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第69章 升力是怎样产生的

第七章第二节升力是怎样产生的

任何航空器都必须产生大于自身重力的升力才能升空飞行,这是航空器飞行的基本原理

。前面我们提到,航空器可分为轻于空气的航空器和重于空气的航空器两大类。轻于空气的

航空器如气球、飞艇等,其主要部分是一个大大的气囊,中间充以比空气密度小的气体(如

热空气、氢气等),这样就如同我们小时候的玩具氢气球一样,可以依靠空气的静浮力升上

空中。远在一千多年以前,我们的祖先便发明了孔明灯这种借助热气升空的精巧器具,可以

算得上是轻于空气的航空器的鼻祖了。

机翼是怎样产生升力的呢?让我们先来做一个小小的试验:手持一张白纸的一端,由于

重力的作用,白纸的另一端会自然垂下,现在我们将白纸拿到嘴前,沿着水平方向吹气,看

看会发生什么样的情况。哈,白纸不但没有被吹开,垂下的一端反而飘了起来!这是什么原

因呢?流体力学的基本原理告诉我们,流动慢的大气压强较大,而流动快的大气压强较小,

白纸上面的空气被吹动,流动较快,压强比白纸下面不动的空气小,因此将白纸托了起来。

这一基本原理在足球运动中也得到了体现。大家可能都听说过足球比赛中的“香蕉球”,在

发角球时,脚法好的队员可以使足球绕过球门框和守门员,直接飞入球门,由于足球的飞行

路线是弯曲的,形似一只香蕉,因此叫做“香蕉球”。这股使足球偏转的神秘力量也来自于

空气的压力差,由于足球在踢出后向前飞行的同时,还绕自身的轴线旋转,因此在足球的两

个侧面相对于空气的运动速度不同,所受到的空气的压力也不同,是空气的压力差蒙蔽了守

门员。

对于固定翼的飞机,当它在空气中以一定的速度飞行时,根据相对运动的原理,机翼相

对于空气的运动可以看作是机翼不动,而空气气流以一定的速度流过机翼。空气的流动在日

常生活中是看不见的,但低速气流的流动却与水流有较大的相似性。日常的生活经验告诉我

们,当水流以一个相对稳定的流量流过河床时,在河面较宽的地方流速慢,在河面较窄的地

方流速快。流过机翼的气流与河床中的流水类似,由于机翼一般是不对称的,上表面比较凸

,而下表面比较平,流过机翼上表面的气流就类似于较窄地方的流水,流速较快,而流过机

翼下表面的气流正好相反,类似于较宽地方的流水,流速较上表面的气流慢。这样机翼下表

面的压强就比上表面的压强高,换一句话说,就是大气施加于机翼下表面的压力(方向向上)

比施加于机翼上表面的压力(方向向下)大,二者的压力差便形成了飞机的升力。

当飞机的机翼为对称形状,气流沿着机翼对称轴流动时,由于机翼两个表面的形状一样

,因而气流速度一样,所产生的压力也一样,此时机翼不产生升力。但是当对称机翼以一定

的倾斜角(称为攻角或迎角)在空气中运动 时,就会出现与非对称机翼类似的流动

现象,使得上下表面的压力不一致,从而也会产生升力。 

 飞机的分类

由于飞机构造的复杂性,飞机的分类依据也是五花八门,我们可以按飞机的速度来划分

,也可以按结构和外形来划分,还可以按照飞机的性能、年代来划分,但最为常用的分类法

为以下两种:

1按飞机的用途分类

飞机按用途可以分为军用机和民用机两大类。军用机是指用于各个军事领域的飞机,而

民用机则是泛指一切非军事用途的飞机(如旅客机、货机、农业机、救护机以及试验研究机

等)。

军用机的传统分类大致如下:

