滑翔机的工作原理是什么?
滑翔机基本构造
滑翔机具有与飞机显著不同的狭长机翼(即较大的机翼展弦比), 机身外形细长,呈流线体。高级滑翔机的机翼展弦比可达30以上,在设计上趋向于驾驶员躺卧舱中,以便减小机身截面积。机体表面光滑,甚至打蜡,借以提高滑翔机的升阻比,减小滑翔飞行中的下滑角。人们常用滑翔比(滑翔中前进距离与下沉高度之比)来衡量滑翔性能的优劣。由滑翔飞行的平衡关系可知,滑翔比与升阻比相等。现代高级滑翔机的升阻比最高已超过50。有的滑翔机机翼上还装有可操纵打开的减速板,用于在必要时增加阻力,或是在着陆下滑时调整下滑角,以便在指定地点准确着陆。动力滑翔机装有小型辅助发动机,不须外力牵引即可自行起飞,当到达预定高度时关闭发动机进行基本的滑翔飞行。动力滑翔机可提高训练飞行的效率和安全性。
现代滑翔机采用强度高、重量轻的材料制造。主要结构材料有:木材、层板、织物、铝合金和玻璃钢等。70年代以后出现了用碳纤维 复合材料造的高级滑翔机。现代悬挂滑翔机的机翼大多为伞翼(图2),其平面形状为三角形或矩形,在锥形骨架上铺有不透气的合成纤维布料。
滑翔飞机的工作原理
飞机必须以升力克服重力,以推力克服空气阻力才能飞行。升力主要由环量产生,亚音速飞机翼型(机翼横截面)大多上下近似对称以减小阻力,而滑翔机的翼型通常都采用类似克拉克Y翼型(典型的上凸下平),这样可以使无动力的滑翔机产生的升力更大,升阻比增加,滞空时间变长。
滑翔机没有引擎的动力,它可以靠四种方式升空:
(1)弹射器— 将滑翔机架设在弹力绳并向後拉,由驾驶员给予讯号後释放绳索而弹射出去。
(2)汽车拖曳— 将滑翔机系绳於车上拖曳达适当高度後,驾驶员将绳索松开。
(3)绞车拖曳— 与汽车拖曳相似,只是利用固定在地上以马达驱动的绞车来拉滑翔机。
(4)飞机拖曳— 以另一部有动力的飞机拖至一定的高度后,滑翔机脱离而自由翱翔。
滑翔机升空后,除非碰到上升气流,否则空气阻力会逐渐减缓飞机的速度,升力就会愈来愈小,重力大於升力,飞机就会愈飞愈低,最後降落至地面。为了让滑翔机能飞得又远又久,它必需有很高的升力阻力比,这就是为什么滑翔机的机翼那么细长,如何突破滞空时间以及飞行高度的纪录是滑翔机设计与制造的最大挑战。滑翔是一种需要高度技巧与飞行知识,借助自然能量遨游天空的运动。
滑翔机是怎么起飞的?用来干什么?用什么燃料?
滑翔机是一种重于空气的航空器,它主要不是依靠发动机作动力,而是靠作用于机翼上的空气动力来维持在空中作自由飞行。为了产生这个升力,滑翔机必须在空中以一定的速度飞行,这个速度是依靠它的重力获得的,滑翔机必须沿着向下的斜坡在空中飞行-这就象骑自行车的人沿着山坡自由下滑时保持速度一样。滑翔机的外形和构造与正常布局的飞机基本相同,主要有机翼、机身、尾翼、起落装置和操纵系统五大部分组成。滑翔机一般无动力装置,但也有依靠自身动力起飞,到达预定高度或预定区域后关闭发动机进行自由飞行的动力滑翔机。翱翔飞行俗称盘气流飞行,它的整个飞行过程是盘气流爬高、脱离气流后下滑、再盘气流爬高,循环往复,以此使滑翔机在空中停留较长的时间或飞出很远的距离。适合于滑翔机翱翔飞行的气流主要有热力上升气流、山坡动力上升气流和波状上升气流等,但由于后两种气流都需要有特定的地形和天气形势,因而热力上升气流就成为翱翔飞行最基本的动力。
滑翔机的原理是什么?
