V1VRV2飛機(jī)起飛速度與飛機(jī)升力和阻力詳解.doc

V1 VR V2飛機(jī)起飛速度與飛機(jī)升力和阻力詳解V1 VR V2飛機(jī)起飛速度詳解V1 VR V2的概念：首先撿容易的來(lái)說(shuō)。Vr,這個(gè)r就是rotate的縮寫，所以Vr可以叫做抬前輪速度或者抬頭速度。只有當(dāng)飛機(jī)加速到Vr的時(shí)候，飛行員才可以帶桿讓飛機(jī)抬頭離地，如果小于這個(gè)速度，很容易造成擦機(jī)尾。再說(shuō)V1。這個(gè)速度，我們通常稱其為決斷速度。我們知道，飛機(jī)發(fā)生機(jī)械故障是不會(huì)分時(shí)候的，任何狀態(tài)下都可能出現(xiàn)某個(gè)部件失效的情況。如果故障發(fā)生在天上，那么就靠機(jī)組的處理；如果發(fā)生在地面上，那就比較簡(jiǎn)單了，干脆不起飛了，滑回去，讓機(jī)務(wù)人員來(lái)處理?？墒?，如果這個(gè)故障發(fā)生在起飛滑跑這個(gè)“地面空中”的臨界狀態(tài)下呢？這就比較難辦了。顯然，這時(shí)候我們有兩種選擇不起飛了，讓飛機(jī)繼續(xù)留在地面上，或者繼續(xù)起飛，讓飛機(jī)到空中去再說(shuō)。其實(shí)無(wú)論是否繼續(xù)起飛，我們都不能一概而論。因?yàn)槿绻@時(shí)候飛機(jī)速度已經(jīng)很大，很接近抬前輪的速度了，雖然還沒有離地，但此時(shí)剎車可能已經(jīng)無(wú)法確保飛機(jī)能在剩余的跑道上停住了。如果在這種大速度下貿(mào)然中斷起飛，從而導(dǎo)致飛機(jī)沖出跑道，也許造成的損失比那個(gè)故障本身造成的損失會(huì)大得多。反過(guò)來(lái)說(shuō)，如果這時(shí)候速度并不是很大，我們只要及時(shí)采取必要的措施，完全可以讓飛機(jī)在跑道上安全得停下來(lái)，我們依然決定繼續(xù)起飛的話，那顯然也不合適，因?yàn)楫吘乖诘孛嫔咸幚砉收弦仍诳罩刑幚砉收细踩行?。這時(shí)候大家應(yīng)該差不多有了這么個(gè)印象如果在滑跑速度比較小的時(shí)候出問(wèn)題了，我們就停下來(lái)；如果在滑跑速度很大的時(shí)候出問(wèn)題了，我們就繼續(xù)起飛。可是，到底多大算是“大”速度，多小算是“小”速度呢？V1的出現(xiàn)就解決了這個(gè)問(wèn)題。我們?cè)诿看物w行前，都要確定一個(gè)V1速度，假如問(wèn)題出現(xiàn)在V1之前，我們就停下來(lái)（這時(shí)候是完全能夠停下來(lái)的）；如果問(wèn)題出現(xiàn)在V1之后，那就說(shuō)明現(xiàn)在剎車已經(jīng)來(lái)不及了，只能繼續(xù)起飛。所以，這個(gè)V1我們叫決斷速度在這個(gè)速度我們要做決斷起飛，還是不起飛！再說(shuō)V2。這個(gè)V2我們通常叫做起飛安全速度，或者干脆就叫安全速度。當(dāng)飛機(jī)離地后速度達(dá)到了V2，我們就認(rèn)定飛機(jī)已經(jīng)成功的起飛了，轉(zhuǎn)而進(jìn)入爬升狀態(tài)。嗯，這下大家知道這三個(gè)速度對(duì)于一次起飛來(lái)說(shuō)，是相當(dāng)重要的，可是這三個(gè)速度到底怎么確定是多少呢？這就要說(shuō)到起飛分析手冊(cè)了。在每次起飛過(guò)程中，影響這三個(gè)速度的因素大概有以下這么幾個(gè)：飛機(jī)的全重、跑道長(zhǎng)度、道面情況（是濕的還是干的）、跑道的坡度、風(fēng)速的情況、機(jī)場(chǎng)周圍的障礙物情況、外界溫度等等。這里面有的因素是固定的，例如跑道長(zhǎng)度、坡度這些，有的因素是變量，每次飛行都不一樣，例如飛機(jī)全重、溫度等幾項(xiàng)。航空公司會(huì)利用一個(gè)軟件，把這個(gè)公司要飛的所有的機(jī)場(chǎng)的所有的跑道的數(shù)據(jù)都一一綜合進(jìn)去，然后制作成一本厚厚的起飛分析手冊(cè)。