人力驅(qū)動(dòng)飛機(jī)基本原理概述(doc 8頁).doc

1、依靠人的體力驅(qū)動(dòng)的飛機(jī)。早期人們模仿鳥類飛行，試圖制造靠人力驅(qū)動(dòng)的撲翼機(jī)，可望最先用于體育競技活動(dòng)。都沒有成功。主要原因是人的體力有限，平均時(shí)速12.7公里。健壯的人在10分鐘內(nèi)只能連續(xù)發(fā)出0.26千瓦（0.35馬力）的功率，按每公斤體重所能發(fā)出的功率計(jì)算，遠(yuǎn)不如鳥類。其次，使單位機(jī)翼面積上的載荷減少到與一般鳥類相同的水平。在當(dāng)時(shí)的科學(xué)技術(shù)水平下，再加上大的機(jī)翼面積，還不可能制造出重量很輕、飛行效率高的撲翼機(jī)。人力飛機(jī)的空機(jī)重量可降低到僅30公斤左右?；铏C(jī)的出現(xiàn)和發(fā)展又重新推動(dòng)人力飛機(jī)的研制活動(dòng)。20世紀(jì)30年代，有人在輕型滑翔機(jī)上安裝空氣螺旋槳和類似自行車的腳踏傳動(dòng)裝置，依靠人的雙腳蹬踏帶

2、動(dòng)螺旋槳來產(chǎn)生飛行的動(dòng)力，曾實(shí)現(xiàn)了短距離的平飛。20世紀(jì)30年代，60年代以后大量新型材料（碳纖維和芳綸纖維復(fù)合材料、聚苯乙烯泡沫塑料、聚酯薄膜等）的問世為制造極輕的飛機(jī)機(jī)體創(chuàng)造了條件，人力飛機(jī)的空機(jī)重量可降低到僅30公斤左右。再加上大的機(jī)翼面積，使單位機(jī)翼面積上的載荷減少到與一般鳥類相同的水平。較低的飛行速度使人力飛機(jī)飛行所需的功率減小到人力能勝任的程度，為實(shí)現(xiàn)較長距離的飛行創(chuàng)造了條件。按每公斤體重所能發(fā)出的功率計(jì)算，1979年美國的“蟬翼信天翁”號(hào)人力飛機(jī)(見彩圖)首次完成了橫越英吉利海峽的飛行，平均時(shí)速12.7公里。人力飛機(jī)尚處于發(fā)展的初期，都沒有成功?？赏钕扔糜隗w育競技活動(dòng)。 直升機(jī)

3、升力與阻力計(jì)算公式升力和阻力公式根據(jù)升力、阻力與上述諸因素的關(guān)系,升力、阻力公式如下:升力:Y=Cy 1/2 v2s阻力:X=Cx 1/2 v2s式中:Y升力;X阻力;空氣密度;s機(jī)翼面積;Cy升力系數(shù);Cx阻力系數(shù);v氣流速度Cy、Cx是翼型、迎角、機(jī)翼形狀、飛機(jī)表面光滑和流線性對(duì)升力、阻力大小的影響。其數(shù)值通過實(shí)驗(yàn)測得。飛行中,機(jī)翼翼型、面積和形狀及飛機(jī)狀況等一般是不變的。在同一高度飛行時(shí),空氣密度也可看成相對(duì)不變。那么,升力和阻力的大小就取決于速度和迎角。在飛行中,是用改變速度、改變迎角來改變升力和阻力。更多資料：/atcdata/html/4603

4、9.html升力公式升力公式 原圖片取自：NASA Glenn Research Center, Learning Technology Project 升力取決於空氣的密度，速度的平方，空氣的黏性以及空氣的可壓縮性，空氣流經(jīng)物體的表面積，物體的形狀，以及物體與氣流的夾角。一般來說，升力與物體外形，氣流夾角，空氣的黏性，以及空氣的可壓縮性這幾項(xiàng)的關(guān)聯(lián)是非常複雜的。其中一種討論這些複雜的關(guān)聯(lián)性的方法是用一個(gè)單一的變數(shù)來決定這些關(guān)聯(lián)。在升力這方面，這個(gè)變數(shù)稱為升力係數(shù)，記為Cl。這讓我們能夠?qū)⑺袩o論是簡單或複雜的變因都整合進(jìn)一個(gè)單一的公式。升力公式描述的是升力L等於升力係數(shù)Cl乘以密度r乘以速度