乔治?凯利于1773年12月27日出生在英国的斯卡波诺城。小时候,父亲给凯利请来一位家庭教师,就是当时著名的数学家乔治?瓦克,凯利从他那里学到了很多自然科学方面的知识。瓦克非常欣赏聪敏好学的凯利,后来还把自己的女儿莎娜许配给了他。凯利10岁那年,听说法国人完成了第一次载人气球飞行,开始对航空产生了兴趣和向往。1792年,他使用竹蜻蜓这种中国玩具做了一连串试验,还自己动手用铁皮制作了一个“中国陀螺”,用力抽绳子使它快速盘旋上升,竟能到达27米的高处。1804年,他写出了自己的第一篇有关人类飞行原理的论文。同年,凯利做了一只外形颇像大鸟的风筝,他在这只风筝下面装了一个吊舱,让人坐在吊舱里,然后赶着马车拉着这只风筝向前跑,结果风筝离开地面飞了好长一段距离。1809年,凯利在《尼古逊自然哲学杂志》上发表了题为《论空中航行》的论文,很快就引起轰动,在西方世界被整整翻印转载了100年。在这篇论文中,凯利认为,人类多年来希望模仿鸟类振翼而飞的老观念必须抛弃,制造固定翼飞机完全是可能的。他详尽地描述了现代飞机的轮廓,为后来的空气动力学奠定了基础。关于机翼,他认为应该在设计翼面时取一点点角度,这样就能获得适当的稳定性,这就是现代飞机的上反角。他还提出机尾必须要有垂直和水平的舵面,这同现代飞机完全相同。他认为飞行器必须是流线型的,根据他的计算,如能减少1千克重的阻力,便可以在不增加马力的情况下,增加66千克的载重能力。他还讨论过速度与升力的关系、翼负荷、如何减轻飞行器的重量,甚至以内燃机做动力等问题。为了证实这些原理,他曾经造了一架不载人的滑翔机来做试验。在凯利生活的时代里,人类只能用笨重的蒸汽机提供动力,如何解决飞行器的动力问题就成了最让人头痛的事情。凯利曾经努力尝试制造一种轻巧的蒸汽机来带动飞行器,但是没有成功。为此,他痛心地写道:“我的发明唯一还无法解决的,就是一个动力问题。我深信不疑,这项崇高而宝贵的技术,在不久的将来一定会成功。飞行器的速度将达到每小时40~160千米,人们利用它来运送人员、商品、财物,远比水上航行更为安全。”1837年,凯利在《机械工程》杂志上发表了另一篇有关航空的文章,重述了他早年的理想并倡导人们做更多的试验。到了1848年,凯利已年届75岁高龄,眼看着轻重量发动机的问世遥遥无期,迫不及待的他决心继续进行无动力的滑翔机试验。1849年,他制造出了一架三翼滑翔机,驾驶员坐在一只篮子中。他在笔记中这样写道:“机上坐一个10岁男孩,从上至下飞行了几码的距离;如果人力迎着微风牵动起飞,也可飘行同样距离。”他没有说明这名男孩是谁,但这无疑是人类有史以来第一次载人滑翔机飞行。1853年,凯利写了一篇描述无人驾驶滑翔机飞行的文章送到法国航空学会,题目是《改良型1853年有舵滑翔机》。就在这一年,凯利在约克郡又进行了一项飞行试验。这次用的飞行器与他1804年所使用的风筝外形接近,但是没有了拉动的绳子。试验开始后,只见一位勇敢的年轻人带着这只大风筝从平缓的山坡上奔跑下来,然后在一块突出的岩石上腾空飞起。越过溪谷到达对面的山坡上。虽然有人指出,凯利研制的这个“没有线的风筝”,安装的都是活动的“扑翼”,它们操作复杂,飞行效果并不理想。但是,它无疑是人类最初的滑翔机。1853年,凯利还制造出了一架比1849年的那架还重的滑翔机,并带有刹车装置。这次试验,他让自己的马车夫坐在驾驶座上。究竟飞了多远距离,凯利没有留下文字记载,但是据曾经目击过这次飞行的凯利的孙女儿说,飞行距离大约有450多米。试验结束后,那位姓氏不详的马车夫心惊胆战地对凯利说:“求求您,老爷,我希望您还记得,小人是受雇来驾马车的,不是来飞行的。”凯利不仅仅对航空有兴趣,他还为英国海军设计出了大炮的炮弹,在拿破仑战争时期大显威风。他在1807年发明并获专利的热力发动机,为工业界所广泛运用。他在1825年设计的一种装辐条的车轮用于滑翔机上,这一发明至今仍为自行车所采用。此外,他还发明过自动铁道刹车装置,并且在声学、光学、电学以及下水道工程等方面,做出了不少有价值的贡献。1858年,84岁的凯利在妻子莎娜的泪水中离开了人世。他在去世前不久,曾在一个笔记本上写下了这样一行字:“给你,查看笔记的朋友!我已去了,愿你在这些涂鸦中寻找出智慧的花种。”有趣的是,1971年,英国飞行员泼劳中校完全依照凯利遗留下来的笔记,造出了一架与当年完全一样的滑翔机,飞得十分成功,这完全证明了118年前凯利的设计是如何的了不起。
滑翔机的飞行原理是什么?
