機師面試必考— 飛機起飛的四個力!

相信各位準培訓機師們,看過之前的大補帖應該都對航空知識有了基本的認知,今天要跟大分享的,也是機師考試中非常基本但對於飛機來說最重要的概念,也就是飛機升空的原理!不管你是不是已經知道了,都趕快跟著FTTW一起複習一起充實吧!


先說說飛機的基本四力:

升力(Lift)—氣流流經機翼表面所產生的氣動力,也是升空所需最重要的力。

重力(Weight—飛機本身質量所受的地球引力。

推力(Thrust—飛機引擎將空氣往後推送所產生的反作用力。

阻力(Drag—空氣跟飛機本身接觸所產生的摩擦力。

    飛行中的飛機受的力可分為升力、重力、阻力、推力,升力由機翼提供,推力由引擎提供,重力由地心引力產生,阻力由空氣產生,我們可以把力分解為兩個方向的力,稱 x 及 y 方向(當然還有一個z方向,但對飛機不是很重要,除非是在轉彎中),飛機等速直線飛行時x方向阻力與推力大小相同方向相反,故x方向合力為零,飛機速度不變,y方向升力與重力大小相同方向相反,故y方向合力亦為零,飛機不升降,所以會保持等速直線飛行。就如奧維爾.萊特所說的:「飛機之所以持續飛行,是因為它沒空往下墜。」

另外說到機翼產生的升力,就不能不提到伯努力定律。

    伯努利定律是空氣動力最重要的公式,簡單的說流體的速度越大,靜壓力越小,速度越小,靜壓力越大,這裡說的流體一般是指空氣或水,在這裡當然是指空氣,設法使機翼上部空氣流速較快,靜壓力則較小,機翼下部空氣流速較慢,靜壓力較大,兩邊互相較力,於是機翼就被往上推去,然後飛機就飛起來了。以前的理論認為兩個相鄰的空氣質點同時由機翼的前端往後走,一個流經機翼的上緣,另一個流經機翼的下緣,兩個質點應在機翼的後端相會合,經過仔細的計算後發覺如依上述理論,上緣的流速不夠大,機翼應該無法產生那麼大的升力,現在經風洞實驗已證實,兩個相鄰空氣的質點流經機翼上緣的質點會比流經機翼的下緣質點先到達後緣。


大家可以觀看以下這個影片了解,機翼上下的氣流根本就是照著各自的流速在流,沒有匯合的問題。
https://www.youtube.com/watch?v=6UlsArvbTeo#t=69

    所以,當氣流在某些情形下不能平滑的通過翼面時升力會減少,當整各翼面產生的升力不足以負擔飛機本身的重量時,即造成「失速」(Stall)的情形,大部份失速是在低速或大角度爬升、迴轉時發生,此時所有控制面將暫時失去作用,直到氣流揮復平滑為止。

   機翼裝載了一系列額外的構造,像是襟翼、前緣縫翼。襟翼往後方及下方延伸,讓翼切面更加彎曲,藉以保持低速飛行的安全及穩定度(雖然實際調整的細節視情況而定,不過民航客機起降的時候都會延展襟翼)。機翼內側及外側皆有小單位的襟翼組合,它們之間水平分層。前緣縫翼位在機翼的前端,能夠向前開展,作用與襟翼相同。擾流板則是一塊立在機翼上方的長方形板子,站立於機翼的擾流板能干擾通過機翼的氣流,破壞升力的同時,增加大量的阻力。飛行過程中,擾流板用來提升下降率;著陸時則是能協助減速。

   如果大家有興趣的話,可以去NASA的Glenn Research Center網站,裡頭有個很簡單的機翼模擬Applet FoilSim,讓你可以設定一些數據,看看能提供多少升力。英文OK的人,可以試試這個進階版,裡頭有更多的設定喔!
簡單版:
https://www1.grc.nasa.gov/beginners-guide-to-aeronautics/foilsimelementary/
進階版:
https://www1.grc.nasa.gov/beginners-guide-to-aeronautics/foilsimstudent/

因為飛機是有重量的,所以必須要有足夠的升力才能將飛機拉至天空,速度越快升力越大,起飛的時候要先衝刺獲得相對風速以產生更大的升力,讓機翼的升力大於飛機的重量,飛機就自然起飛了!
※部分圖片出自GOOGLE※

了解更多:
《飛機為什麼會飛》
http://www.aero.tku.edu.tw/6-1.html

《機艙機密》

http://pansci.asia/archives/86419

《癮科學:飛機為什麼會飛》

https://ynews.page.link/weuZD


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