飛行基礎原理

 

 

飛行基礎原理
*昇力與攻角
首先就來說說昇力吧！什麼是昇力？昇力從何而來等種種問題，我們會在本篇及以後慢慢地向各位學員介紹，千萬不要睡著了喔！
昇力簡單來說就是機翼在飛行時撥開空氣所集結的力。飛機在飛行時會同時有四股力作用在機體上，它們兩兩成對相互作用，機體下方是重力，很明顯地機體上方就是昇力，作用在機翼上以保持飛機浮在空中；機體前方是推力，推或拉著飛機穿過空氣的力，通常是由各種發動機所提供(滑翔機不算)，相對地機體後方就是阻力，與推力相反試圖阻擋飛機前進的力。（事實上作用在飛機上的作用力有五種，這第五種力雖也看不見但無所不在，我們稱它為＂財力＂，這就是為什麼我們只能飛FS，而不是真飛機的原因了）。
當我們水平往前飛行，並保持固定的速度，上述四種力是保持在平衡的狀態。飛機的重量（重力）正好相當於機翼所產生的昇力，所以才不會上升或下降。阻力，一部分來自於機翼為了保持飛機的高度；一部分來⋯⋯自於飛機往前飛時撞擊空氣所產生，正好被發動機的推力所抵消，所以速度不會提升也不會下降，直到我們稍微動了一下，例如轉彎或爬升或以上動作的組合，那麼事情就要開始複雜了。
機翼所產生的昇力，就事實上而言，產生於機翼正確的角度。舉例來說：側翻飛機開始轉向，昇力也會隨之側翻；此時昇力同時也將飛機拉向內彎，而非一直朝前作用，事實上這就是飛機能轉向的最重要因素。當然這也指飛機用來對抗地心引力的昇力變少了，故一般而言飛機在轉向時高度都會下降。
為了避免上述情形以及在飛行中可能遭遇的種種變數，我們必須要能控制機翼產生的昇力大小。舉例來說，在轉向中，我們必須增加足夠的昇力，方能同時達到轉向的目的又不致使飛機高度下降。要達到此目的，我們要採取〝增加攻角〞的方式。至於何謂〝攻角〞我們用以下簡單的說明相信各位會更清楚。
任何機翼產生昇力的大小取決於二個主要因素：一是穿越空氣的速度，另一是氣流與機翼中心線的角度。中心線是一條由機翼最前端與最末端的中心點連起來的假想線。我們應該都做過最典型的空氣動力學體驗〈可能各位都只是覺得好玩而已，而不知道這玩的過程正是空氣動力學的基本體驗〉：把手掌心朝下伸出行駛中的車窗外〈謹記：這是危險動作，叔叔有練過喔！〉，將手掌前端徐徐向上翻〈此即增加攻角〉，你的手臂就會上升；反之，手臂會往下沉。另你會發現在車速低時，要支撐手臂所付出的力量很明顯的比高速時大得多，而事實上，當速度低到一定的程度時，不會再有昇力產生，你的手臂也將隨之重重地摔在窗緣，這就是失速的最低速度。
飛機機翼所產生的昇力，功用不僅只於支撐飛機浮在空中，更是在空中轉向的唯一作用力。汽車轉向的原理在於輪胎作用於柏油路面，而反作用回來的側向力。但是飛機能作用的只有空氣，而對空氣施力的工具就是機翼。要使飛機朝向你預定的方向移動，包括上下及左右移動，你必須將機翼產生的昇力導向正確的方向或是改變昇力的大小，然而這又正是飛行控制裝置存在的目的。你使用這些控制裝置將飛機導向指定的方向，然後利用機翼所產生的昇力將飛機飛向你的目的地，只要氣流穩定且所有的控制裝置都保持在正中央，飛機會飛得十分平穩，持續往指定方向飛行而不需要飛行員的調整〈定位精準的汽車行駛在平坦的道路上也將會是一樣的情況〉。
我們已經解釋過昇力不只支撐，同時也負責飛機的轉向，接下來換解釋昇力產生的原因。我們認為機翼必須對空氣施以相等的下壓力以保持飛機在空中，其實它並不是真正的「下壓」。歐洲人白努力發現流體〈無論是氣流或水流〉流動的速度越快，產生的壓力越小。以下是一個簡單的實驗：拿起一張薄紙，抓住一邊的兩端，放在嘴巴下方，朝該紙上方吹氣，你會發現雖然是朝紙的上方而非下方吹氣，但紙卻是朝上方飄動。為什麼呢？因為在紙上方流動的氣流流速高於下方流速，故其壓力小於下方，因而會令紙往上飄。機翼的工作原理也一樣，其上表面「拉扯」氣流的作用比「下壓」氣流來得多，這也就是機翼要採弧度造型的重要原因了。
機翼能產生的昇力大小取決於四個要素：機翼及翼面設計、機翼穿越空氣的速度及攻角大小。一般來說，較厚且弧度較大的翼面在低速時能產生較多的昇力，對低速輕型的飛機相當理想。反之所產生的昇力較小，但是在高速時較有效率，你可以在噴射機上看到這種設計。〈噴射機在起飛或降落這種低速時該怎麼辦？答案是藉由改變機翼的型狀因應，例如各種襟翼，輔助翼及類似的可移動翼面。〉另外在高速時，只需少許的攻角即可產生足夠支撐飛機的昇力。我們飛行的速度越低，要產生相同大小的昇力就必須有更大的攻角。下次你到機場附近看飛機進場時，可發現雖然他們正朝著跑道降低高度，但是機鼻卻略微提高，此時進場速度很低，所以需要較大的攻角以獲得足夠的昇力。在落地前的幾英呎，機鼻會抬得更高些，這個動作是由於飛行員試圖使飛機的觸地更加平穩，在跑道上降低速度的同時，增加攻角的目的也在於減緩降落速度，以避免重落地。

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