根据伯努利原理。滑翔机是指不依靠动力装置飞行的重于空气的固定翼航空器,起飞后仅依靠空气作用于其升力面上的反作用力进行自由飞行,大多没有动力装置。可由飞机拖曳起飞,也可用绞盘车或汽车牵引起飞,还可从高坡上下滑到空中。在无风情况下,滑翔机在下滑飞行中依靠自身重力的分量获得前进动力;在上升气流中,滑翔机可像老鹰展翅那样平飞或升高。
请问滑翔机是怎么飞起来的?
如图一所示,飞机必须以升力克服重力,以推力克服空气阻力才能飞行。飞机产生升力是藉著机翼截面拱起的形状,当空气流经机翼时,上方的空气分子因在同一时间内要走的距离较长,所以跑得较下方的空气分子快,造成在机翼上方的气压会较下方低。如此,下方较高的气压就将飞机支撑著,而能浮在空气中。这就是所谓的伯努利(十八世纪荷兰出生,后来移居瑞士的数学与科学家)原理。
根据伯努利原理,飞机速度愈快,所产生的气压差(也就是升力)就会愈大,升力大过重於重力,飞机就会向上窜升。滑翔机没有引擎的动力,它可以靠四种方式升空:(1)弹射器— 将滑翔机架设在弹力绳并向后拉,由驾驶员给予讯号后释放绳索而弹射出去。(2)汽车拖曳— 将滑翔机系绳於车上拖曳达适当高度后,驾驶员将绳索松开。(3)绞车拖曳— 与汽车拖曳相似,只是利用固定在地上以马达驱动的绞车来拉滑翔机。(4)飞机拖曳— 以另一部有动力的飞机拖至一定的高度后,滑翔机脱离而自由翱翔。
滑翔机升空后,除非碰到上升气流,否则空气阻力会逐渐减缓飞机的速度,升力就会愈来愈小,重力大於升力,飞机就会愈飞愈低,最后降落至地面。为了让滑翔机能飞得又远又久,它必需有很高的升力阻力比,这就是为什麼滑翔机的机翼那麼细长,如何突破滞空时间以及飞行高度的纪录是滑翔机设计与制造的最大挑战。滑翔是一种需要高度技巧与飞行知识,藉著自然能量遨游天空的运动。
图一 (撷取自"万物原理知多少",读者文摘出版)
滑翔机术语
主翼
是产生升力的最主要结构,没有它,滑翔机就只能待在地面上了。滑翔机飞行时,受到气流的影响,会倾向左右两边摇摆,所以两翼要造成微微向上倾,形成上反角,亦即从机身前、后看,两翼略成V字形,以减轻左右摇晃的倾向。滑翔机的机翼要有足够的挠性,飞行中遇上紊流,可以稍微上下扑动,避免因变形而折断。
副翼
副翼是连动的,也就是当驾驶杆扳向右,右副翼向上摆时,左副翼同时向下摆,如此滑翔机会往飞行员右下的方向翻滚。
扰流板
车子在路上跑时,如果想慢下来,踩煞车就可以了,但是滑翔机如何煞机呢?扰流板向上打开时,会将机翼上的气流扰乱,而使滑翔机减慢速度并下降。这个功能在降落时也是很有用的。
水平尾翼 主翼除了提供升力之外,亦产生一个会造成滑翔机沿著主翼翼展方向的轴向下翻转的力矩。这是造成许多飞行先驱丧生的原因之一。水平尾翼的功能就是提供一个矫正滑翔机俯仰或上下摇动的力矩,以确保飞行中的稳定性。
垂直尾翼 垂直尾翼能校正飞行中的偏行或左右回转,保持方向的稳定。
升降舵 升降舵也是用驾驶杆操控的。当驾驶杆向后扳,升降舵上摆,机头朝上;驾驶杆向前推时,升降舵下摆,机头朝下。
方向舵 方向舵是利用脚踏板来控制的。飞行员踩下左脚踏板时,方向舵向左摆,机头左转;踩下右脚踏板,方向舵向右摆,机头就右转。仅仅操纵方向舵只能改变滑翔机的位置,不能使滑翔机转弯。滑翔机有很强的直线飞行惯性(牛顿第一定律),转动方向舵会引起侧向滑行,就像开快车急弯时的感觉一样,急弯路面通常会倾斜以防止车子打滑侧行,但是滑翔机在空中是自由的,要使滑翔机转弯而不侧滑,必须同时操纵副翼与方向舵。英文叫做bank,倾斜转弯。
滑翔伞的飞行原理是什么?