歼击机:又称战斗机,第二次世界大战以前称驱逐机。其主要用途是与敌方歼击机进行

空战,夺取制空权,还可以拦截敌方的轰炸机、强击机和巡航导弹。

强击机:又称攻击机,其主要用途是从低空和超低空对地面(水面)目标(如防御工事、

地面雷达、炮兵阵地、坦克、舰船等)进行攻击,直接支援地面部队作战。

轰炸机:是指从空中对敌方前线阵地、海上目标以及敌后的战略目标进行轰炸的军用飞

机。按其任务可分为战术轰炸机和战略轰炸机两种。

侦察机:是专门进行空中侦察,搜集敌方军事情报的军用飞机。按任务也可以分为战术

侦察机和战略侦察机。

运输机:是指专门执行运输任务的军用飞机。

预警机:是指专门用于空中预警的飞机。

其他军用飞机:包括电子干扰机、反潜机、教练机、空中加油机、舰载飞机等。

当然,随着航空技术的不断发展和飞机性能的不断完善,军用飞机的用途分类界限越来

越模糊,一种飞机完全可能同时执行两种以上的军事任务,如美国的F-117战斗轰炸机,既

可以实施对地攻击,又可以进行轰炸,还有一定的空中格斗能力。

2按飞机的构造分类

由于飞机构造复杂,因此按构造的分类就显得种类繁多。比如,我们可以按机翼的数量,

将飞机分为单翼机、双翼机和多翼机;也可以按机翼的形状分为平直翼飞机、后掠翼飞机

和三角翼飞机;我们还可以按飞机的发动机类别分为螺旋桨式和喷气式两种。图表中列出了

常用的构造形式分类法。

 飞机的结构

飞机作为使用最广泛、最具有代表性的航空器,其主要组成部分如下:

推进系统:包括动力装置(发动机及其附属设备) 以及燃料。其主要功能是产生推动飞

机前进的推力(或拉力)。

操纵系统:其主要功能是形成与传递操纵指令,控制飞机的方向舵等,使飞机按预定航线

飞行。

机体:我们所看见的飞机整个外部都属于机体部分,包括机翼、机身及尾翼等。机翼用

来产生升力;同时机翼和机身中可以装载燃油以及各种机载设备,并将其他系统或装置连接

成一个整体,形成一个飞行稳定、易于操纵的气动外形。

起落装置:包括飞机的起落架和相关的收放系统。其主要功能是飞机在地面停放、滑行时支

撑整个飞机,同时还能吸收飞机着陆和滑行时的撞击能量并操纵滑行方向。

机载设备:是指飞机所载有的各种附属设备,包括飞行仪表、导航通讯设备、环境控制

、生命保障、能源供给等设备,以及武器与火控系统(对军用飞机而言),或客舱生活服务设

施(对民用飞机而言)。

从飞机的外面看,我们只能看见机体和起落装置这两部分。下面我们着重来看一看机体

的结构。由于机体是整个飞机的外壳,气流的作用力直接作用在机体上,而且机体连接着飞

机的各个组成部分,因此它所承受的外力很大(尤其是飞机的飞行速度很高时),这就要求机

体的结构不但要轻,而且要有相当高的强度。所以飞机的机体除了采用强度很高的金属材料

外,其结构是一种中空的梁架结构(有一点类似于老式房顶的结构),这种结构既能保证飞机

有足够的强度,又能减轻飞机的重量,而且机翼中间还可以装载燃油等物品。

有些飞机的机翼和机身是一体的(术语称为翼身融合技术),整个飞机就像一个大的飞翼

(如美国的B-2隐形轰炸机)。飞机的尾翼一般包括水平尾翼(简称平尾)和垂直尾翼(简称立尾

)。平尾中的固定部分称为水平安定面,可偏转的部分称为升降舵(操纵它可以控制飞机的升

降,所以叫升降舵);立尾中的固定部分称为垂直安定面,可偏转的部分称为方向舵(操纵它

可以控制飞机飞行的方向,所以叫方向舵)。安定面的作用是使飞机的飞行平稳(术语叫静稳

定性)。有些飞机没有水平尾翼;有些飞机则把水平尾翼放在了机翼的前面,叫做鸭翼。

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