飞机基本构造作用及飞行原理

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1、飞机基本构造作用及飞行原理一.前言关于飞行�discovery频道节目中�提到过一句非常贴切的形容词�「飞机发展的速度可能比飞机本身的速度还要快」。在短短一个世纪中�飞行器的进步�可说超越了绝大多数人类的想象。不要说五十年的差距�在二十世纪中�任何一个十年的发展�其成果都可以叫人感到不可思议。回顾莱特兄弟的第一次飞行长度�甚至比一架波音747-400型客机的长度还要短�航空器的升限、速度、续航力、配载能力�在在都展现了人类的高超工艺水平。但是即使是能在空中作出不可思议动作的苏恺su-27型战机、或者是以惊人效率运送人员与货物的波音747-400型机�其基本的原理�距离一个世

2、纪以前人类第一次正式踏入飞行的领域开始�可说完全相同。现今在世界上�可说有无数的飞机在世界的任一个角落发挥他的性能�为人类提供各式各样的运送协助�每天都有超过百万架次的航空器在世界各地起降�这些从大到小、从快到慢、从商用到军用的航空器�其实都完全符合几个简单的力学原理与定律。接下来�从最基本的力平衡�一直到飞机性能的展现�希望我的这篇文章�能够带给许多想要了解这一领域学问的新手�一个深入浅出的引领。二.飞机基本构造在认识基础飞行原理之前�我们先简单的认识一下飞机的构造�以及各构造的功能�让读者在接下来的文章中�能比较有概念的吸收。参考下图�我们来认识飞机。1机身�用以筹载旅

3、客、货品的空间。为了本节中各构造功能的说明�我们在这边定义飞机的x、y、z三轴�飞机的x轴就是机身中心轴�位于水平面上�y轴则是在水平面上与机身中心垂直之轴�z轴则是与xy平面(水平面)垂直之轴�也就是铅直轴。2机翼�机翼是产生升力的来源�不同形式设计的机翼会带来完全不同的空气动力特性。3襟翼�襟翼简单的说就是向延伸而出的机翼�以液压连杆构造控制其收放�襟翼可以完全以上述控制连杆收藏于机翼之内(上图中飞机之襟翼即为收起状态)�也可以放出增加机翼面积。以下状况下�飞机需要襟翼的辅助�「飞机在起飞时希望在较低速度下即可获得较大升力」、「飞机在降落阶段希望以较低的速度维持滞空能力

4、」、「飞机在低空盘旋时�希望能在较低速度下获得较好的操控能力」。多数襟翼设计于机翼之后端�需要的时候�向后延伸放出�另有一些机种设计有前缘襟翼�使用时朝前方延伸而出。不馆前缘或后缘襟翼�作用都是增加机翼的有效面积。4副翼�副翼都是两边机翼分开作动�一边翘起、另一边的就下压�副翼可以对飞机的x轴产生转矩�这个转矩可以驱使飞机以x轴为中心转动�改变飞机的坡度(飞机以x轴为中心旋转之角度)。当左侧副翼往上、右侧副翼往下转动�左侧副翼改变气流往上�获得往下的反作用力�右侧副翼改变气流往下�获得往上的反作用力�这两个力大小相等�方向相反�对飞机的作用总力为0�称为力偶(一对大小乡等方

5、向相反作用在不同点上的力)�这个力偶对飞机的x轴提供转动的力矩�在这个例子中�飞机将会以x轴为中心�逆时钟转动(从后方观察)�反之�若是左侧副翼往下转动、右侧副翼往上转动�造成的力偶则是左侧往上、右侧往下�这个力偶造成的力矩可以推动飞机沿x轴顺时钟转动。5水平安定面�水平安定面是用来稳定飞机的俯仰(飞机以y轴为中心转动的动作)状态�没有水平安面的飞机�将无法稳定的以固定角度直进。6升降舵�位置在水平安定面的后端�是一片可以上下改变角度的翼状结构物�升降舵的作用为改变飞机的俯仰姿态。当升降舵的后端翘起�改变气流往上�同时可以获得往下的反作用力�这个力以y轴为中心�造成一个让飞

6、机抬头的力矩�机头因此抬高�反之�当升降舵后端下垂�则可以获得让飞机低头的力矩。有些机种的设计上�以整片水平安定面同时作为升降舵�但是由于其提供的功用不同因此分别讨论。7垂直安定面�垂直安定面是用来稳定飞机的偏航(飞机以z轴为中心转动的动作)状态�没有垂直安面的飞机�将无法稳定的以固定角度直进。8方向舵�位置在垂直安定面的后端�是一片可以左右改变角度的翼状结构物�方向舵的作用为改变飞机的偏航角度。当方向舵的尾端向右转动时�改变气流往右会造成往左的反作用力�这个力对飞机的z轴产生一个力矩�让飞机沿z轴做顺时钟转动(从上方观察)�飞机的机头方向朝右方转动�反之�当方向舵的尾端向

7、左转动�改变空气往左�则可获得往右的反作用力�造成的力矩推动飞机沿z轴做逆时钟转动。9发动机�作用就是提供飞机往前的推力�是飞机的动力核心。发动机的推力方向朝向机头�与飞机的x轴平行。值得特别注意的是�近代的大型客机的发动机推力都很大�发动机的位置�对于飞机来说是非常重要的�因为不同位置的发动机�产生的推力对飞机来说会产生不同的力矩�发动机推力在飞机重心水平线以下�推力会对飞机产生一个抬头的力矩�反之�装置在飞机重心水平线以上的发动机(md-11型机的二号发动机)�推力会对飞机产生低头的力矩�因此�飞机在设计之初