一、滑翔伞飞行时的受力情况
滑翔伞能够在空中飞行,是当它的翼型伞衣与空气作相对运动时,由于空气的作用在伞衣上产生空气动力的缘故。我们可以看一下滑翔伞在静止空气中作稳定滑翔时的受力情况。此时伞衣上垂直向上的空气动力R与垂直向下的系统的总重量W(飞行员、滑翔伞及所有装备重量之息和)相平衡,滑翔伞沿着向下倾斜的轨迹作等速直线运动。
由于空气动力R和重力W均为矢量,所以我们可以将它们按平行四边形法则进行分解。气动力R可以分解为与滑翔轨迹相垂直的升力Y和与滑翔轨迹相平行的阻力。同理,重力W也可以分解为w1和w2两个分力。此时作用在伞衣上的所有力仍然是平衡的,即Y=w1:Q=w2。由此可见,升力Y平衡重力分力w1,而使我们能够支持在空中;而重力W2则平衡阻力Q,使滑翔伞在空中沿飞行轨迹作等速下滑运动。如果空气动力R与重力W不相平衡,则滑翔伞在空中就将作加速(或减速)运动,使R与W达到新的平衡为止。由于飞行中重力W是滑翔伞系统所固有的,所以空气动力R是随速度而变化的。
二、升力的产生
翼型伞衣在充气后的横截面,即翼型相对于气流运动的情况。
当气流绕过翼型上、下表面流动时,由于上翼面弯度大、下翼面弯度小(基本为直线),并与气流方向有一定的角度。根据流体连续性原理和伯努里定理,稳定流动的气流流过上翼面时,受拱起的上翼面挤压作用,流线变密,流速比远前方的气流速度大,故压力降低;而流过下翼面的气流,流线变疏、流速减慢,压力增大。因此在伞衣上、下表面出现压力差,这个压力差的合力即为空气作用于伞衣上的总空气动力R,其方面垂直向上垂直的分力,就是升力Y。决定翼型伞衣升力大小的因素主要有:气流速度、空气密度、伞衣面积、翼型和伞衣攻角等。
1.气流速度(V):速度是决定升力大小的一个重要因素,如果没有速度,即滑翔伞与空气没有相对运动,则伞衣上、下表面的压力差为零,所以也就不会产生升力。实验结果表明z在其他条件相同的情况下,升力大小与速度的平方成正比。为了提高与气流相对运动速度,通常滑翔伞都采用逆风起飞,以增大升力,缩短起飞助跑距离。
2.伞衣面积(S):升力由伞衣上;下压力差产生,所以理论上伞衣面积越大,升力也就越大。但由于滑翔伞伞衣由柔性的纺织材料制成,依靠冲压空气成形,出于结构上的原因既要保证充气刚性,又要保持一定的翼载荷以保证飞行性能,所以不能象刚性机翼那样做得太大。
3.空气密度(p):气流压力与密度成正比。密度增大时,升力也增加;密度减小时,升力也下降。
4.翼型:翼型不同,气流流过上、下表面的流线情况也不同。在一定范围内,翼型的弯度和厚度越大,引起上、下表面的压力差也大,故升力也越大。
5.攻角,也称迎角(α):在翼型确定之后,升力的大小取决于翼型与相对气流的角度。我们将翼型前缘与后缘用直线相连接,称为翼弦,通常用翼弦来计量各个角度。翼弦与相对气流(或滑翔飞行轨迹)之间的角度α,称之为攻角或迎角。
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