跟胖哥学物理 飞机的降落

跟胖哥学物理 飞机的降落

首页冒险解谜向下重力冒险更新时间:2024-06-29

这次珠海航空展,直播时候一个主持说了一句话,现在社会让飞机飞翔天空容易,但是能不能安全降落才是问题的关键!

其实,对于大多数航模爱好者,这句话理解更加透彻,因为节衣缩食的买了一架无人机,高高兴兴地去放飞,结果在回来时候被炸鸡,一下子就变为废物,还是很悲催的。 对于航模,基本上是玩家贪高,已经提示电量不足,还有继续飞行,结果在返航时没有电,直接砸下来;还有就是在空中遇到障碍物,其实更多新点击一箭返回,中途遇到不可预知情况,更重要是无人机的GPS信号被高楼和大山挡住。无人机炸鸡其实也是挺危险的,因为飞到高空储存的动能,下来直接转化为动能,一旦砸到人也是不可想象的,这就是为什么无人机一定到远离人群地方练飞的原因。

其实,现在单翼和多翼无人机与真正飞机起飞的原理是完全不同的,多旋翼无人机也是由电机的旋转,使螺旋桨产生升力而飞起来的。比如四旋翼无人机,当飞机四个螺旋桨的升力之和等于飞机总重量时,飞机的升力与重力相平衡,飞机就可以悬停在空中了。

大家在力学中学过,飞机进行飞行的原理,其实它是靠空气在飞机机翼方流动,从而使飞机产生一个升力即使它飞行的。在空中飞行的时候,由于飞机的升力与重力方向相反,大小相等,所以可以相互抵消,也就使飞机能够在空中平稳飞行。

很多同学认为飞机降落完全是由于飞机速度减小造成的,其实与速度有很大的关系,但不是唯一因素。因为飞机在降落之前,飞机的速度减小,那么飞机所能够产生的升力也会相应的减小。但是它的升力是不会减小到它的极限范围之外的,因此,即使你减小了速度飞机也是不会掉下来的。而且空气流过机翼的面积增大,也会同等的产生一定力度的升力。所以说,速度并不是唯一一个影响飞机飞行的因素,他单方面地减小是不会对飞行产生影响的。

首先就是飞机在下降的时候。如果速度过高的话,那么就会向下产生一个过大的冲力。从而转化为对飞机的压力。那么飞机就很容易承受不了,而产生一些危险的后果。推力是由发动机或者螺旋桨产生的向前力量。它和阻力相反。作为一个通用规则,纵轴上的力是成对作用的。阻力是向后的阻力,由机翼和机身以及其它突出的部分对气流的破坏而产生。阻力和推力相反,和气流相对机身的方向并行。

重力由机身自己的负荷,乘客,燃油,以及货物或者行礼组成。由于地球引力导致重量向下压飞机。和升力相反,它垂直向下地作用于飞机的重心位置。升力和向下的重力相反,它由作用于机翼的气流动力学效果产生。它垂直向上的作用于机翼的升力中心。

在稳定的飞行中,上下两对的力的总和等于零。也不等于说四个力总是相等的。其实我们说成对的反作用力大小相等,因此各自抵消对方的效果。而不是这些成对的力就一定各自构成二力平衡。如果彼此是二力平衡,一定是有条件的,那就是一定要明白在直线的,水平的,非加速飞行状态中,相反作用的升力和重力是相等的,但是它们也大于相反作用的推力和阻力。非加速的飞行状态下是推力和阻力大小相等,而不是说推力和阻力的大小和升力重力相等,基本上重力比推力更大。必须强调的是,这是在稳定飞行中的力平衡关系。其实,只存在四个方向合力为零,即向上力的总和等于向下力的总和以及向前力的总和等于向后力的总和。

如果推力降低空速增加,升力变得小于重力,飞机就会开始下降。要维持水平飞行,飞行员可以增加一定量的迎角,它会再次让升力等于飞机的重力,而飞机会飞的更慢点,如果飞行员适当的协调了推力和迎角也可以保持水平飞行。

如同爬升一样,飞机从平直飞行进入下降状态,作用于飞机的力必定变化。这里的讨论假定下降时的功率和平直飞行时的功率一样。当向前压力施加于升降舵控制上来开始下降时,或飞机头向下倾斜时,迎角降低,结果是机翼升力降低。总升力和迎角的降低是短暂的,发生在航迹变成向下时。航迹向下的变化时由于迎角降低时升力暂时的小于飞机的重量。升力和重力的这个不平衡导致飞机沿平直航迹之后开始下降。当航迹时处于稳定下降时,机翼的迎角再次获得原来的大小,升力和重力会再次平衡。从下降开始到稳定状态,空速通常增加。这是因为重力的一个分量现在沿航迹向前作用,类似于爬升中的向后作用。总体效果相当于动力增加,然后导致空速比平飞时增加。

为使下降时的空速和平飞时相同,很显然,功率必须降低。重力的分量沿航迹向前作用将随迎角的下降率增加而增加,相反的,迎角的下降率降低时重力的向前分量增加也就变慢。因此,为保持空速和巡航时一样,下降时要求降低的功率大小通过下降坡度来确定。

还有一个问题,飞机在飞行的时候。它的机翼和气流之间会产生一个夹角,随着夹角增大,飞机的阻力也会增大,那么飞机的升力就会变小。升力下降的同时飞机就会失速,为了保持飞机的平稳飞行,只有下降速度才不会使飞机降落。

因此飞机降落的时候,一方面,它的速度减小,升力下降,但是也不会超过它的可允许飞行的极限值,同时增大机翼面积,对飞机产生一个升力,可以支撑着飞机不降落下来的,两者是共同控制着飞机的减速不降落的平稳飞行状态的。

当飞机减速绕机场飞行一圈后,里面机场已经做好了接机准备。这次飞行远调整机翼面积,同时找准停机航道,但是客机接地点并不是跑道端点。因为飞机“进近”阶段下滑的角度比较大,瞄准了直接下来就会有很大冲击,所以着陆阶段首先要改平有一段平飘,增加舒适性和安全性。

因为飞机不能倒车,所以必须提前安排好滑行路线和滑行次序,这样才不会出现飞机互堵的情况,另外,滑行道有一条中线,无论是转弯还是直行,飞机都必须按照这条中线来滑行,这样才能保证飞机不会与外面的物体发生碰撞,飞机会根据引导车到达停机口。

不过飞机起飞和落地,飞机两个轮子顺序是不同的。飞机起飞时呈机头上扬姿势,前轮先离地,后轮后离地;而飞机降落时,依然保持着“昂首挺胸”的姿态,即后轮先着地,前轮后着地。

现代民航飞机起落架基本都是采用前三点式布局,主轮为后轮,前轮仅起到支撑和转向的作用。而后轮所在的主起落架,承载飞机的主要重量,飞机的重心在主起落架之前。前三点式起落架布局中,前轮在机头下面远离飞机重心处,可避免飞机刹车时出现“拿大顶”的危险。两个主轮左右对称地布置在重心稍后处,左右主轮有一定距离可保证飞机在地面滑行时不致倾倒。前三点式起落架配置使飞机在降落时更稳定,易于操纵。

2018年11月9日于宜昌市虫洞航模工作室

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