《飛機力學超入門》認識航空力學

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航空力學

航空力學是一門以飛行為目的的基礎科學,學習飛機安全起降的過程中,首先要了解空氣的性質,也需要理解如何控制飛行以及飛行的性能

而如何製造出安全飛行的則是航空工程的範疇,最基礎的研究部門則為航空力學,具體為:

  1. 空氣性質
  2. 飛行中作用力的平衡
  3. 推進裝置的性能
  4. 飛機的形狀
  5. 安定性與操控性等
  6. 飛行性能

空氣

空氣是指地球的大氣層不分所組成的氣體。

至於空氣附著於地球的原因,則是與地球的重力與空氣的溫度有關,如果重力減輕或是空氣升溫,空氣會變得稀薄,甚至流失。

  • 高度100公里內,空氣組成幾乎不會變動。
  • 高度10公里,空氣溫度為-50°C,空氣密度為地表三分之一。
  • 高度100公里,空氣溫度為-80°C,空氣密度為地表兩百萬分之一。

飛行時四種作用力

重力:飛機與地球之間的關係,與空氣無關。

升力:向上支撐飛機飛行,由機翼產生。

推力:對著沒有流動的空氣快速噴出一股空氣時產生作用力,藉此獲得前進的力量。

阻力:在空中移動時會受到空氣抵擋,飛機也必須設計盡可能讓阻力變小。

飛機的形狀:機翼、舵

主翼:產生與飛機同等重量的升力,同時提高穩定性。

主翼左右側有「副翼」(Aileron):左副翼往下,右副翼為往上,升力平衡改變,導致飛機往右傾斜的右迴旋。

主翼上立起的是「擾流板」(Spoiler):負責減少升力或飛行速度。

襟翼(Flap):起飛或著陸等速度較慢時,負責維持支撐飛機升力的裝置,也是高升力裝置。

翼縫條:與襟翼同時啟動,往前突出,在主翼之間製造縫隙引導空氣,產生高升力作用。

水平尾翼、垂直尾翼:負責縱向與橫向的水平,又稱「水平安定板」、「垂直安定板」。

方向舵(Rudder):負責機首轉向左右。

升降舵(Elevator):負責機首朝向上下。

大型噴射機的形狀
大型噴射機的形狀

飛機的引擎

活塞式引擎

使用活塞式引擎轉動螺旋槳,大部分小飛機所使用的引擎,缺點是高度過高出力會急速下降,低高度飛行較省油。

渦輪螺旋槳引擎

為了改善高度缺乏動力而設計,利用燃氣渦輪轉動螺旋槳。小型、輕量化的優點,獲得大出力和容易使用。

高速飛行時,螺旋槳效率較差。

渦輪噴射引擎

越高速效率越好,適合超音速飛行,缺點是噪音過大且耗油。

渦輪扇引擎

改良噪音與油耗後的產品,具備巨大風扇,是目前噴射引擎的主流產品。

飛機的三種運動方向

機翼左右擺動:滾轉(Rolling)

機首左右擺動:偏行(Yawing)

機首上下擺動:俯仰(Pitching)

舵面的輕微變化,會改變整體的平衡,進而大幅改變飛機姿態和前進方向。

飛行姿態決定著飛機的動向,既影響飛行高度,也影響飛行的方向。

人的一生,也是由一連串不間斷的決策所組成,我們的未來就是由現在的自己所決定,細微的改變,持續的努力,也許可以一步步、或多或少改變自己的未來。

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