VR虚拟现实V1VRV2飞机起飞速度与飞机升力和阻力详解.docx
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VR虚拟现实V1VRV2飞机起飞速度与飞机升力和阻力详解
V1VRV2飞机起飞速度与飞机升力和阻力详解
V1VRV2飞机起飞速度详解
V1VRV2的概念:
首先捡容易的来说。
Vr,这个r就是rotate的缩写,所以Vr可以叫做抬前轮速度或者抬头速度。
只有当飞机加速到Vr的时候,飞行员才可以带杆让飞机抬头离地,如果小于这个速度,很容易造成擦机尾。
再说V1。
这个速度,我们通常称其为决断速度。
我们知道,飞机发生机械故障是不会分时候的,任何状态下都可能出现某个部件失效的情况。
如果故障发生在天上,那么就靠机组的处理;如果发生在地面上,那就比较简单了,干脆不起飞了,滑回去,让机务人员来处理。
可是,如果这个故障发生在起飞滑跑这个“地面——空中”的临界状态下呢?
这就比较难办了。
显然,这时候我们有两种选择——不起飞了,让飞机继续留在地面上,或者继续起飞,让飞机到空中去再说。
其实无论是否继续起飞,我们都不能一概而论。
因为如果这时候飞机速度已经很大,很接近抬前轮的速度了,虽然还没有离地,但此时刹车可能已经无法确保飞机能在剩余的跑道上停住了。
如果在这种大速度下贸然中断起飞,从而导致飞机冲出跑道,也许造成的损失比那个故障本身造成的损失会大得多。
反过来说,如果这时候速度并不是很大,我们只要及时采取必要的措施,完全可以让飞机在跑道上安全得停下来,我们依然决定继续起飞的话,那显然也不合适,因为毕竟在地面上处理故障要比在空中处理故障更安全更有效。
这时候大家应该差不多有了这么个印象——如果在滑跑速度比较小的时候出问题了,我们就停下来;如果在滑跑速度很大的时候出问题了,我们就继续起飞。
可是,到底多大算是“大”速度,多小算是“小”速度呢?
V1的出现就解决了这个问题。
我们在每次飞行前,都要确定一个V1速度,假如问题出现在V1之前,我们就停下来(这时候是完全能够停下来的);如果问题出现在V1之后,那就说明现在刹车已经来不及了,只能继续起飞。
所以,这个V1我们叫决断速度——在这个速度我们要做决断——起飞,还是不起飞!
再说V2。
这个V2我们通常叫做起飞安全速度,或者干脆就叫安全速度。
当飞机离地后速度达到了V2,我们就认定飞机已经成功的起飞了,转而进入爬升状态。
嗯,这下大家知道这三个速度对于一次起飞来说,是相当重要的,可是这三个速度到底怎么确定是多少呢?
这就要说到《起飞分析手册》了。
在每次起飞过程中,影响这三个速度的因素大概有以下这么几个:
飞机的全重、跑道长度、道面情况(是湿的还是干的)、跑道的坡度、风速的情况、机场周围的障碍物情况、外界温度……等等。
这里面有的因素是固定的,例如跑道长度、坡度这些,有的因素是变量,每次飞行都不一样,例如飞机全重、温度等几项。
航空公司会利用一个软件,把这个公司要飞的所有的机场的所有的跑道的数据都一一综合进去,然后制作成一本厚厚的《起飞分析手册》。
这个手册里面每个机场的每条跑道,都有相应的表格。
例如,如果我们今天要在北京的36L跑道起飞,我们就会拿出这本厚厚的手册,翻到北京首都国际机场那部分,找出36L跑道那页,纵坐标是飞机的重量,横坐标是风速……,一对应,即查出相应的三个速度值。
解读影响飞机升力和阻力的一些因素
升力和阻力是在飞机与空气之间的相对运动(相对气流)中产生的。
影响升力和阻力的基本因素有:
机翼在气流台的相对位置(迎角)、气流的速度和空气密度(空气的动压以及飞机本身的特点(飞机表面质量、机翼形状机翼面积、是否使用襟翼和前缘缝翼是否张开等)。
这些因素中,经常变化的有迎角、飞行速度和空气密度。
飞行员主要是通过改变迎角和飞行速度来改变升力和阻力的。
因此,本节主要分析迎角和飞行速度对升力、阻力的影响。
至于由于使用襟翼和前缘缝翼等所引起的升力、阻力的变化,留在第五节再作分析。
为便于分析问题,在分析一个因素时,假定其它因素不变。
一、迎角对升力和阻力的影响
