滑翔伞的结构与飞行原理

滑翔伞的结构与飞行原理

2008-02-17 17:12:27| 分类：默认分类|字号订阅

动力伞翼与滑翔伞翼结构与原理完全相同所以我们通称为滑翔伞滑翔伞的结构与飞行原理

【滑翔伞的稳定性】

所有运动的物体，对其第一位的品质要求是稳定性。滑翔伞的稳定性是指当它受到外力扰动(多半为阵风、湍流或飞行员的短暂操纵)后，能自行恢复到原先状态(平稳直线飞行)的倾向或能力。简而言之，一具稳定的滑翔伞在遇到阵风干扰后能自动恢复到正常飞行状态或它在乎稳的气流中具有“脱手”飞行的能力。

为说明滑翔伞的稳定性，先让我们看一下它的三个旋转轴：横向轴、纵向轴和垂直轴。滑翔伞绕横向轴的转动称俯仰，即伞衣前缘上抬或下降，是攻角的变化；绕纵向轴的转动称滚转，即一侧伞衣向上或向下的运动；绕垂直轴的转动称偏航，它是伞衣一侧向前或向后的运动，也就是滑翔伞的航向变化。

滑翔伞的俯仰稳定性和滚转稳定性都是由摆锤作用引起的。在正常稳定飞行时，飞行员悬挂在伞衣下面(这与悬挂在细绳下面的一个重物，即单摆相似)，此时气动力R与伞系统重量W大小相等，方向相反，整个力系处于平面状态。由于扰动(如迎面阵风的推动作用)，伞衣与人体位置发生偏离，攻角加大，由于R与w不再作用在同一直线上，平衡状态被破坏，但由于力的偏移，这时会产生一个力偶或力矩，使伞衣恢复到非原先的位置。所以，滑翔伞的俯仰稳定性就是受到干扰，伞衣攻角变化后恢复到原先攻角状态的倾向。假如滑翔伞侧面受到阵风的吹袭冲击，一侧伞衣的翼尖上抬；另一侧下降，也会造成R与w的平衡被破坏，同样会在力偶的作用下产生一个恢复力矩，使伞衣绕纵向轴转动，重新回到我们的头项上方，这就是滑翔伞的滚转稳定性。

滑翔的偏航和航向稳定性与上述情况不同。当滑翔伞的伞衣对风向发生偏航，伞衣的阴影面积是压力中心后部的面积(压力中心总是向上的气动力R的总合的点，也可看作是重心也作用在该点上)。在偏航状态中，伞衣在向后移动的一侧，根据经验处于较高的攻角，而向前的一侧处于较低的攻角位置，所以前者比后者产生更大的力，作用在向后一侧上后部的力结合通过系统质量中心的重力对伞衣产生修正作用，而使其脱离偏航状态，回到原先的航向上。

【转弯飞行】

滑翔伞在空中的转弯是通过拉下操纵绳，使伞衣一侧的后续部分向下弯曲，攻角加大，因而在气流的作用下，该侧阻力增大而升力被破坏。

一侧伞衣随着刹车施加而减速并轻微地下降，同时滑翔伞绕垂直轴转动使飞行方向改变，从而实现空中转弯。滑翔伞在转弯时，由于人体惯性力的作用，人体向外佣偏移并使伞衣处于倾斜状态。需要指出的是，在拉下刹车进行转弯时，伞衣的倾斜角会随着刹车量的增加而加大，而由人体的惯性引起的离心力也会随刹车量和操纵速度的快慢而变化，拉动刹车

越快，惯性力也越大。所以刹车操纵一定要适度和柔和，否则会导致严重后果。如果飞行员不断增加刹车量，则滑翔伞的盘旋转弯半径会随之越来越小，倾角变得陡峭并进入紧密的螺旋形下降，超量的刹车操纵甚至会导致进入危险的螺旋俯冲。产生这种情况的原因，是由于离心力与伞系统的总重量W相结合产生一个新的表现重力Wa。这个新的载荷大于w，也大于气动力R，由于升力不足以平衡wa的分力，所以会导致高度损失。这种情况如发生在低空则往往会导致坠地和造成伤亡的严重后果，这是需要待别引起重视的。一般情况下操纵滑翔伞转弯时，滑翔伞与水平面的倾角不应大于30度。

【滑翔伞的最佳性能】

滑翔伞的性能涉及许多方面的问题，在此我们仅讨论与性能有关的几个主要指标，即滑翔比、下沉率和速度。

滑翔比直接与滑翔轨迹有关。所谓滑翔比是指在单位时间内滑翔伞向前运动的水平距离与垂直下降距离的比值或水平速度与垂直下降速度的比值。这个比值的大小在一定程度上反应了滑翔伞性能的高低。初级滑翔伞的滑翔比在3：1—6：1之间；而中高级滑翔伞的滑翔比大多在5：1—9：1之间，部分竞赛型高性能滑翔伞的滑翔比已接近于10：1(即水平前进10米，垂直下降1米)。滑翔伞的滑翔比也可以简单地看作是升力L与阻力D之比。要提高滑翔伞滑翔比的途径应该从加大升力，减小阻力着手，而决定伞衣最大滑翔比(L／D)MAX 主要取决于翼型和展弦比。这里要注意的是：柔性翼决不可一味追求气动性能，加大展弦比，减薄翼型这将造成伞翼极容易塌陷，并恢复困难。动力滑翔伞由于有发动机，所以动力伞翼可牺牲一些空气动力性能，换取更大的伞翼刚性及稳定性，这并不代表动力伞翼低级，而是不同的侧重点。两者相比，动力伞翼有更强的抗塌陷能力，更好的安定性。

