機(jī)翼通過(guò)利用三種氣流的能量產(chǎn)生升力。無(wú)論什么時(shí)候機(jī)翼產(chǎn)生升力,機(jī)翼下表面的壓力總是大于機(jī)翼上表面的壓力。結(jié)果,機(jī)翼下方的高壓區(qū)空氣有向機(jī)翼上方的低壓去流動(dòng)的趨勢(shì)。在機(jī)翼的翼尖附近,這些壓力有區(qū)域相等的趨勢(shì),產(chǎn)生一個(gè)從下表面到機(jī)翼上表面的向外的側(cè)面氣流。這個(gè)側(cè)向氣流給予翼尖的空氣和機(jī)翼后面的尾流一個(gè)旋轉(zhuǎn)速度。因此,翼尖的氣流會(huì)變成隨著機(jī)翼運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)渦流軌跡。
從尾部看飛機(jī)時(shí),右邊翼尖的渦流逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),而左邊翼尖的渦流順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。如圖3-4
記住這些渦流的旋轉(zhuǎn)方向,可以看到他們?cè)谝砑庵庖胍粋(gè)向上的氣流,在機(jī)翼尾緣之后產(chǎn)生一個(gè)向下的氣流。這個(gè)誘導(dǎo)的下洗氣流和產(chǎn)生升力所需的下洗氣流沒(méi)有關(guān)系。實(shí)際上是誘導(dǎo)阻力的來(lái)源。渦流和后面的機(jī)翼上凈氣流分量越大越強(qiáng),誘導(dǎo)阻力效應(yīng)也就越強(qiáng)。這個(gè)機(jī)翼頂部的下洗流在翼尖處有相同的使向后的升力矢量彎曲的效果,因此升力和相對(duì)氣流的蒸餃稍微向后,產(chǎn)生一個(gè)后向升力分量。這就是誘導(dǎo)阻力。
要記住為了在機(jī)翼上表面產(chǎn)生較大的負(fù)壓力,機(jī)翼可以?xún)A斜獲得更大的迎角;如果不對(duì)稱(chēng)機(jī)翼的迎角為零,也就沒(méi)有壓力差,繼而沒(méi)有下洗分量,因此也就沒(méi)有誘導(dǎo)阻力。無(wú)論如何,只要迎角增加,誘導(dǎo)阻力相應(yīng)的增加。
換一種說(shuō)法就是,較低的空速時(shí)就要求更大的迎角來(lái)產(chǎn)生等于飛機(jī)重量的升力,因而誘導(dǎo)阻力也就更大?傉T導(dǎo)阻力和空速的平方成反比變化關(guān)系。
從前面的討論知道寄生阻力隨空速的平方增加,誘導(dǎo)阻力隨空速的平方反比變化。當(dāng)空速降低到接近失速速度時(shí),總阻力變的更大,主要由于誘導(dǎo)阻力的快速升高。類(lèi)似的,當(dāng)空速達(dá)到飛機(jī)的終速時(shí),因?yàn)榧纳枇Φ娘w速增加使得總阻力再次快速增加。從圖3-5可以看到,在某些空速上,總阻力處于最大值。在計(jì)算最大續(xù)航力和航程時(shí)這是非常重要的;阻力最小時(shí),克服阻力所需要的動(dòng)力也是最小的。
為理解飛行中飛機(jī)的升力和阻力的影響,需要結(jié)合考慮兩者以及升阻比L/D(升力/阻力)。對(duì)于穩(wěn)定的非加速狀態(tài)的飛機(jī),用不同空速時(shí)升力和阻力的數(shù)據(jù),可以計(jì)算每一具體迎角時(shí)的升力系數(shù)CL和阻力系數(shù)CD。升阻比對(duì)迎角的結(jié)果圖顯示升阻比增加到一最大值,在較高的升力系數(shù)和迎角階段開(kāi)始下降,如圖3-6。注意最大升阻比(L/D Max)出現(xiàn)在一個(gè)特定的迎角和升力系數(shù)處。如果飛機(jī)在最大升阻比處穩(wěn)定飛行,總阻力為最小。任何比最大升阻比(L/D Max)處更大或者更小的迎角,升阻比降低繼而在給定飛機(jī)升力時(shí)總阻力增加。
重心(CG)的位置在每一具體飛機(jī)的總體設(shè)計(jì)階段確定。設(shè)計(jì)者要確定壓力中心(CP)會(huì)移動(dòng)多大距離。他們?nèi)缓蟀阎匦某鄳?yīng)的飛行速度下的壓力中心前面固定,這是為了提供足夠的恢復(fù)運(yùn)動(dòng)以保持飛行平衡。
一架飛機(jī)的配置也對(duì)升阻比有很大的影響。高性能滑翔機(jī)會(huì)有極高的升阻比,超音速飛機(jī)在亞音速飛行時(shí)好像升阻比低,那可是超音速飛行(高馬赫數(shù)時(shí)高升阻比)需要的飛機(jī)配置導(dǎo)致這樣的情況。
重力
重力是趨向把所有物體朝地球中心拽的拉力。重心可以看成是飛機(jī)的所有重量都集中于所在的一點(diǎn)。如果飛機(jī)的重心恰好得到支持,飛機(jī)就會(huì)平衡在任何姿態(tài)。也會(huì)注意到重心占飛機(jī)的主導(dǎo)重要性,因?yàn)樗奈恢脤?duì)穩(wěn)定性有極大的影響。重心的位置通過(guò)每個(gè)飛機(jī)的總體設(shè)計(jì)來(lái)確定。設(shè)計(jì)者要確定壓力中心(CP)會(huì)移動(dòng)多大距離。他們?nèi)缓蟀阎匦某鄳?yīng)的飛行速度下的壓力中心前面固定,這是為了提供足夠的恢復(fù)運(yùn)動(dòng)以保持飛行平衡。
重力和升力有明確的關(guān)系,推力對(duì)應(yīng)于拉力。這個(gè)關(guān)系簡(jiǎn)單,但是對(duì)于理解飛行動(dòng)力學(xué)很重要。升力是作用于機(jī)翼上的向上的力,和相對(duì)風(fēng)方向垂直。需要的升力是用來(lái)克服飛機(jī)的重力(由作用于飛機(jī)物質(zhì)的地球引力導(dǎo)致)。這個(gè)重力通過(guò)飛機(jī)的重心向下作用。在穩(wěn)定的平飛中,此時(shí)升力大小等于重力,飛機(jī)處于平衡狀態(tài),高度不增加也減少。如果升力變得小于重力,飛機(jī)將會(huì)降低高度。當(dāng)升力大于重力時(shí),飛機(jī)飛行高度增加。
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