5、V的平方乘以翼面積A再除以二。L = Cl * A * .5 * r * V2 對(duì)於已知的空氣條件，物體外形，以及物體與空氣的夾角，我們必須決定出Cl的值來得知升力的大小。對(duì)於一些單純的氣流狀況，物體外形，以及小範(fàn)圍的夾角時(shí)，空氣動(dòng)力學(xué)專家可以算出Cl的值。但是，通常都是經(jīng)由實(shí)驗(yàn)來求出升力係數(shù)。藉由上面給予的公式，密度由字母r來表示。我們不使用d來表示密度，因?yàn)閐通常用來表示距離。在許多空氣動(dòng)力學(xué)的課本裡頭，密度通常用希臘字母rho希臘字的r，也就是來表示。其中”密度乘以速度的平方除以二（1/2 * r * v2 ）”這一組參數(shù)稱為動(dòng)壓，在白努利方程式中也可以看到。簡單說來， 一個(gè)升力，一個(gè)重

6、力； 一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)推力，一個(gè)空氣阻力。 飛機(jī)在最簡單情況下，水平勻速飛行，這時(shí)候牛頓他老人家就管用了 豎直方向上升力和重力平衡 水平方向上發(fā)動(dòng)機(jī)推力和空氣阻力平衡 于是飛機(jī)保持勻速直線運(yùn)動(dòng) 升力的大小由下式?jīng)Q定： L=0.5*Rou*V2*CL*S Rou為空氣密度，V為飛行速度，CL為升力系數(shù)，S為機(jī)翼面積 只是CL并非常數(shù)，確定這個(gè)CL可有很多學(xué)問赫赫 重力大小怎么確定我就不說了 發(fā)動(dòng)機(jī)推力大小怎么確定也不說，解決這個(gè)問題需要一個(gè)專業(yè) 空氣阻力 D=0.5*Rou*V2*CD*S CD為阻力系數(shù)，確定這個(gè)系數(shù)也有很多學(xué)問赫赫補(bǔ)充樓上的：當(dāng)飛機(jī)側(cè)滑，氣流會(huì)對(duì)飛機(jī)產(chǎn)生一定的側(cè)力，計(jì)算公式是將升力

7、公式中Cl給為Cz.當(dāng)然還有3個(gè)方向的力矩平衡，計(jì)算氣動(dòng)力矩時(shí)采用不能用參考面積，要用參考長度，一般選用平均氣動(dòng)弦，而力矩系數(shù)通常由數(shù)值計(jì)算或風(fēng)洞試驗(yàn)或試飛數(shù)據(jù)確定。兩小時(shí)蹬著飛機(jī)越海峽1979年4月，艾倫為飛越英吉利海峽做準(zhǔn)備大獎(jiǎng)出難題18年無人破解“禿鷹”忽展翅幾分鐘力拔頭籌1979年6月13日，26歲的自行車運(yùn)動(dòng)員艾倫踏動(dòng)一架“蟬翼信天翁”飛行器，以離海面約2至2.5米的平均高度飛越英吉利海峽，做到了首次用人力推進(jìn)飛行器飛越海峽。一項(xiàng)大獎(jiǎng)刺激人力飛行發(fā)展1959年，英國皇家學(xué)會(huì)設(shè)置了一項(xiàng)人力飛行獎(jiǎng)，以英國實(shí)業(yè)家克雷墨的名字命名。它要求人力飛機(jī)在相距800米的標(biāo)桿之間繞彎飛出一個(gè)“8”字形

