2009年4月20日星期一

飞行的原理

飛機能飛上天空,主要是透過四種力量交互作用所產生的結果。這四種力量分別是引擎的推力、空氣的阻力、飛機自身的重力和空氣的升力。飛機以引擎的速度產生推力,並且以升力克服重力,使機身飛行空中; 當空氣流經機翼時,飛機的機翼截面形成拱形,上方的空氣分子因在同一時間內走較長的距離,相反地,下方的空氣分子跑得較快,造成在機翼上方的氣壓會較下方低,這樣,下方較高的氣壓就將飛機支撐著,並浮在空氣中,這就是物理學的伯努利原理 (伯努利: 十八世紀荷蘭出生的數學家與科學家)。當推力大於阻力、升力大於重力時,飛機就能起飛爬升,待飛機爬升到巡航高度時就收小油門,稱為平飛,這時候推力等於阻力、重力等於升力,也就是所謂的定速飛行。



推力 為了使飛機前進,由引擎所產生的力。

阻力 飛機前進時,空氣與之相反的力。

升力 由於前進,在主翼上產生向上的力。

重力 飛機的全體之重力。

1. 推力的來源(牛頓定律:作用力=反作用力):飛行的推力(或動力)是靠飛機利用螺旋槳所產生的,而噴射飛機則利用噴射引擎來產生推力; 紙飛機與滑翔機則以地球的重力(地心引力)而產生其前進速度。

2. 阻力的來源: 空氣對機身的阻力和摩擦力,所以,為提高飛行效率,在飛機設計上更接近流線型以減少不必要的阻力。但阻力是必須的,如用於飛機減速(機翼上擾流板升起)和穩定機身等用途。

3. 升力的來源: 板狀的物件遇到強風就會產生升力,如風箏便是一個好例子。當風箏的軌與風成一適當的角度時,便會不斷地往上升。故飛機的機翼與氣流保持某一傾斜角度時,會產生更大的升力。

4. 重力的來源:是飛機本身的全體重量,重力對飛行有負面影響,故飛機機身的設計都是採用較輕的材料。


主翼
是產生升力的最主要結構,沒有它,滑翔機就只能待在地面上了。滑翔機飛行時,受到氣流的影響,會傾向左右兩邊搖擺,所以兩翼要造成微微向上傾,形成上反角,亦即從機身前、後看,兩翼略成V字形,以減輕左右搖晃的傾向。滑翔機的機翼要有足夠的撓性,飛行中遇上紊流,可以稍微上下撲動,避免因變形而折斷。

副翼
副翼是連動的,也就是當駕駛桿扳向右,右副翼向上擺時,左副翼同時向下擺,如此滑翔機會往飛行員右下的方向翻滾。

擾流板
車子在路上跑時,如果想慢下來,踩煞車就可以了,但是滑翔機如何煞機呢?擾流板向上打開時,會將機翼上的氣流擾亂,而使滑翔機減慢速度並下降。這個功能在降落時也是很有用的。

水平尾翼
主翼除了提供升力之外,亦產生一個會造成滑翔機沿著主翼翼展方向的軸向下翻轉的力矩。這是造成許多飛行先驅喪生的原因之一。水平尾翼的功能就是提供一個矯正滑翔機俯仰或上下搖動的力矩,以確保飛行中的穩定性。

垂直尾翼
垂直尾翼能校正飛行中的偏行或左右迴轉,保持方向的穩定。

升降舵
升降舵也是用駕駛桿操控的。當駕駛桿向後扳,升降舵上擺,機頭朝上;駕駛桿向前推時,升降舵下擺,機頭朝下。

方向舵
方向舵是利用腳踏板來控制的。飛行員踩下左腳踏板時,方向舵向左擺,機頭左轉;踩下右腳踏板,方向舵向右擺,機頭就右轉。僅僅操縱方向舵只能改變滑翔機的位置,不能使滑翔機轉彎。滑翔機有很強的直線飛行慣性(牛頓第一定律),轉動方向舵會引起側向滑行,就像開快車急彎時的感覺一樣,急彎路面通常會傾斜以防止車子打滑側行,但是滑翔機在空中是自由的,要使滑翔機轉彎而不側滑,必須同時操縱副翼與方向舵。英文叫做bank,傾斜轉彎