要了解飛機的飛行原理,首先要知道飛機的組成和作用,飛機的升力是如何產生的。這些問題將分幾個部分簡要說明。
壹、飛行的主要部件和功能
到目前為止,除少數特殊類型的飛機外,大多數飛機都由五個主要部分組成:機翼、機身、尾翼、起落架和動力裝置:
1.機翼——機翼的主要作用是產生升力來支持飛機在空中的飛行,同時也起到壹定的穩定和操作作用。壹般副翼和襟翼都安裝在機翼上。操縱副翼可以使飛機翻滾,放下襟翼可以增加升力。發動機、起落架和油箱也可以安裝在機翼上。不同用途的飛機機翼的形狀和大小也不同。
2.機身——機身的主要功能是裝載乘客、乘員、武器、貨物和各種設備,並將飛機的其他部分,如機翼、尾翼、發動機連接成壹個整體。
3.尾翼——尾翼包括水平尾翼和垂直尾翼。水平尾翼由壹個固定的水平安定面和壹個可移動的升降舵組成。壹些高速飛機將水平安定面和升降舵組合成全動水平尾翼。垂直尾翼由壹個固定的垂直安定面和壹個活動方向舵組成。尾翼的作用是控制飛機的俯仰和偏轉,保證飛機能夠平穩飛行。
4.起落架——飛機的起落架大多由減震支柱和機輪組成,用於飛機起飛和降落、地面滑行和停放時的支撐。
5.動力裝置——動力裝置主要用來產生拉力和推力,使飛機前進。其次,它還可以為飛機上的其他電氣設備提供電源。目前廣泛使用的飛機動力裝置有:航空活塞發動機加螺旋槳、渦噴發動機、渦槳發動機、渦扇發動機。動力裝置除了發動機本身,還包括壹系列保證發動機正常運轉的系統。
除了這五個主要部分,飛機還根據飛機運行和執行任務的需要,配備了各種儀表、通信設備、飛行員設備、安全設備等設備。
第二,飛機的升力和阻力
飛機是壹種比空氣重的飛機。飛機在空中飛行時,會產生作用在飛機上的氣動力,飛機靠氣動力飛行。在了解飛機升力和阻力的產生之前,還應該了解氣流的特性,即氣流的基本規律。流動的空氣就是氣流,是壹種流體。這裏我們將引用兩個流體定理:連續性定理和伯努利定理:
流體連續性定理:當流體連續穩定地流過不同厚度的管道時,由於管道中流體的任何壹部分都不能被打斷或擠壓,所以流入任何壹個切面的流體的質量都等於同時從另壹個切面流出的流體的質量。
連續性定理闡述了流體在流動中的速度與管道截面的關系。在流體的流動中,不僅速度和管段是相互關聯的,而且速度和壓力也是相互關聯的。伯努利定理是解釋流體在流動中流速與壓力的關系。
伯努利定理的基本內容:流體在管道中流動時,速度高的地方壓力低,速度低的地方壓力高。
飛機的大部分升力是由機翼產生的,機尾通常產生負升力,而飛機其他部分產生的升力很小,壹般不考慮。從上圖我們可以看到,空氣流向機翼前緣,分為兩股氣流,分別沿機翼上下表面流動,在機翼後緣重新匯合向後流動。機翼上表面比較凸起,流管比較細,說明流速加快,壓力減小。在機翼下表面,氣流受阻,流管變厚,流速變慢,壓力增大。這裏我們參考以上兩個定理。所以機翼上下表面存在壓差,垂直於相對氣流方向的壓差之和就是機翼的升力。這樣,比空氣重的飛機借助機翼獲得的升力,克服了地球引力造成的自身重力,從而翺翔藍天。
機翼的升力主要依靠上表面的吸力,而不是下表面的正壓。壹般機翼上表面形成的吸力約占總升力的60-80%,下表面正壓形成的升力僅占總升力的20-40%左右。
飛機在空中飛行會有各種阻力。阻力是與飛機運動方向相反的空氣動力,阻礙飛機前進。這裏我們也需要了解壹下。根據阻力產生的原因,可分為摩擦阻力、壓力阻力、誘導阻力和幹擾阻力。
1.摩擦阻力——空氣的物理特性之壹是粘性。當空氣流過飛機表面時,由於其粘性,空氣會摩擦飛機表面,從而產生阻止飛機前進的力。這個力就是摩擦阻力。摩擦阻力的大小取決於空氣的粘度、飛機的表面狀況以及飛機與空氣接觸的表面積。空氣粘度越大,飛機表面越粗糙,飛機表面積越大,摩擦阻力越大。
2.壓阻——人逆風行走,會感受到阻力的作用,這是壹種壓阻。這種前後壓差形成的阻力叫做壓阻。飛機的機身、尾翼和其他部分會產生壓力阻力。
3.誘導阻力——當升力產生時,飛機受到壹個阻力。這種由升力引起的阻力稱為誘導阻力,是飛機為產生升力而付出的壹種“代價”。它的制作過程比較復雜,這裏就不贅述了。
4.幹擾阻力——是飛機不同部件之間氣流幹擾產生的附加阻力。這種阻力容易在機身與機翼、機身與尾翼、機翼與發動機短艙、機翼與副油箱之間產生。
以上四種阻力是針對低速飛機的。至於高速飛機,除了這些阻力,還會有波浪阻力等其他阻力。
三、影響升力和阻力的因素
升力和阻力是在空氣(相對氣流)之間的相對運動中產生的。影響升力和阻力的基本因素有:機翼在氣流中的相對位置(迎角)、氣流的速度和空氣密度、飛機本身的特性(飛機表面質量、機翼形狀、機翼面積、是否使用襟翼、前緣縫是否打開等)。).
1.攻角對升力和阻力的影響——相對氣流方向與弦長的夾角稱為攻角。在相同飛行速度和其他條件下獲得最大升力的迎角稱為臨界迎角。當攻角小於臨界攻角時,升力增大;當迎角大於臨界迎角時,升力減小。攻角增大,阻力增大,攻角增大,阻力增大。當超過臨界攻角時,阻力急劇增加。
2.飛行速度和空氣密度對升力阻力的影響——飛行速度越大,升力和阻力越大。升力和阻力與飛行速度的平方成正比,即速度增加壹倍,升力和阻力增加四倍;當速度增加三倍時,勝利和阻力將增加九倍。空氣密度大,空氣動力大,升力和阻力自然就大。空氣密度增加壹倍,升力和阻力也增加壹倍,即升力和阻力與空氣密度成正比。
3.機翼面積、形狀和表面質量對升力和阻力的影響--大機翼面積、大升力和大阻力。升力和阻力與機翼面積成正比。機翼形狀對升力和阻力有很大的影響,從機翼剖面形狀的相對厚度、最大厚度的位置、機翼的平面形狀、襟翼和前緣縫的位置到機翼結冰。還有,飛機表面是否光滑也會對摩擦阻力產生影響。如果飛機表面比較光滑,阻力會比較小,反之亦然。