下沉率是指滑翔伞在单位时间内的垂直下降距离，也即垂直下降速度Vv。一般说来，最小下沉率发生在我们飞得很慢的时候(比失速速度稍快一点)。影陶下沉率的主要因素是伞衣的翼型、尺寸与飞行员重量。

在实际飞行中，我们要改变飞行速度通常是使用刹车操纵来增加伞衣翼型的弯度,增加攻角来实现的，这种方式与通常飞放下襟翼的作用相似。当我们同时下拉左右侧操纵绳使伞衣的后缘向下偏转，就会减慢滑翔伞的前进速度和垂直下降速度，后者就是我们说的下沉率。

在此我们已经了解，要达到不同的飞行目的(效果)，应当利用刹车操纵来调整伞衣的攻角，以相应的速度飞行。例如，为达到飞行距离最远，我们就应当以“最佳滑翔速度”飞行，即不施加刹车操纵，此时滑翔比同时也是升阻比处于最大值。假如要达到留空时间员长的目的，就应当采用“最小下沉”速度来飞行，此时要对伞衣施加约20--30％的刹车。

【关于失速】

什么是“失速”，它对滑翔伞飞行有什么影响?现作如下讨论。

滑翔伞伞衣以一定的攻角与空气作相对运动，产生空气动力使我们能在空中飞行。而为了不同的飞行需要，我们又要操纵伞衣达到改变方向和调整速度的目的。但是攻角的增加并非随心所欲地任意加大，而有一个限度。当滑翔伞伞衣在一定攻角下飞行时，流过翼面气流

是平滑地紧“贴”着上表面流过。当进一步加大攻角到某一位置时，紧贴上表面流过的气流开始从某一位置分离，从而在其后部产生不稳定的涡流，这就会导致阻力迅速增大，而升力消失，这一现象称为“失速”。

滑翔伞发生失速之后会使操纵恶化并越来越快地向下坠落，要是在接近地面时发生失速则更加危险，处理不好则将是灾难性的。这种情况在平时的飞行训练和比赛中也很常见，在飞行员实施“雀降”着陆的过程中，由于操纵量过大导致伞衣“失速”，而重重地摔到地上。所以，开始学习滑翔伞飞行的新学员，在没有充分掌握复杂的飞行操纵和恢复技术之前，千万不要使用操纵绳去过多地减慢飞行速度。以下是有关失速情况的一些提示：

1．失速仅发生在某一攻角下；

2．对一个具体的飞行员，他的失速发生在某个飞行速度点，称之为“失速速度”。

3．失速是由于攻角过大引起的，这是刹车操纵量过大或下拉后操纵带过量的结果；

4．失速的结果会引起丧失飞行速度，失去操纵，损失高度和有可能造成伞衣塌陷的后果；

5．要从适度的失速中恢复，应立即平稳地减小刹车量至肩齐平，以减小攻角。

【在风中飞行】

我们以上讨论的滑翔伞的最佳滑翔状态是假定在静止大气，即无风情况中进行的。然而，对于大气而言一般很少有无风的情况；这里所说的“风”，实际上是空气团大范围的水平运动，所以它既有方向，也有一定的速度。也包括水平方向和垂直方向。（垂直方向的我们通常称之为，‘气流’）

首先让我们看一下滑翔伞逆风飞行的情况。如滑翔伞以速度V在空气作滑翔飞行，速度方向与下滑轨迹一致。由于风向是水平的，故我们把速度V也分解为水平速度和垂直方向的两个风量Vh和Vv。假如风速与Vh大小相等，但方向相反，故两者抵消作用的结果，合速度为零，此时滑翔伞在空中相对于地面处于停滞不前的状态，由于滑翔伞的下沉速度Vv的作用，使滑翔伞像普通降落伞一样垂直下降。如果滑翔伞的水平速度Vh大于风速，则两者抵消之后，仍有一定的合速度，则在地面上看滑翔伞仍能缓慢地向前飞行。当然，假如风速大于Vh，则我们站在地面上看到的则是滑翔伞非但不能前进，反而会被风吹得倒退了。

我们通常把滑翔伞在静止空气作稳定时的水平速度称为“空速”，而相对于地面的运动速度称为“地速”，则空速、地速和风速三者之间有如下的关系：

在无风情况下：地速＝空速；

在逆风情况下：地速＝空速－风速；

在顺风情况下：地速＝空速＋风速；

特别注意，在平行风能飞的天气下，并不代表垂直风（气流）力达到了飞行标准，这一点动力伞飞行员必需牢记。