1.迎角
相对气流方向(飞机运动方向)与翼弦所夹的角度,叫迎角。
相对气流方向指向机翼下表面,为正迎角;相对气流方向指向机翼上表面,为负迎角。
飞行中,飞行员可通过前后移动驾驶盘来改变迎角的大小或者正负。
飞行中经常使用的是正迎角。
飞行状态不同,迎角的正、负、大、小一般也不同。
在水平飞行中,飞行员可根据机头的高低来判断迎角的大小,机头高,迎角大。
机头低,迎角小。
其它飞行状态,单凭机头的高低就很难判断迎角的大小和正负,只有根据迎角本身的含义去判断。
例如,飞机俯冲中。
机头虽然很低,但迎角并不为负的,气流仍从下表面吹向机翼,因此迎角是正的。
又如在上升中,机头虽然比较高,但迎角却不一定很大,在改出上升时,若推杆过猛,也可能会出现负迎角。
2.迎角对升力的影响
在飞行速度等其它条件相同的情况下,得到最大升力的迎角,叫做临界迎角。
在小于临界迎角的范围内增大迎角,升力增大;超过临界边角后,再增大迎角,升力反而减小。
这是因为,迎角增大时,一方面在机翼上表面前部,流线更为弯曲,流管变细,流速加快,压力降低,吸力增大。
与此同时,在机翼下表面,气流受到阻挡,流管变粗,流速减慢,压力增大,要使升力增大。
但是,另一方面迎角增大时,由于机翼上表面最低压力点的压力降低。
因此,后缘部分的压力比最低压力点的压力大得更多,于是在上表面后部的附面层中,空气向前倒流的趋势增强,气流分离点向前移动,涡流区扩大,就会破坏空气的平顺流动,从而使升力降低。
在中、小迎角,增大迎角时,分离点前移缓慢,涡流区只占机翼后部的不大的一段范围,这对机翼表面空气的平顺流动影响不大,前一方面起着主要作用,因此,在小于临界迎角的范围内,迎角增大,升力是增大的。
到临界迎角,升力达到最大。
超过临界迎角后,迎角再增大,则分离点迅速前移,涡流区迅速扩大,严重破坏空气的平顺流动,机翼上表面前段,流管变粗,流速减慢,吸力降低。
从分离点到机翼后缘的涡流区内,压力大致相同,比大气压力稍小。
在靠近后缘的一段范围内,吸力虽稍有增加,但很有限,补偿不了前段吸力的降低。
所以,超过临界迎角以后,迎角再增大,升力反而减小
改变迎角,不仅升力大小要发生变化,而且压力中心也要发生前后移动。
迎角由小逐渐增大时,由于机翼上表面前段吸力增大,压力中心前移。
超过临界迎角以后,机翼前段和中段吸力减小,而机翼后段吸力稍有增加,所以压力中心后移。
3.迎角改变对机翼阻力的影响
在低速飞行时,机翼的阻力有:
摩擦阻力、压差阻力和诱导阻力。
实验表明,迎角增大,摩擦阻力一般变化不大。
迎角增大,分离点前移,机翼后部的涡流区扩大,压力减小,机翼前后的压力差增加,故压差阻力增加。
迎角增大到超过临界迎角以后,由于分离点迅速前移,涡流区迅速扩大,因此压差阻力急剧增加。
小于临界迎角,迎角增大时,由于机翼上、下表面的压力差增大,使翼尖涡流的作用更强,下洗角增大,导致实际升力更向后倾斜,故诱导阻力增大。
超过临界迎角,迎角增大,由于升力降低,故诱导阻力随之减小。
综上所述,在小迎角的情况下增加迎角时,由于升力的增加和涡流区的扩大都很慢,故压差阻力和诱导阻力增加都很少,这时机翼的阻力主要是摩擦阻力,因此整个机翼阻力增加不多。
当迎角逐渐变大以后,再增大迎角时,由于机翼升力的增加和涡流区的扩大都加快,故压差阻力和诱导阻力的增加也随之加快。
特别是诱导阻力,在大迎角时,随着迎角的增大而增加更快。
因此,整个机翼的阻力随着迎角的增大而增加较快。
这时,诱导阻力是机翼阻力的主要部份。
超过临界迎角以后,虽然诱导阻力要随着升力的降低而减小,但由于压差阻力的急剧增加,结果使整个机翼阻力增加更快。
简单说:
迎角增大,阻力增大;迎角越大,阻力增加越多;超过临界迎角,阻力急剧增大。
二、飞行速度和空气密度对升、阻力的影响
1.飞行速度
飞行速度越大,空气动力(升力、阻力)越大。
实验证明:
速度增大到原来的两倍,升力和阻力增大到原来的四倍;速度增大到原来的三倍,升力和阻力增大到原来的九倍。
即升力、阻力与飞行速度的平方成正比例。
飞行速度增大,为什么升、阴力会随之增大呢?
