简单飞行原理

簡單飛行原理

一力學平衡

飛機在天空飛行, 約受到下列 4 種力量的制衡:

推力:

讓飛機前進的力量, 有螺旋槳噴射火箭拖曳 ..... 等等.

阻力:

空氣對機體所產生的阻礙力量, 當飛機長度增為2倍時, 總面積增為4倍因此阻力會增為 4 倍.

各種形狀之阻力係數:

升力:

提供飛機舉升的力量, 機翼為主要的來源, 機身也有部份升力作用.

重力:

地心引力對飛機的牽制. 如何減重而達到省油或高機動性能, 一直是重要課題.

伯努利定律

伯努利定律是空氣動力最重要的公式，簡單的說流體的速度越大，靜壓力越小，速度越小，靜壓力越大，這裡說的流體一般是指空氣或水，在這裡當然是指空氣，設法使機翼上部空氣流速較快，靜壓力則較小，機翼下部空氣流速較慢，靜壓力較大，兩邊互相較力﹝如圖1-3﹞，於是機翼就被往上推去，然後飛機就飛起來

伯努利定律的應用:

1.棒球: 下墜球上飄球

2.桌球: 切球

3.…….

但飛機可以頭下腳上的倒飛, 要如何解釋?

大升力越大但攻角過大則氣流會剝離翼面因而失去升力

攻角過大

如何改變攻角: 舵面往下則攻角增加舵面往上則攻角減少利用各翼面之攻角增減便可控制飛機之飛行

飛機為3D立體空間的動作, 需靠:

機翼------- 產生升力來對抗地心引力.

尾翼------- 包含水平尾翼跟垂直尾翼, 產生穩定的飛行動作

舵面------- 產生額外的氣動力, 來控制或增強飛機的轉向動作.

舵面, 分數種:

1. 前緣襟翼----- 產生高昇力

2. 後緣襟翼----- 產生高昇力

3. 副翼 ---------- 控制左右的傾斜( X 軸)

4. 水平舵 ------- 控制上下的方向( Y 軸)

5. 方向舵 ------- 控制左右的轉向( Z 軸)

飛機在首航前, 都要量測重心位置, 重心位置可決定飛機的穩定性.

為什麼要將重心設定在某個範圍內呢?

討論這個問題以前, 我們要先瞭解升力中心:

升力中心的定義, 是全機產生升力的總中心; 升力的產生, 機翼佔了絕大部份的比例, 其他像機身尾翼座艙罩..... 等, 都會有或大或小的升力存在. 這些各部份的升力, 在利用力矩原理計算整合後, 就可得出全機的總中心位置了.

一般, 升力總中心位於機翼MAC ( 平均氣動力弦, 機翼升力中心的位置) 的25~35% 之間.

OK , 那, 為什麼要將重心設定在MAC的20~30% 左右呢? 這又牽涉到平衡的問題.

重心如果設定在升力中心之後, 則機尾會下沉導致攻角過大而失速或進入螺旋下墬, 形成不安定的狀態.

重心如果設定在升力中心同一點上面, 也會發生不穩定的飛行狀況.

重心, 設定在升力中心前面一點點的地方, 則機頭會略下沉, 不容易進入失速姿態, 再透過水平尾翼及升降舵的一點點力量, 在飛行中就可保持平衡.

重心, 如果設定在升力中心前面很遠的的位置, 則機頭沉重, 可能重到超過水平尾所能產生的下壓力量, 那拉滿升舵還是無法抬頭, 結果就是頭下尾上的姿態墬機.