這個(gè)手冊(cè)里面每個(gè)機(jī)場(chǎng)的每條跑道，都有相應(yīng)的表格。例如，如果我們今天要在北京的36L跑道起飛，我們就會(huì)拿出這本厚厚的手冊(cè)，翻到北京首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)那部分，找出36L跑道那頁(yè)，縱坐標(biāo)是飛機(jī)的重量，橫坐標(biāo)是風(fēng)速，一對(duì)應(yīng)，即查出相應(yīng)的三個(gè)速度值。解讀影響飛機(jī)升力和阻力的一些因素 升力和阻力是在飛機(jī)與空氣之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)（相對(duì)氣流）中產(chǎn)生的。影響升力和阻力的基本因素有：機(jī)翼在氣流臺(tái)的相對(duì)位置（迎角）、氣流的速度和空氣密度（空氣的動(dòng)壓以及飛機(jī)本身的特點(diǎn)（飛機(jī)表面質(zhì)量、機(jī)翼形狀機(jī)翼面積、是否使用襟翼和前緣縫翼是否張開等）。這些因素中，經(jīng)常變化的有迎角、飛行速度和空氣密度。飛行員主要是通過(guò)改變迎角和飛行速度來(lái)改變升力和阻力的。因此，本節(jié)主要分析迎角和飛行速度對(duì)升力、阻力的影響。至于由于使用襟翼和前緣縫翼等所引起的升力、阻力的變化，留在第五節(jié)再作分析。為便于分析問(wèn)題，在分析一個(gè)因素時(shí)，假定其它因素不變。一、迎角對(duì)升力和阻力的影響1. 迎角相對(duì)氣流方向（飛機(jī)運(yùn)動(dòng)方向）與翼弦所夾的角度，叫迎角。相對(duì)氣流方向指向機(jī)翼下表面，為正迎角；相對(duì)氣流方向指向機(jī)翼上表面，為負(fù)迎角。飛行中，飛行員可通過(guò)前后移動(dòng)駕駛盤來(lái)改變迎角的大小或者正負(fù)。飛行中經(jīng)常使用的是正迎角。飛行狀態(tài)不同，迎角的正、負(fù)、大、小一般也不同。在水平飛行中，飛行員可根據(jù)機(jī)頭的高低來(lái)判斷迎角的大小，機(jī)頭高，迎角大。機(jī)頭低，迎角小。其它飛行狀態(tài)，單憑機(jī)頭的高低就很難判斷迎角的大小和正負(fù)，只有根據(jù)迎角本身的含義去判斷。例如，飛機(jī)俯沖中。機(jī)頭雖然很低，但迎角并不為負(fù)的，氣流仍從下表面吹向機(jī)翼，因此迎角是正的。又如在上升中，機(jī)頭雖然比較高，但迎角卻不一定很大，在改出上升時(shí)，若推桿過(guò)猛，也可能會(huì)出現(xiàn)負(fù)迎角。2. 迎角對(duì)升力的影響在飛行速度等其它條件相同的情況下，得到最大升力的迎角，叫做臨界迎角。在小于臨界迎角的范圍內(nèi)增大迎角，升力增大；超過(guò)臨界邊角后，再增大迎角，升力反而減小。這是因?yàn)?，迎角增大時(shí)，一方面在機(jī)翼上表面前部，流線更為彎曲，流管變細(xì)，流速加快，壓力降低，吸力增大。與此同時(shí)，在機(jī)翼下表面，氣流受到阻擋，流管變粗，流速減慢，壓力增大，要使升力增大。但是，另一方面迎角增大時(shí)，由于機(jī)翼上表面最低壓力點(diǎn)的壓力降低。因此，后緣部分的壓力比最低壓力點(diǎn)的壓力大得更多，于是在上表面后部的附面層中，空氣向前倒流的趨勢(shì)增強(qiáng)，氣流分離點(diǎn)向前移動(dòng)，渦流區(qū)擴(kuò)大，就會(huì)破壞空氣的平順流動(dòng)，從而使升力降低。在中、小迎角，增大迎角時(shí)，分離點(diǎn)前移緩慢，渦流區(qū)只占機(jī)翼后部的不大的一段范圍，這對(duì)機(jī)翼表面空氣的平順流動(dòng)影響不大，前一方面起著主要作用，因此，在小于臨界迎角的范圍內(nèi)，迎角增大，升力是增大的。到臨界迎角，升力達(dá)到最大。