力當(dāng)機(jī)翼底部的高壓氣流向機(jī)翼頂部低壓氣流周圍流動(dòng)時(shí)，機(jī)翼頂部就會(huì)形成旋渦。阻力使氣流產(chǎn)生了混亂。除了旋渦的產(chǎn)生，當(dāng)機(jī)翼周圍的氣流向下偏斜的時(shí)候，還會(huì)產(chǎn)生下降的氣流。下降氣流是在飛機(jī)上升的過程中遇到誘導(dǎo)阻力而產(chǎn)生的。設(shè)想由下降氣流引起的誘導(dǎo)阻力的方法是：繪制前進(jìn)角度增大時(shí)浮力與向后推力的和力。由于前進(jìn)角度很大，氣流低速流動(dòng)時(shí)，誘導(dǎo)阻力變大。氣流速度加快，前進(jìn)角度變小，誘導(dǎo)阻力也變小。方向比例會(huì)影響到誘導(dǎo)阻力，方向比例是指全長(zhǎng)和彎曲度的平均值的比率。相對(duì)于彎曲度,機(jī)翼全長(zhǎng)較長(zhǎng)的阻力越小，長(zhǎng)機(jī)翼和相對(duì)小的彎曲度叫做高方向比率機(jī)翼寄生阻力該阻力由飛機(jī)上一切其他阻力組成，而不是由浮力引起的，并非象誘導(dǎo)阻力那樣，寄生阻力是隨著速度增加而增大。干擾阻力干擾阻力是氣流在飛機(jī)兩種狀態(tài)之間受到干擾形成的，例如，機(jī)翼和機(jī)身的連接處，沿機(jī)身的氣流將會(huì)干擾到機(jī)翼上面的氣流。外形阻力外形阻力包括形狀阻力和蒙皮摩擦阻力阻力。形狀阻力形狀阻力是飛機(jī)的結(jié)構(gòu)或形狀在空中阻礙飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的阻力。外露的飛機(jī)部件流線型化將會(huì)大大減少這種阻力。蒙皮摩擦阻力蒙皮摩擦阻力是空氣黏附于飛機(jī)表面所產(chǎn)生的使飛機(jī)向后運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)。光滑或拋光度高的飛機(jī)受