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力也就更大。总诱导阻力和空速的平方成反比变化关系。
从前面的讨论知道寄生阻力随空速的平方增加,诱导阻力随空速的平方反比变化。当空速降
低到接近失速速度时,总阻力变的更大,主要由于诱导阻力的快速升高。类似的,当空速达
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到飞机的终速时,因为寄生阻力的飞速增加使得总阻力再次快速增加。从图3-5可以看到,
在某些空速上,总阻力处于最大值。在计算最大续航力和航程时这是非常重要的;阻力最小
时,克服阻力所需要的动力也是最小的。
为理解飞行中飞机的升力和阻力的影响,需要结合考虑两者以及升阻比L/D(升力/阻力)。
对于稳定的非加速状态的飞机,用不同空速时升力和阻力的数据,可以计算每一具体迎角时
的升力系数CL 和阻力系数CD。升阻比对迎角的结果图显示升阻比增加到一最大值,在较高
的升力系数和迎角阶段开始下降,如图3-6。注意最大升阻比(L/D Max)出现在一个特定
的迎角和升力系数处。如果飞机在最大升阻比处稳定飞行,总阻力为最小。任何比最大升阻
比(L/D Max)处更大或者更小的迎角,升阻比降低继而在给定飞机升力时总阻力增加。
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重心(CG)的位置在每一具体飞机的总体设计阶段确定。设计者要确定压力中心(CP)会移动
多大距离。它们然后把重心朝相应的飞行速度下的压力中心前面固定,这是为了提供足够的
恢复运动以保持飞行平衡。
一架飞机的配置也对升阻比有很大的影响。高性能滑翔机会有极高的升阻比,超音速飞机在
亚音速飞行时好像升阻比低,那可是超音速飞行(高马赫数时高升阻比)需要的飞机配置导致
这样的情况。
重力
重力是趋向把所有物体朝地球中心拽的拉力。重心可以看成是飞机的所有重量都集中于所在
的一点。如果飞机的重心恰好得到支持,飞机就会平衡在任何姿态。也会注意到重心占飞机
的主导重要性,因为它的位置对稳定性有极大的影响。重心的位置通过每个飞机的总体设计
来确定。设计者要确定压力中心(CP)会移动多大距离。它们然后把重心朝相应的飞行速度
下的压力中心前面固定,这是为了提供足够的恢复运动以保持飞行平衡。
重力和升力有明确的关系,推力对应于拉力。这个关系简单,但是对于理解飞行动力学很重
要。升力是作用于机翼上的向上的力,和相对风方向垂直。需要的升力是用来克服飞机的重
力(由作用于飞机物质的地球引力导致)。这个重力通过飞机的重心向下作用。在稳定的平飞
中,此时升力大小等于重力,飞机处于平衡状态,高度不增加也减少。如果升力变得小于重
力,飞机将会降低高度。当升力大于重力时,飞机飞行高度增加。
升力
飞行员可以控制升力。随时控制轮子向前或者向后一点,迎角就会改变。当迎角增加时,升
力增加(假设其它因素不变)。当飞机到达最大迎角时,升力开始快速变小。这就是失速迎角,
或者叫紊流点。
在继续深入讨论升力和如何控制它之前,必须先说一下速度。机翼的外形不会有效,除非它
持续不断的冲击新的空气。飞机若要保持飞行,它必须持续移动。升力和飞机速度成相应的
比例。例如,如果迎角和其它因素不变的话,以200 节速度飞行的飞机所得的升力是它在
100 节速度飞行时升力的四倍。
实际上,如果迎角增加,飞机就不能保持继续保持同一迎角而高度不变的平飞;升力会增加,
结果升力增加使飞机爬升。因此,为了维持升力和重力的平衡,和为了保持飞机平直的平衡
飞行状态,只要速度增加,升力必须减小。这通常是通过减小迎角来实现的,如降低机头。
相反的,当飞机速度减慢时,降低的速度要求增加迎角来维持足够的升力以保持飞行。当然,
如果要避免失速的话,迎角可以增加的范围是有限制的。
所以,如果所有其它因素不变的话,可以得出一个结论,对于每一个迎角,有一个要求的对
应指示空速来维持稳定的高度-非加速飞行。记住,这只适用于维持水平飞行。由于机翼在
一个相同的迎角上总会失速,如果增加重量,升力必须也要增加,如果迎角保持恒定且恰好
在临界迎角,这样做的唯一方法是增加速度。
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升力和阻力也随空气密度直接变化。好几个因素会影响密度,如压力,温度和湿度。记住,
在18000 英尺高度,空气密度是海平面上密度的一半。因此,为了在较高的高度维持升力,
对于任何迎角都必须以更高的真实空速来飞行。
此外,暖空气密度比冷空气密度低,潮湿空气密度小于干燥空气的密度。这样,在热的潮湿
天气,对于任何给定迎角都必须以比干冷天气下更大的真实空速飞行。
如果密度因素降低,总升力必须等于总重量才能维持飞行,它遵循其它因素之一必须增加。
通常那些增加的因素是空速或者迎角,因为这些因素可以由飞行员直接控制。
也要指出,升力随机翼的面积直接变化,机翼的平面图没有改变。如果机翼有相同的比例和
机翼剖面,迎角相同时,200 平方英尺平面面积的机翼升力是100 平方英尺面积机翼的两
倍。
如你所见,从飞行员角度的两个主要因素是升力和速度,因为这两个因素的控制是最容易的
和准确的。当然,飞行员可以通过调整来控制密度,如果机翼恰好有可以扩大机翼面积的襟
翼,那么也可以控制机翼面积。但是,对大多数情况,飞行员控制升力和速度来操纵飞机。
例如,在平直飞行状态,以恒定高度巡航时,调整升力以匹配飞机速度或者巡航速度来保持
高度,而当升力等于重力时就可以维持平衡状态。在着陆进近中,当飞行员希望以实用的慢
速着陆时,增加升力到接近最大以维持升力等于飞机的重量是有必要的。
翼尖涡流
对机翼的作用力提供升力的同时也产生了诱导阻力。当机翼以正迎角飞行时,机翼的上下表
面有压力差是确定的,上表面的压力比大气压力低,下表面压力等于或者大于大气压力。由
于空气总是从高压区域向低压区域流动,阻力最小的路径是朝飞机的翼尖,从机翼下方来的
空气顺机身翼展方向向外绕翼尖运动。这个气流导致在翼尖溢出,所以产生了称为涡流的漩
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