提到航空,很多同學都有一個疑問:飛機是如何飛上天的?飛行的原理到底是怎樣的?針對這個問題,親子游學王老師整理了一些資料,給大家腦補一下??赐曛笥浀檬詹兀僦v給更多的同學聽喲!
一、飛行中的力
作用在飛機上的力大體可分為以上4種,具體說明如下:
1、升力:
產生:由于機翼上彎下平,導致流過上部的氣流需跨越更長的路程。由氣流的連續(xù)性定理可得,上部氣流的速度要快于下部氣流,否則就會產生湍流(失速就是由此產生)。
由伯努利定律(流場中流速快的地方壓強小,流速慢的地方壓強大)得機翼下方的壓強大于上方壓強。上下的壓強差產生升力。
特點:升力與迎角(翼弦與水平方向的夾角,注:翼弦指機翼前后緣之間的連線)、翼型(機翼形狀,主要指彎度)及速度有關。就迎角而言,在臨界迎角之前,迎角越高升力越大。就翼型而言,機翼彎度越大表面積越大,升力越大。就速度而言,速度越快,升力越大。
2、重力:
產生:地球對物體產生的豎直向下的力。
特點:由飛機質量決定。
3、牽引力
產生:發(fā)動機對空氣施力過做功,使空氣對飛機產生的作用力。
4、阻力
產生:阻力有壓差阻力、摩擦阻力、誘導阻力、干擾阻力和激波阻力。這里先介紹前三種。
壓差阻力:由迎風面和背風面壓強差所產生的阻力(類似推一個被塞住針孔的注射器)。
摩擦阻力:就是一般所說的滑動摩擦力。
誘導阻力:由于空氣對機翼產生了升力,所以機翼對空氣有一個反作用力,這個力的作用使氣流偏轉。偏轉后的氣流會進一步使升力的角度不再垂直于翼弦,而是向后偏一個相同的角度,升力在翼弦方向的分力就是誘導阻力。升力越大,誘導阻力也越大。
干擾阻力:各零件間氣流發(fā)生干擾產生的阻力(以機翼和機身間的干擾阻力最大)。
二、飛機的旋轉軸
三、飛機的基本操縱面
該圖介紹了3種操縱面:
1、升降舵:可上下偏轉,使飛機繞Y軸做俯仰運動(模擬飛行中由方向鍵上下控制)。
2、副翼:左右聯動,左副翼向下偏,右側則向上偏,反之亦然??勺岋w機繞X軸做滾轉運動(模擬飛行中由方向鍵左右控制)。
3、方向舵:可左右偏轉,使飛機繞Z軸運動(模擬飛行中用搖桿的Z軸控制,鍵盤使用小鍵區(qū)的ENTER和0鍵)。
四、俯仰運動
(1)升降舵的運動
當按下鍵盤下鍵或將搖桿向后拉時,升降舵會向上運動。反之則向下運動。
該圖為升降舵處于中位。
該圖中升降舵上偏。
該圖中升降舵下偏。
(2)升降舵運動產生的俯仰運動
這里僅舉升降舵上偏的例子。
由于升降舵上偏,使氣流對升降舵產生了垂直翼面向下的力,這個力產生了向下的力矩,使機尾以Y軸向下轉動,同時也是機頭向上轉動。由于迎角增大升力增大,所以在一定范圍內,飛機會上升。
五、滾轉運動
(1)副翼的運動
當按下鍵盤左鍵或向左偏轉搖桿時,左側副翼會上偏,右側會下偏,反之亦然。
以上是左偏的情況
以上是右偏的情況。
(2)副翼產生的滾轉運動
僅以左轉為例。
當左側副翼上偏時,會受到氣流施加的向下的力,從而使左側機翼繞X軸向下偏轉,右側機翼向上偏轉。又由于升力是垂直于翼面的(僅指Y方向上),所以升力產生了向左的分力,使飛機向左做圓周運動,這就是飛機轉彎的原理(偏航糾正以后再說,呵呵)。需要注意的是,在轉彎時沒有改變升力大小卻產生了分力,所以升力在豎直方向上的分力減小,飛機可能會掉高度。
(對于用鍵盤的同學,副翼可以用shift+5(小鍵區(qū))回中,升降舵不行?。?/p>
六、偏航運動
(1)方向舵的運動
按住小鍵區(qū)O鍵或向左扭搖桿,方向舵就會左偏。按住小鍵區(qū)ENTER鍵或向右扭搖桿就會向右偏。
圖中方向舵為中位。
圖中方向舵左偏。
圖中方向舵右偏。
(2)由方向舵產生的偏航運動。
僅以方向舵左偏為例。
當方向舵左偏時,舵面受空氣施加的向右后方的壓力,此壓力產生力矩,使機尾繞Z軸向右旋轉,同時機頭也向左旋轉,由于速度方向未改變,所以飛機會發(fā)生偏航(也叫側滑)。這個動作在風中校正航向和轉彎時使消除不正常偏航時使用,需注意的是該動作不是飛機轉彎的主要成因。
還要注意的一點是,該動作也會造成一定程度的滾轉。由于偏航時,左側機翼相對氣流速度減慢,右側機翼加快,造成兩側機翼不對稱,所以飛機會發(fā)生滾轉。
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