航空飛行必須懂的飛行物理知識(shí)

飛行歸因于作用在飛機(jī)上的幾個(gè)力。第一個(gè)是飛機(jī)的重量，即將飛機(jī)拉向地面的重力。第二個(gè)是引擎產(chǎn)生的推力，它通過空氣推動(dòng)飛機(jī)，飛機(jī)向前運(yùn)動(dòng)引起空氣在機(jī)翼上方運(yùn)動(dòng)，反過來又產(chǎn)生可抵銷重力的升力。最后一個(gè)作用在飛機(jī)上的是阻力，它是與飛行相反方向產(chǎn)生的力。

多個(gè)力可同時(shí)從不同方向作用于同一架飛機(jī)上，單個(gè)的力稱作分力，多個(gè)力作用總的效果稱為凈力或合力。

推力

產(chǎn)生推力是飛機(jī)引擎工作的基本目的。這個(gè)力使飛機(jī)能夠克服慣性(阻止物體改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)趨勢(shì)的性質(zhì))。推力使飛機(jī)向前運(yùn)動(dòng)，然后使機(jī)翼產(chǎn)生升力。飛機(jī)的推力/重量比是飛機(jī)的普通度量標(biāo)準(zhǔn)，即飛機(jī)的最大推力與飛機(jī)的總重量之比。推力/重量比大于1表示飛機(jī)可以克服重力。

推力/重量比大于1：1表明飛機(jī)可以克服地球引力，而豎直向上飛行的F-15E雙渦輪噴氣引擎(PW-200型引擎)每個(gè)可產(chǎn)生23450磅的推力。

引擎產(chǎn)生的推力驅(qū)動(dòng)飛機(jī)向前運(yùn)動(dòng)，使得空氣在機(jī)翼上下表面運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生壓力，將機(jī)翼向上推。推力也可改變飛機(jī)的速度。

上升

當(dāng)機(jī)翼在空氣中運(yùn)動(dòng)，并將空氣上下一分為二時(shí)，飛機(jī)就會(huì)升起來。一半空氣流過機(jī)翼上部，另一半空氣從機(jī)翼下部通過。流過機(jī)翼附近的空氣在碰撞點(diǎn)被一分為二，并分別從機(jī)翼上下外表面流過。

機(jī)翼上表面的彎曲度比較大，因此機(jī)翼上表面比下表面長，流過機(jī)翼上表面的空氣的表面面積要比流過下表面的面積大。從機(jī)翼上部流過的空氣行程長，因此它的流動(dòng)速度比從機(jī)翼下部流過的氣流要快。機(jī)翼上表面上的較快的氣流對(duì)機(jī)翼上部的壓力要比下表面上的氣流對(duì)機(jī)翼下表面的壓力要小，這樣就產(chǎn)生了壓力差，即機(jī)翼上表面與下表面之間的壓力不平衡，這個(gè)壓力將機(jī)翼向上報(bào)，使得飛機(jī)上升。

攻角

機(jī)翼產(chǎn)生的升力大小隨機(jī)翼碰撞空氣的角度變化而變化，這個(gè)角稱為攻角(AoA角)，不要將攻角與空間方位角或機(jī)頭與水平的傾角相混淆。F15戰(zhàn)機(jī)的攻角以單位數(shù)度量，而空間方位角以度數(shù)度量。

攻角大小不是一成不變，而隨具體情況變化而變化。有時(shí)攻角保持14個(gè)單位，可使飛機(jī)的巡航范圍最大，在轉(zhuǎn)彎時(shí)主要關(guān)注能量的節(jié)省，16-22個(gè)單位有是最佳的。加速時(shí)最好選擇8-10個(gè)單位攻角。如果攻角太大，座艙中音頻聲音會(huì)響起來，警告你失速即將發(fā)生。觀察平視顯示器左側(cè)指示航速正下方的符號(hào)和數(shù)字來檢查攻角大小，它是以單位表示的飛機(jī)的攻角?！爸髌揭曪@示器中的符號(hào)”。

阻力

阻力是阻止飛機(jī)沿飛行方向運(yùn)動(dòng)的力。任何一個(gè)物體在流體(空氣也是一種流體)中運(yùn)動(dòng)都會(huì)要產(chǎn)生摩擦力。在飛機(jī)向前運(yùn)動(dòng)，空氣對(duì)機(jī)翼摩擦?xí)r，以及空氣推向飛機(jī)表面引起壓力積聚時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生阻力。

