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?以用多種科學定律和理論來解釋。在這些定律和理論中牛頓第三運動定律是最基本的一項。即：“每次運動都會產生一個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，因此就會產生一個與之相等的向前的力。該向前的作用力叫做“推力”,將飛機推向前進。當飛機被螺旋槳推向前進起飛時，機翼就會遇到襲來的空氣開始全面上升。當飛機向前飛行的速度增加時，該上升的的力也相應的增加。當上升的力達到與飛機的重力相等時，飛機則開始飛行了。大氣層飛機飛行的環(huán)境很接近地面環(huán)境，然而卻不盡相同。這個環(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性質，它很容易誤導最初學習飛行的新手。求一個普通房間的空氣的重量，會有從0磅到10磅多種不同的答案，而真正的答案卻是近300磅而且一個大廳的空氣重量會超過一噸。從地面上升半里的高度，里面空氣的重量將會輕很多。它的密度一每單位體積的重量會發(fā)生變化。密度的變化被當作空氣的壓力來測量。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的變化而隨之變化，平均壓力在水平位置時，每平方英寸是14.7磅，由于大氣的重力，一個大氣壓可以使氣壓表的水銀柱上升到29.92英寸。標準環(huán)境下，在10000英尺的高空，大氣壓會從每平方英寸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大氣層時，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。四個力飛機在飛行時受到四個主要力的作用，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受到兩個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的引擎產生，阻力由飛機及其各個部件克服空氣流經所產生。浮力和重力飛機受到的垂直作用力是浮力和重力。重力是飛機的總重量還包括它的容量。重力被看作是經過一點叫做“重心”，浮力作用于相對氣流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產生作用。為了計算，整個浮力可以被看作是經過機翼的某一點產生的。這一點叫做：“壓力中心”。相對氣流相對氣流總是與飛機飛行路徑的相對方向保持平行。相對氣流與飛機飛行的方式無關，只與飛機飛行的方向有關。安裝角和迎角安裝角是指機翼一條弦的平面與飛機縱軸的固定角度。切不可與前進迎角角度混淆，根據(jù)機翼弦與相對氣流的角度的不同，也會有所不變化。根據(jù)飛機運行的方向，角度也會發(fā)生改變。升力任何水平的物體例如一個平面，朝相對氣流的方向傾斜就會產生升力。風箏就是一個例子,在這一點上，飛機的機翼就像個平面，后來發(fā)現(xiàn)它通過彎曲機翼上表面會產生更多的升力，從而機翼得到發(fā)展（圖1-8）。彎曲的上表面也可以為比較輕的結構增加重量，燃料儲存，最終消除外部結構的一部分。簡單地說，機翼通過空氣向下偏斜能產生部分升力，機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，隨著空氣流動速度增加，壓力下降。機翼壓力由于機翼表面的彎曲，氣流流經機翼周闈時就會加速。上表面會形成一個比下表面大的拱形，空氣流經機翼上面時就會比流經機翼下面時速度快很多。根據(jù)BenioiulU的理論，機翼上面的壓力相對于機翼下面的壓力會大大降低。不同的壓力之和產生的力叫做升力。實驗還表明在飛行中隨著機翼迎角度的增大，壓力中心也逐漸向前移動。正常飛行中，迎角的外一點，壓力中心開始再次向后移動。當壓力中心向后移動到一定程度，機翼處于失速狀態(tài)時，機頭會突然下墜。界限層飛行時，流經機翼表面的界限層是一條很窄的空氣層，有時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，一部分是性質良好的薄片層，另一部分是混亂層。氣流開始流經機翼時，與它的形狀相符合。處于這種狀態(tài)時，界限層平滑且稀薄。這就是薄片層。有個轉折點在機翼頭部和尾部邊緣之間移動，這時，界限層變的混亂且加厚。氣流超出這一點則被看做是混亂層。將薄片流線型的機翼加己改進使薄層氣流盡可能多的流經機翼表面，該設計關系到機翼的上的轉折點。這種薄片流線型機翼通常比普通機翼更薄，前部邊緣更加突出，切面處比較均勻。最重要的是機翼彎曲度最深的點比普通機翼更加靠后，當氣流加速流動逐漸從機翼前部邊緣向彎曲度最深的一點流動時，壓力在薄片型機翼上的分布更加均勻，當該機翼失速時，該機翼的轉折點比普通飛機機翼的轉折點向前移動快的多。阻力阻力阻礙飛機向前運動，從而使飛機運動和相對氣流運動保持平衡。飛機的整個阻力是誘導阻力和寄生阻力之和。誘導阻力是飛機上升時遇到的力。附加阻力包括其他的阻力。誘導阻力當機翼底部的高壓氣流向機翼頂部低壓氣流周圍流動時，機翼頂部就會形成旋渦。阻力使氣流產生了混亂。除了旋渦的產生，當機翼周圍的氣流向下偏斜的時候，還會產生下降的氣流。下降氣流是在飛機上升的過程中遇到誘導阻力而產生的。設想由下降氣流引起的誘導阻力的方法是：繪制前進角度增大時浮力與向后推力的和力。由于前進角度很大，氣流低速流動時，誘導阻力變大。氣流速度加快，前進角度變小，誘導阻力也變小。方向比例會影響到誘導阻力，方向比例是指全長和彎曲度的平均值的比率。相對于彎曲度,機翼全長較長的阻力越小，長機翼和相對小的彎曲度叫做高方向比率機翼寄生阻力該阻力由飛機上一切其他阻力組成，而不是由浮力引起的，并非象誘導阻力那樣，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兩種狀態(tài)之間受到干擾形成的，例如，機翼和機身的連接處，沿機身的氣流將會干擾到機翼上面的氣流。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的結構或形狀在空中阻礙飛機的運動產生的阻力。外露的飛機部件流線型化將會大大減少這種阻力。蒙皮摩擦阻力蒙皮摩擦阻力是空氣黏附于飛機表面所產生的使飛機向后運動的趨勢。光滑或拋光度高的飛機受