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什麼是昇力?
來源: | 作者:pmo80db6b | 發布時間: 2018-12-26 | 215 次瀏覽 | 分享到:

什麼是昇力?

在我們飛上青天前這些功課是一定要做的, 這些常識一定要懂,這樣才稱得上是機師。首先就來說說昇力吧! 什麼是昇力? 昇力從何而來等種種問題,我們會在本篇及以後慢慢地向各位學員介紹,千萬不要睡著了喔!

昇力簡單來說就是機翼在飛行時撥開空氣所集結的力。飛機在飛行時會同時有四股 力作用在機體上,它們兩兩成對相互作用,機體下方是重力,很明顯地機體上方就是昇 力,作用在機翼上以保持飛機浮在空中;機體前方是推力,推或拉著飛機穿過空氣的力, 通常是由各種發動機所提供(滑翔機不算),相對地機體後方就是阻力,與推力相反試圖 阻擋飛機前進的力。(事實上作用在飛機上的作用力有五種,這第五種力雖也看不見但 無所不在,我們稱它為"財力",這就是為什麼我們只能飛 FS,而不是真飛機的原因 )。

當我們水平往前飛行,並保持固定的速度,上述四種力是保持在平衡的狀態。飛機 的重量(重力)正好相當於機翼所產生的昇力,所以才不會上升或下降。阻力,一部分 來自於機翼為了保持飛機的高度;一部分來自於飛機往前飛時撞擊空氣所產生,正好被 發動機的推力所抵消,所以速度不會提升也不會下降,直到我們稍微動了一下,例如轉 彎或爬升或以上動作的組合,那麼事情就要開始複雜了。

機翼所產生的昇力,就事實上而言,產生於機翼正確的角度。舉例來說:側翻飛機 開始轉向,昇力也昇力也會隨之側翻;此時昇力同時也將飛機拉向內彎,而非一直朝前 作用,事實上這就是飛機能轉向的最重要因素。當然這也指飛機用來對抗地心引力的昇 力變少了,故一般而言飛機在轉向時高度都會下降。

為了避免上述情形以及在飛行中可能遭遇的種種變數,我們必須要能控制機翼產生 的昇力大小。舉例來說,在轉向中,我們必須增加足夠的昇力,方能同時達到轉向的目 的又不致使飛機高度下降。要達到此目的,我們要採取〝增加攻角〞的方式。至於何謂 〝攻角〞我們用以下簡單的說明相信各位會更清楚。

任何機翼產生昇力的大小取決於二個主要因素:一是穿越空氣的速度,另一是氣流 與機翼中心線的角度。中心線是一條由機翼最前端與最末端的中心點連起來的假想線。 我們應該都做過最典型的空氣動力學體驗〈可能各位都只是覺得好玩而已,而不知道這 玩的過程正是空氣動力學的基本體驗〉:把手掌心朝下伸出行駛中的車窗外〈謹記:這 是危險動作,叔叔有練過喔!〉,將手掌前端徐徐向上翻〈此即增加攻角〉,你的手臂就會上升;反之,手臂會往下沉。另你會發現在車速低時,要支撐手臂所付出的力量很 明顯的比高速時大得多,而事實上,當速度低到一定的程度時,不會再有昇力產生,你 的手臂也將隨之重重地摔在窗緣,這就是失速的最低速度。

飛機機翼所產生的昇力,功用不僅只於支撐飛機浮在空中,更是在空中轉向的唯一 作用力。汽車轉向的原理在於輪胎作用於柏油路面,而反作用回來的側向力。但是飛機 能作用的只有空氣,而對空氣施力的工具就是機翼。要使飛機朝向你預定的方向移動, 包括上下及左右移動,你必須將機翼產生的昇力導向正確的方向或是改變昇力的大小, 然而這又正是飛行控制裝置存在的目的。你使用這些控制裝置將飛機導向指定的方向, 然後利用機翼所產生的昇力將飛機飛向你的目的地,只要氣流穩定且所有的控制裝置都 保持在正中央,飛機會飛得十分平穩,持續往指定方向飛行而不需要飛行員的調整〈定 位精準的汽車行駛在平坦的道路上也將會是一樣的情況〉。

我們已經解釋過昇力不只支撐,同時也負責飛機的轉向,接下來換解釋昇力產生的 原因。我們認為機翼必須對空氣施以相等的下壓力以保持飛機在空中,其實它並不是真 正的「下壓」。歐洲人白努力發現流體〈無論是氣流或水流〉流動的速度越快,產生的 壓力越小。以下是一個簡單的實驗:拿起一張薄紙,抓住一邊的兩端,放在嘴巴下方, 朝該紙上方吹氣,你會發現雖然是朝紙的上方而非下方吹氣,但紙卻是朝上方飄動。為 什麼呢?因為在紙上方流動的氣流流速高於下方流速,故其壓力小於下方,因而會令紙 往上飄。機翼的工作原理也一樣,其上表面「拉扯」氣流的作用比「下壓」氣流來得多, 這也就是機翼要採弧度造型的重要原因了。

機翼能產生的昇力大小取決於四個要素:機翼及翼面設計、機翼穿越空氣的速度及 攻角大小。一般來說,較厚且弧度較大的翼面在低速時能產生較多的昇力,對低速輕型 的飛機相當理想。反之所產生的昇力較小,但是在高速時較有效率,你可以在噴射機上 看到這種設計。〈噴射機在起飛或降落這種低速時該怎麼辦?答案是藉由改變機翼的型 狀因應,例如各種襟翼,輔助翼及類似的可移動翼面。〉另外在高速時,只需少許的攻 角即可產生足夠支撐飛機的昇力。我們飛行的速度越低,要產生相同大小的昇力就必須 有更大的攻角。下次你到機場附近看飛機進場時,可發現雖然他們正朝著跑道降低高 度,但是機鼻卻略微提高,此時進場速度很低,所以需要較大的攻角以獲得足夠的昇力。 在落地前的幾英呎,機鼻會抬得更高些,這個動作是由於飛行員試圖使飛機的觸地更加 平穩,在跑道上降低速度的同時,增加攻角的目的也在於減緩降落速度,以避免重落地。





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