產(chǎn)生的阻力是升力向后的分力。機(jī)翼產(chǎn)生的升力越大，阻力也就越大。在飛機(jī)的速度達(dá)到1馬赫時(shí)，聲波阻力也會(huì)產(chǎn)生。機(jī)翼前部產(chǎn)生的壓力比后部大，這樣就產(chǎn)生了向后的阻力。寄生阻力包括風(fēng)力和各種非升力引起的阻力。

不管碰到哪些阻力，飛機(jī)的綜合飛行特性決定于升力系數(shù)和阻力系數(shù)疊加。不同的攻角產(chǎn)生不同的升力和阻力。每一架飛機(jī)都有一個(gè)理想的攻角、推力和阻力組合，在不同航速下，產(chǎn)生的阻力種類也不同。

航速

飛機(jī)在大氣中飛行時(shí)，空氣從飛機(jī)表面上流過，氣流將產(chǎn)生壓力。在較高的高空上，空氣比較稀薄，從飛機(jī)表面上流過的空氣較少。通過測(cè)量氣流的壓力，F(xiàn)-15上的皮托管與計(jì)算機(jī)連機(jī)可計(jì)算航速。

由于大氣的密度不同，計(jì)算出的在某一高度上以不變推力和攻角飛行的飛機(jī)的航速同另一架以相同椎力和攻角在不同高度上飛行的飛機(jī)航速有差別。因此，飛機(jī)有指示航速(根據(jù)當(dāng)前空氣密度和高度計(jì)算出的視航速)和實(shí)際航速(根據(jù)空氣密度和高度變化修正的航速)。

例如，假設(shè)你在一架實(shí)際航速為350節(jié)在5000英尺高度上飛行的飛機(jī)中，第二架飛機(jī)以同樣的實(shí)際航速在30000英尺高度上飛行。由于第二架飛機(jī)在更高的高度上(空氣比較稀薄)飛行，兩架飛機(jī)上的皮托管測(cè)出的指示航速不同。上面那架飛機(jī)測(cè)出的指示航速比下面那架飛機(jī)要小。如果你和另一個(gè)飛行員都想同時(shí)到達(dá)某一個(gè)地方，你們二人需要一個(gè)與高度無關(guān)而能夠比較的讀數(shù)，這個(gè)修正過的讀數(shù)就是實(shí)際航速。

通過實(shí)際航速的比較，你和另一個(gè)飛行員可計(jì)算出，一架飛機(jī)飛行是否比另一架快。盡管指示航速不同，如果實(shí)際航速相同，那么你們可以同時(shí)到達(dá)目的地。

攻角和航速

雖然推力是決定航速的動(dòng)力，但攻角對(duì)航速影響也很大。如果你想在某一標(biāo)高上飛行，重要的要記住，通過調(diào)節(jié)油門來改變攻角，使飛機(jī)飛行高度固定。低速時(shí)(即起飛或降落時(shí))，攻角對(duì)航速影響最明顯。

通常先用飛行搖桿選擇攻角，再調(diào)節(jié)油門，一直到飛起來(在游戲中，當(dāng)前指示航速以指示航速節(jié)(KIAS)或以節(jié)為單位的指示航速顯示在平視顯示器中，以及飛行狀態(tài)指示頁面的多用途顯示器中)。

高度

飛機(jī)升空后，飛機(jī)到達(dá)某一高度。象表示航速一樣，高度也有幾種表示方法。指示高度(氣壓表測(cè)出的高度)和雷達(dá)高度是游戲中最重要的兩種高度度量方法。在前上方控制器中，你可讓雷達(dá)高度顯示或不顯示。

氣壓計(jì)高度給出了海拔高度(ASL)。雷達(dá)高度指示距飛行地面的高度(AGL)。高度增高，由于大氣壓低，引擎工作效率降低。隨高度升高，大氣變得稀薄。飛機(jī)的臨界高度是飛機(jī)能夠保持引擎正常功率飛行的高度。飛機(jī)以正常的效率飛行受到高度限制。在25000英尺高度上，飛機(jī)噴氣引擎的功率只有海平面的一半。

G力

升力和飛機(jī)重量關(guān)系可以用“G”術(shù)語來敘述。1G等于在海平面上某一物體的重力。在海平面上飛行的飛機(jī)受到地球吸引的1G力的作用。

