一,機翼的浮力:
01. 伯努力原理:流體中,流速加快時,壓力會減弱,反之,亦然.因此,流體中的物
體會往流速快的地方移動.
02. 機翼切面原理:
A. 圖1.中為一典型翼切面.上方距離較
長,下方距離短.空氣流線被翼切面分
成兩部分,兩方氣流於翼后方有相同速
率,故通過上側的空氣流速較快,空氣
壓力較小而形成一向上的升力.(欲觀 圖1.
察氣流通過機翼的情況可於「煙洞」中試驗.)
B. 通常氣體具有某種程度的黏性,即通過一物體時,會沿著物體表面切向的力量作 用
在物體上,與物體最接近的空氣流線速度為零,到后方的空氣的速度回到原有的速
度.這之間速度由零到原有速度的氣流稱邊界層流,邊界層流在后方與機翼表面分
離,分離的點稱分離點,氣流在分離點形成擾流(亂流)( ~^^^~~).
C. 與空氣接觸的方式:
以風箏為例,若版面垂直風向,則風箏只能
一直前進(如圖2-1),若與風向成一交角,便
會不斷上升.此風向與機翼的交角稱為攻角
(圖2-2中的α角).圖2-2中,A.為向上的力,
B.為前進的推力,C.為和風箏版面平行的摩
擦力(即阻力),A B的合力即為升力 (升力
和阻力為一對互相垂直的風力的分力).
飛機的飛行原理
3
在某一特定角度內,攻角越大,升力越大,升
力系數(shù)和攻角成線性關系(正比);超過此一特
定角度,升力急遽下降而阻力增加.此一特定
角度隨物體形狀不同而改變.此關系可由圖
3.中窺見,我以不考慮其他變因假設, ______
表面版,______表升力(即A B的合力),______
表兩互相垂直的升力分力之一(即A.力,由於 圖3.
兩分力互相垂直,即可以一三角形的部分
斜邊和高表示.),得角度在45度以內攻
角越大,升力越大.而45度角即可視為
此情況的特定角度.但另一方面,飛機的
攻角越大,其分離點也越往前移動,而擾
流的壓力相較於平順氣流(層流)的壓力
大,故角度大於一定角度時會產生升力急
遽下降,阻力上升的情況.也有一種說法
是因空氣和物體表面摩擦會有一阻力稱
表面摩擦阻力,擾流時的表面摩擦阻力 圖4.(摘自注2)
遠比層流時大,故形成上述升力下降阻力上升的狀況,此狀況稱為失速.我想以上機
翼失速原理多少和飛機下降的角度有關吧.圖4中Cl 表升力系數(shù),圖中隨攻角的增
加,升力系數(shù)亦隨之增加(Cl=aα,a為升力線斜率),直到達到升力系數(shù)的最大值,升
力系數(shù)下降形成失速.
D. 以上機翼切面原理同時適用於旋翼機(例:直升機)的
旋翼和飛機的機翼上.
圖5.→
二,引擎的動力:
01. 航空器分為兩種,一種稱輕航空器,是利用比空氣輕的氣體飛行;另一種為重航空器,是
靠速度(也就是相對空速)飛行.
A. 一般如果不考慮其他因素,初速度只會
造成飛行距離增加,不會使停留在空氣
中的時間增加.如圖6.
B. 像紙飛機有翼,即有浮力,再加上相對
空氣的速度(伯努力原理),使得紙飛機
能在空中停留,但相對於升力產生的阻
力使得紙飛機的速度減慢,而終至升力 圖6.(模擬單位時間閃光攝影圖)
飛機的飛行原理
4
不足克服重力而下降,甚至墜落.
C. 因此,萊特兄弟在飛機上裝上引擎,提供飛機一個持續(xù)的速度以克服阻力,使人類能順
利完成飛行的夢想.
02. 引擎的原理:
A. 渦輪噴射引擎
圖7.(翻繪自「飛機.火箭」第91頁 噴射引擎的結構)
渦輪噴射引擎的核心可分為:壓縮段,燃燒室,渦輪.壓縮段由許多頁片所組成可將空氣
壓縮后送入后方,燃燒室有管子送入燃料與空氣混合燃燒,渦輪機同樣由許多頁片組成.
空氣從壓縮段吹入,壓縮機將氣體增溫增壓,送入后方燃燒室與燃料混合燃燒,高溫高壓
的氣體猛然向后方噴出,而形成一股壓力,產生向前的推力.同時高溫高壓的氣體吹向渦
輪機的頁片,渦輪機的轉動帶動前壓縮機的轉動.
使用噴射引擎的好處是可以達到很快的速度,甚至可以超音速,早期主要用在軍用機上.
B. 渦輪風扇引擎
圖8.(翻繪自「新知識212飛行世紀」第27頁渦輪風扇引擎示意圖)
渦輪噴射引擎雖然速度快,但對於低速的民航機,就顯得太耗油了.因此有人在渦輪噴射
引擎的前方加上風扇,和渦輪機相連,以渦輪機帶動風扇轉動.風扇轉動的同時,也把大飛機的飛行原理
5
量的空氣送入后方.這種引擎的動力主要是靠前方扇葉所產生的氣流,至於原理,我想應
該是風扇轉動大量吸入空氣而增加推力,另一方面大量吸入空氣也使前方空氣阻力減少而
前進.或許有點類似螺旋槳的原理,特殊形狀的頁面使前方空氣速較后方快,以致前方壓
力小而前進.這種引擎的好處是較不耗油,但相對的速度較慢,此外它可以在速度較慢的
情況下產生較大的推力.
參●結論:
自古以來,人類便不斷的嘗試飛上青天,夢想有朝一日能翱翔天際.從早期的飛船和熱氣
球,到現(xiàn)今的超音速飛機,甚至太空梭,人類飛行已經不再只是夢想,而星際旅游也即將
到來.而正如古代預言家所言,今日的交通可說是「蜻蜓滿天飛,烏龜滿地爬」,縮短了
地域的距離,達到「天涯若比鄰」的境界.然而十五世紀達文西先生一直夢想的個人飛行
器,藉由近代直升機的發(fā)明而逐步實現(xiàn).但是,我們仍無法像小鳥一般自由自在的飛翔.
這也正是我和朋友一直想去做的,也許那天,飛行也能成為一種休閑活動.雖然達文西先
生的翅膀沒有成功,但他精美的設計稿卻觸發(fā)許多科學家的想像,相信很快的,它將不再
只是夢想,我期待著那天的到來.
說實在的,找這些資料不算困難.但剛開始找到,怎麼看都看不懂,只好請求於人.好不
容易弄懂了,想通了,卻發(fā)現(xiàn)資料僅限於此,找不到更深入的資料了.畢竟有些觀念只有
專業(yè)書籍上才找得到.以后,我會往旋翼機方面去努力,希望有一天能實現(xiàn)個人飛行器的
夢想.