飞行学员须知:航空器飞行的相关物理常识

时间:2014-09-03 编辑:白金会

  飞行物理学常识

  以下章节给出了有关飞行中起作用的力的知识。

  飞行归因于作用在飞机上的几个力。第一个是飞机的重量,即将飞机拉向地面的重力。第二个是引擎产生的推力,它通过空气推动飞机,飞机向前运动引起空气在机翼上方运动,反过来又产生可抵销重力的升力。最后一个作用在飞机上的是阻力,它是与飞行相反方向产生的力。

  多个力可同时从不同方向作用于同一架飞机上,单个的力称作分力,多个力作用总的效果称为净力或合力。

  推力

  产生推力是飞机引擎工作的基本目的。这个力使飞机能够克服惯性(阻止物体改变运动状态趋势的性质)。推力使飞机向前运动,然后使机翼产生升力。飞机的推力/重量比是飞机的普通度量标准,即飞机的最大推力与飞机的总重量之比。推力/重量比大于1表示飞机可以克服重力。

  推力/重量比大于1:1表明飞机可以克服地球引力,而竖直向上飞行的F-15E双涡轮喷气引擎(PW-200型引擎)每个可产生23450磅的推力。

  引擎产生的推力驱动飞机向前运动,使得空气在机翼上下表面运动,从而产生压力,将机翼向上推。推力也可改变飞机的速度。

  上升

  当机翼在空气中运动,并将空气上下一分为二时,飞机就会升起来。一半空气流过机翼上部,另一半空气从机翼下部通过。流过机翼附近的空气在碰撞点被一分为二(见下图),并分别从机翼上下外表面流过。

  机翼上表面的弯曲度比较大,因此机翼上表面比下表面长(参见图),流过机翼上表面的空气的表面面积要比流过下表面的面积大。从机翼上部流过的空气行程长,因此它的流动速度比从机翼下部流过的气流要快。机翼上表面上的较快的气流对机翼上部的压力要比下表面上的气流对机翼下表面的压力要小,这样就产生了压力差,即机翼上表面与下表面之间的压力不平衡,这个压力将机翼向上报,使得飞机上升。

  攻角

  机翼产生的升力大小随机翼碰撞空气的角度变化而变化,这个角称为攻角(AoA角),不要将攻角与空间方位角或机头与水平的倾角相混淆。F15战机的攻角以单位数度量,而空间方位角以度数度量。

  攻角大小不是一成不变,而随具体情况变化而变化。有时攻角保持14个单位,可使飞机的巡航范围最大,在转弯时主要关注能量的节省,16-22个单位有是最佳的。加速时最好选择8-10个单位攻角。如果攻角太大,座舱中音频声音会响起来,警告你失速即将发生。观察平视显示器左侧指示航速正下方的符号和数字来检查攻角大小,它是以单位表示的飞机的攻角。“主平视显示器中的符号”。

  阻力

  阻力是阻止飞机沿飞行方向运动的力。任何一个物体在流体(空气也是一种流体)中运动都会要产生摩擦力。在飞机向前运动,空气对机翼摩擦时,以及空气推向飞机表面引起压力积聚时,都会产生阻力。

  产生的阻力是升力向后的分力。机翼产生的升力越大,阻力也就越大。在飞机的速度达到1马赫时,声波阻力也会产生。机翼前部产生的压力比后部大,这样就产生了向后的阻力。寄生阻力包括风力和各种非升力引起的阻力。

  不管碰到哪些阻力,飞机的综合飞行特性决定于升力系数和阻力系数叠加。不同的攻角产生不同的升力和阻力。每一架飞机都有一个理想的攻角、推力和阻力组合,在不同航速下,产生的阻力种类也不同。

  航速

  飞机在大气中飞行时,空气从飞机表面上流过,气流将产生压力。在较高的高空上,空气比较稀薄,从飞机表面上流过的空气较少。通过测量气流的压力,F-15上的皮托管与计算机连机可计算航速。

  由于大气的密度不同,计算出的在某一高度上以不变推力和攻角飞行的飞机的航速同另一架以相同椎力和攻角在不同高度上飞行的飞机航速有差别。因此,飞机有指示航速(根据当前空气密度和高度计算出的视航速)和实际航速(根据空气密度和高度变化修正的航速)。

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