在快速轉(zhuǎn)彎或突然加速時(shí)，最容易感到G力，它可以是正的9也可以是負(fù)的。在轉(zhuǎn)彎將你推向椅子時(shí)，G力是正值，而拉作用時(shí)，G力是負(fù)值。在高G表演中，你的心臟應(yīng)該工作得快些，將血壓向遠(yuǎn)離拉的方向。

經(jīng)很好訓(xùn)練的飛行員在有限時(shí)時(shí)間內(nèi)約可承受9-10G的正G力，除可能引起隧道幻覺或頭暈外，沒有別的感覺。血向軀干下部和腿部集中，而不向腦部集中。視覺開始發(fā)生“視灰”，最后發(fā)生“視黑”。在飛機(jī)被拉起很大的負(fù)G力時(shí)，會(huì)產(chǎn)生類似的所謂的“視紅”條件，即血集中到軀干的上部，眼部血管膨脹，這將引起你的視野變紅。通常，在以3G或3G以上加速度飛行幾秒鐘后就會(huì)發(fā)生以上現(xiàn)象。

F15E StrikeEagle具有比一般飛行員能承的G力要大得多的高級(jí)飛機(jī)外殼。在游戲中準(zhǔn)確地模擬了“視紅”和“視黑”效果。因此，你應(yīng)該借助于平視顯示器注意當(dāng)前的G值水平。如果你超過可用的G值極限，那么音頻警告就會(huì)響起來。

飛行包線

飛機(jī)升空是飛機(jī)的航速、高度和攻角作用的結(jié)果。這三個(gè)因素共同使飛機(jī)飛行，在談?wù)擄w機(jī)做機(jī)動(dòng)動(dòng)作時(shí)，也應(yīng)該同時(shí)考慮這三個(gè)因素。用飛機(jī)。的飛行包線圖來描述它的極限。F15 StrikeEagle的飛行包線如圖所示。

豎軸為飛行高度，水平軸為以馬赫數(shù)表示的航速。圖中畫出的曲線是1G時(shí)的包線極限范圍。它是F-15E戰(zhàn)機(jī)操作極限的簡單描述。當(dāng)武器裝備不同時(shí)，由于飛機(jī)的重量和阻力不同，飛行包線也有所變化。

絕對(duì)極限

攻角。攻角是飛行包線中最重要的考慮因素之一。無論飛機(jī)有什么樣的高度、負(fù)載和航速，但攻角是一個(gè)極限因素。通常，F(xiàn)15E戰(zhàn)機(jī)安全飛行的攻角極限是30個(gè)單位。最大升力對(duì)應(yīng)的攻角是17個(gè)單位。如果攻角太陡，即傾角太大，座艙中900赫茲的聲音會(huì)響起來。

在飛行包線中，上升的實(shí)線表示亞聲速航速時(shí)可用最大升力。在曲線的上部，飛機(jī)會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)和其它氣流的擾動(dòng)。

在游戲中，當(dāng)前攻角讀數(shù)在乎視顯示器左側(cè)指示航速正下方顯示出來。

航速。曲線右部分表示了在不同高度下F-15E戰(zhàn)機(jī)的最大航速。高度越高，由于空氣稀薄，產(chǎn)生的阻力小，所以航速越高。超過包線航速邊緣，飛機(jī)可能發(fā)生結(jié)構(gòu)損壞。

F15E戰(zhàn)機(jī)的航速極限約為800節(jié)，馬赫極限為2.5。隨著武器和燃料裝載量的不同，這個(gè)極限值稍有變化。

馬赫數(shù)。曲線右上部位表示最大馬赫速度極限。值得注意的是，飛機(jī)在圖形右部陰影區(qū)域中只能飛行有限的時(shí)間。飛機(jī)在長于這個(gè)時(shí)間極限內(nèi)仍保持2.5馬赫航速飛行，就會(huì)引起結(jié)構(gòu)過熱。

推力。曲線平頂部分表示飛機(jī)在某一水平飛行航線上最大推力所能獲得的最大航速。在爬高時(shí)會(huì)降低航速，如果攻角太大，飛機(jī)的高度又要損失，又問到飛行包線中。

G力。飛機(jī)能經(jīng)受幾個(gè)G力作用幾十秒鐘，雖然，部分與裝載的武器和燃料量多少有關(guān)。該實(shí)例中的包線是1G力給出的飛行包線。如果經(jīng)受更大的G力作用，包線形狀會(huì)變化。飛機(jī)可經(jīng)受的最大G值和當(dāng)前G值讀數(shù)均顯示在平視顯示器中。

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