超過(guò)臨界迎角后，迎角再增大，則分離點(diǎn)迅速前移，渦流區(qū)迅速擴(kuò)大，嚴(yán)重破壞空氣的平順流動(dòng)，機(jī)翼上表面前段，流管變粗，流速減慢，吸力降低。從分離點(diǎn)到機(jī)翼后緣的渦流區(qū)內(nèi)，壓力大致相同，比大氣壓力稍小。在靠近后緣的一段范圍內(nèi)，吸力雖稍有增加，但很有限，補(bǔ)償不了前段吸力的降低。所以，超過(guò)臨界迎角以后，迎角再增大，升力反而減小改變迎角，不僅升力大小要發(fā)生變化，而且壓力中心也要發(fā)生前后移動(dòng)。迎角由小逐漸增大時(shí)，由于機(jī)翼上表面前段吸力增大，壓力中心前移。超過(guò)臨界迎角以后，機(jī)翼前段和中段吸力減小，而機(jī)翼后段吸力稍有增加，所以壓力中心后移。3. 迎角改變對(duì)機(jī)翼阻力的影響在低速飛行時(shí)，機(jī)翼的阻力有：摩擦阻力、壓差阻力和誘導(dǎo)阻力。實(shí)驗(yàn)表明，迎角增大，摩擦阻力一般變化不大。迎角增大，分離點(diǎn)前移，機(jī)翼后部的渦流區(qū)擴(kuò)大，壓力減小，機(jī)翼前后的壓力差增加，故壓差阻力增加。迎角增大到超過(guò)臨界迎角以后，由于分離點(diǎn)迅速前移，渦流區(qū)迅速擴(kuò)大，因此壓差阻力急劇增加。小于臨界迎角，迎角增大時(shí)，由于機(jī)翼上、下表面的壓力差增大，使翼尖渦流的作用更強(qiáng)，下洗角增大，導(dǎo)致實(shí)際升力更向后傾斜，故誘導(dǎo)阻力增大。超過(guò)臨界迎角，迎角增大，由于升力降低，故誘導(dǎo)阻力隨之減小。綜上所述，在小迎角的情況下增加迎角時(shí)，由于升力的增加和渦流區(qū)的擴(kuò)大都很慢，故壓差阻力和誘導(dǎo)阻力增加都很少，這時(shí)機(jī)翼的阻力主要是摩擦阻力，因此整個(gè)機(jī)翼阻力增加不多。當(dāng)迎角逐漸變大以后，再增大迎角時(shí)，由于機(jī)翼升力的增加和渦流區(qū)的擴(kuò)大都加快，故壓差阻力和誘導(dǎo)阻力的增加也隨之加快。特別是誘導(dǎo)阻力，在大迎角時(shí)，隨著迎角的增大而增加更快。因此，整個(gè)機(jī)翼的阻力隨著迎角的增大而增加較快。這時(shí)，誘導(dǎo)阻力是機(jī)翼阻力的主要部份。超過(guò)臨界迎角以后，雖然誘導(dǎo)阻力要隨著升力的降低而減小，但由于壓差阻力的急劇增加，結(jié)果使整個(gè)機(jī)翼阻力增加更快。簡(jiǎn)單說(shuō)：迎角增大，阻力增大；迎角越大，阻力增加越多；超過(guò)臨界迎角，阻力急劇增大。二、飛行速度和空氣密度對(duì)升、阻力的影響1. 飛行速度飛行速度越大，空氣動(dòng)力（升力、阻力）越大。實(shí)驗(yàn)證明：速度增大到原來(lái)的兩倍，升力和阻力增大到原來(lái)的四倍；速度增大到原來(lái)的三倍，升力和阻力增大到原來(lái)的九倍。即升力、阻力與飛行速度的平方成正比例。飛行速度增大，為什么升、陰力會(huì)隨之增大呢？因?yàn)樵谕挥窍?，機(jī)翼流線譜，即機(jī)翼周圍的流管形狀基本上是不隨飛行速度而變的。飛行速度愈大，機(jī)翼上表面的氣流速度將增大得愈多，壓力降低愈多。與此同時(shí)，機(jī)翼下表面的氣流速度減小得愈多，壓力也增大愈多。于是，機(jī)翼上、下表面的壓力差愈加相應(yīng)增大，升力和阻力也更加相應(yīng)增大。2. 空氣密度空氣密度大，空氣動(dòng)力大，升力和阻力自然也大。這是因?yàn)?，空氣密度增大，則當(dāng)空氣流過(guò)機(jī)翼，速度發(fā)生變化時(shí)，動(dòng)壓變化也大，作用在機(jī)翼上表面的吸力和下表面的正壓力也都增大。所以，機(jī)翼的升力和阻力隨空氣密度的增大而增大。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，空氣密度增大為原來(lái)的兩倍，升力和阻力也增大為原來(lái)的兩倍。即升力和阻力與空氣密度成正比例。顯然，由于高度升高，空氣密度減小，升力和阻力也就會(huì)減小。