因为在同一迎角下,机翼流线谱,即机翼周围的流管形状基本上是不随飞行速度而变的。
飞行速度愈大,机翼上表面的气流速度将增大得愈多,压力降低愈多。
与此同时,机翼下表面的气流速度减小得愈多,压力也增大愈多。
于是,机翼上、下表面的压力差愈加相应增大,升力和阻力也更加相应增大。
2.空气密度
空气密度大,空气动力大,升力和阻力自然也大。
这是因为,空气密度增大,则当空气流过机翼,速度发生变化时,动压变化也大,作用在机翼上表面的吸力和下表面的正压力也都增大。
所以,机翼的升力和阻力随空气密度的增大而增大。
实验证实,空气密度增大为原来的两倍,升力和阻力也增大为原来的两倍。
即升力和阻力与空气密度成正比例。
显然,由于高度升高,空气密度减小,升力和阻力也就会减小。
三、机翼面积,形状和表面质量对升、阻力的影响
1.机翼面积
机翼面积大,升力大,阻力也大。
升力和阻力都与机翼面积的大小成正比例。
2.机翼形状
机翼形状对升、阻力有很大影响。
就机翼切面形状来说,相对厚度大,机翼的升力和阻力也大。
这是因为,相对厚度大,机翼上表面的弯曲程度也大,一方面使空气流过机翼上表面流速增快得多,压力也降低得多,升力大。
另一方面最低压力点的压力小,分离点靠前,涡流区变大,压差阻力大。
实验表明,相对厚度在5%-12%的翼型,其升力比较大,相对厚度若超过14%,不仅阻力过大,而且升力会因上表面涡流区的扩大而减小。
最大厚度位置,对升阻力也有影响。
最大厚度位置靠前,机翼前缘势必弯曲得更厉害些,导致流管在前缘变细,流速加快,吸力增大,升力较大。
但因后缘涡流区大,阻力也较大。
最大厚度位置靠近翼弦中央,升力较小,但其阻力也较小。
因为,最大厚度位置靠后,最低压力点,转捩点均向后移,层流附面层加长,紊流附面层减短,使摩擦阻力减小,所以阻力较小。
在相对厚度相同情况下,中弧曲度大,表明上表面弯曲比较厉害,流速大,压力低,所以升力比较大。
平凸型机翼比双凸型机翼的升力大,对称型机翼升力最小。
中弧曲度大,涡流区大,故阻力也大。
机翼平面形状对升、阴力也有影响。
实验表明,椭园形机翼诱导阻力最小,而矩形机翼和菱形机翼诱导阻力最大。
展弦比越大,诱导阻力越小。
放下襟翼和前缘缝翼张开,会改变机翼的切面形状,从而会改变机翼的升力和阻力。
又如机翼结冰,会破坏机翼流线形外形,从而使升力降低,阻力增大。
3.飞机表面质量
飞机表面光滑与否对摩擦阻力影响很大。
飞机表面越粗糙,附面层越厚,转捩点越靠前,层流段缩短,紊流段增长,粘性摩擦加剧,摩擦阻力越大。
因此保持好飞机表面光滑,就能减小飞机阻力。
飞机的阻力对于提高飞机的飞行性能是不利的。
因此,在飞机的设计制造和使用维护中,应想方设法减小飞机的阻力。
下面从阻力产生的不同原因,谈谈减小飞机阻力可采取的一些措施。
要减小摩擦阻力,设计时应尽可能缩小飞机与空气相接触的表面积。
制造过程中应将飞机表面做得很光滑,有的高速飞机甚至将表面打磨光。
维护使用中,保持好飞机表面光洁。
如上飞机,要求穿软底鞋,铺好脚踏布等。
飞机要定期清洗。
停放时加盖蒙布,以防风沙雨雪侵蚀。
要减小压差阻力,应尽可能将暴露在空气中的各个部件或另件做成流线形的外形,并减小迎风面积。
对不能收起的起落架和活塞式发动机都应加整流罩。
维护使用中,要保持好飞机的外形,不要碰伤飞机表面,各种舱的口盖应盖好,同时保持好飞机的密封性。
要减小诱导阻力,低速飞机可增大展弦比和采用梯形翼。
高速飞机可在翼尖悬挂副油箱或安装翼尖翼刀等。
要减小干扰阻力,设计时要妥善安排飞机各部件的相对位置,同时在各部件连接处安装整流包皮。
采取上面一些措施,对减小飞机的阻力,提高飞机的飞行性能是有利的。
但这只是问题的一个方面。
在某些情况下,阻力对飞机的飞行不但无害而且还是必须的。
如空战中,为了提高飞机的机动性,有时必须打开减速板,增大飞机阻力,使速度很快降低,以便绕到敌机后面的有利位置进行攻击。
又如,飞机着陆时,为增大飞机阻力,使飞机减速快,从而缩短着陆滑跑距离,机轮使用刹车;高速飞机还可打减速板和减速伞使飞机减速。
有的飞机可使螺旋桨产生负拉力,喷气发动机产生反推力来增大飞机的阻力,达到减速的目的。
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