8、才能獲獎(jiǎng)。這一大獎(jiǎng)推動(dòng)了人力飛機(jī)的蓬勃發(fā)展。1961年，英國桑普頓大學(xué)的學(xué)生們首先實(shí)現(xiàn)了完全依靠人力的飛行。他們研制的飛機(jī)機(jī)翼長24.4米，重58公斤，飛行距離45.7米，高度1.52米，最遠(yuǎn)飛了600米的距離。1972年，英國空軍一個(gè)小組制成一架“木星”號(hào)人力飛機(jī)，創(chuàng)造了直線飛行1070米的好成績，留空時(shí)間1分47秒。它最遠(yuǎn)曾飛到過1200米。1977年，日本大學(xué)生又超過了英國人，飛行了2094米，人力飛機(jī)有了相當(dāng)大的進(jìn)步。但繞標(biāo)桿飛“8”字航線難度很大。因?yàn)槿肆︼w機(jī)飛行的高度只有兩三米，飛機(jī)本身翼展很長，一拐彎，機(jī)翼就觸地了?！跋s翼禿鷹”拿下5萬英鎊大獎(jiǎng)1977年8月，工程師麥克里迪制成了

9、一架奇特的人力飛機(jī)。麥克里迪早年參加過世界滑翔錦標(biāo)賽，后來年紀(jì)大了，開始研制人力飛機(jī)。他注意到老鷹和禿鷲的飛行技巧。老鷹和禿鷲能在空中停留幾個(gè)小時(shí)，而從不扇動(dòng)翅膀。于是，他造了一架沒有尾翼的飛機(jī)，起名“蟬翼禿鷹”號(hào)。這架飛機(jī)轉(zhuǎn)彎和俯仰都靠機(jī)身前面的鴨式小翼來操縱，重量只有32千克，機(jī)翼很長，達(dá)30米，只蒙著一層薄薄的塑料膜。駕駛員需半仰臥地坐在機(jī)翼下的座位上，用腳蹬鏈條帶動(dòng)機(jī)身后面的螺旋槳。麥克里迪請(qǐng)來艾倫當(dāng)駕駛員。布萊恩艾倫1953年出生，身高1.82米，體重62公斤，戴一副寬邊眼鏡。他參加過自行車比賽，也練習(xí)過滑翔。艾倫在用腳踏測力器進(jìn)行的耐力測試中，證明自己能連續(xù)7分鐘發(fā)出0.33千瓦的

10、功率。1977年8月23日早晨，他們終于實(shí)現(xiàn)了18年來沒有攻破的難關(guān)“8”字飛行。這架人力飛機(jī)總共飛行了7分28秒，高度超過3米，平均速度18千米/小時(shí)。由于18年來無人實(shí)現(xiàn)“8”字飛行，克雷墨獎(jiǎng)獎(jiǎng)金數(shù)額不斷增加，最后達(dá)到5萬英鎊。艾倫和麥克里迪共同贏得了這項(xiàng)航空史上獎(jiǎng)金額最高的獎(jiǎng)?！跋s翼信天翁”越海峽又拿10萬英鎊麥克里迪接著要研制一架能飛越英吉利海峽的人力飛機(jī)，新飛機(jī)取名“蟬翼信天翁”。它沒有發(fā)動(dòng)機(jī)，只有一套用塑料鏈條傳動(dòng)的腳踏機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)機(jī)翼后面的塑料螺旋槳。飛機(jī)內(nèi)部的骨架座艙艙底一前一后安裝了兩個(gè)小塑料輪子。“座艙”其實(shí)不過是自行車的座子，外面罩著一層很結(jié)實(shí)的塑料薄膜。1979年6月13日清晨，艾倫穿著一條運(yùn)動(dòng)短褲，上身赤膊，套一件橘紅色的救生背心，依舊戴著那副寬邊眼鏡，鉆進(jìn)座艙。艾倫用力踏動(dòng)起來，這架只有25千克的怪物載著體重63.5千克的艾倫騰空而起。英吉利海峽最窄的地方只有35千米?！跋s翼信天翁”沿著最近的航線飛行。按原計(jì)劃，艾倫可以在2小時(shí)之內(nèi)飛完全程。但在途中，海浪變得洶涌起來，天空氣流攪動(dòng)加劇。頂風(fēng)前進(jìn)，由于悶熱和脫水，艾倫飛行了兩個(gè)半小時(shí)左右后，腿部