三、機(jī)翼面積，形狀和表面質(zhì)量對(duì)升、阻力的影響1. 機(jī)翼面積機(jī)翼面積大，升力大，阻力也大。升力和阻力都與機(jī)翼面積的大小成正比例。2. 機(jī)翼形狀機(jī)翼形狀對(duì)升、阻力有很大影響。就機(jī)翼切面形狀來(lái)說(shuō)，相對(duì)厚度大，機(jī)翼的升力和阻力也大。這是因?yàn)?，相?duì)厚度大，機(jī)翼上表面的彎曲程度也大，一方面使空氣流過(guò)機(jī)翼上表面流速增快得多，壓力也降低得多，升力大。另一方面最低壓力點(diǎn)的壓力小，分離點(diǎn)靠前，渦流區(qū)變大，壓差阻力大。實(shí)驗(yàn)表明，相對(duì)厚度在5%-12%的翼型，其升力比較大，相對(duì)厚度若超過(guò)14%，不僅阻力過(guò)大，而且升力會(huì)因上表面渦流區(qū)的擴(kuò)大而減小。最大厚度位置，對(duì)升阻力也有影響。最大厚度位置靠前，機(jī)翼前緣勢(shì)必彎曲得更厲害些，導(dǎo)致流管在前緣變細(xì)，流速加快，吸力增大，升力較大。但因后緣渦流區(qū)大，阻力也較大。最大厚度位置靠近翼弦中央，升力較小，但其阻力也較小。因?yàn)椋畲蠛穸任恢每亢?，最低壓力點(diǎn)，轉(zhuǎn)捩點(diǎn)均向后移，層流附面層加長(zhǎng)，紊流附面層減短，使摩擦阻力減小，所以阻力較小。在相對(duì)厚度相同情況下，中弧曲度大，表明上表面彎曲比較厲害，流速大，壓力低，所以升力比較大。平凸型機(jī)翼比雙凸型機(jī)翼的升力大，對(duì)稱型機(jī)翼升力最小。中弧曲度大，渦流區(qū)大，故阻力也大。機(jī)翼平面形狀對(duì)升、陰力也有影響。實(shí)驗(yàn)表明，橢園形機(jī)翼誘導(dǎo)阻力最小，而矩形機(jī)翼和菱形機(jī)翼誘導(dǎo)阻力最大。展弦比越大，誘導(dǎo)阻力越小。放下襟翼和前緣縫翼張開，會(huì)改變機(jī)翼的切面形狀，從而會(huì)改變機(jī)翼的升力和阻力。又如機(jī)翼結(jié)冰，會(huì)破壞機(jī)翼流線形外形，從而使升力降低，阻力增大。3. 飛機(jī)表面質(zhì)量飛機(jī)表面光滑與否對(duì)摩擦阻力影響很大。飛機(jī)表面越粗糙，附面層越厚，轉(zhuǎn)捩點(diǎn)越靠前，層流段縮短，紊流段增長(zhǎng)，粘性摩擦加劇，摩擦阻力越大。因此保持好飛機(jī)表面光滑，就能減小飛機(jī)阻力。飛機(jī)的阻力對(duì)于提高飛機(jī)的飛行性能是不利的。因此，在飛機(jī)的設(shè)計(jì)制造和使用維護(hù)中，應(yīng)想方設(shè)法減小飛機(jī)的阻力。下面從阻力產(chǎn)生的不同原因，談?wù)劀p小飛機(jī)阻力可采取的一些措施。要減小摩擦阻力，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能縮小飛機(jī)與空氣相接觸的表面積。制造過(guò)程中應(yīng)將飛機(jī)表面做得很光滑，有的高速飛機(jī)甚至將表面打磨光。維護(hù)使用中，保持好飛機(jī)表面光潔。如上飛機(jī)，要求穿軟底鞋，鋪好腳踏布等。飛機(jī)要定期清洗。停放時(shí)加蓋蒙布，以防風(fēng)沙雨雪侵蝕。要減小壓差阻力，應(yīng)盡可能將暴露在空氣中的各個(gè)部件或另件做成流線形的外形，并減小迎風(fēng)面積。對(duì)不能收起的起落架和活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)都應(yīng)加整流罩。維護(hù)使用中，要保持好飛機(jī)的外形，不要碰傷飛機(jī)表面，各種艙的口蓋應(yīng)蓋好，同時(shí)保持好飛機(jī)的密封性。要減小誘導(dǎo)阻力，低速飛機(jī)可增大展弦比和采用梯形翼。高速飛機(jī)可在翼尖懸掛副油箱或安裝翼尖翼刀等。要減小干擾阻力，設(shè)計(jì)時(shí)要妥善安排飛機(jī)各部件的相對(duì)位置，同時(shí)在各