航空物理常识:在飞行中起作用的力有哪些?
多个力可以同时从不同方向作用在同一平面上。单个力称为分力,多个力的总作用称为合力或合力。
推进力
产生推力是飞机发动机工作的基本目的。这个力使飞机能够克服惯性(阻止物体改变其运动状态的属性)。推力使飞机前进,然后机翼产生升力。飞机的推重比是飞机的常用度量,即飞机的最大推力与飞机总重量的比值。大于1的推重比表示飞机可以克服重力。
推重比大于1: 1,说明飞机可以克服地球引力,而垂直飞行的F-15e双涡轮喷气发动机(PW-200发动机)每台可以产生23450磅的推力。
发动机产生的推力推动飞机前进,使空气在机翼上下表面运动,从而产生压力,推动机翼向上。推力也能改变飞机的速度。
升高
当机翼在空中移动,将空气一分为二时,飞机就会上升。一半空气流过机翼上部,另一半空气流过机翼下部。机翼附近流动的空气在碰撞点一分为二(见下图),分别流经机翼上下两个外表面。
机翼上表面的曲率比较大,所以机翼上表面比下表面长(见图),空气流过机翼上表面的表面积大于流过下表面的表面积。从机翼上部流出的空气行程较长,所以其流动速度比从机翼下部流出的快。速度较快的气流对机翼上表面的压力小于对机翼下表面的压力,从而产生压力差,即机翼上表面和下表面的压力不平衡,使机翼向上报告,使飞机上升。
迎角
机翼产生的升力随着机翼与空气碰撞的角度而变化。这个角度叫做攻角(AoA角)。不要把攻角和空间方位角或者机头和水平面的倾斜度混为一谈。F15战斗机的迎角是以单位计量的,而空间方位角是以度计量的。
攻角不是一成不变的,而是随具体情况而变化。有时迎角为14个单位,可以最大化飞机的续航里程。转的时候主要关注节能,16-22台最好。加速时最好选择8-10单位攻角。如果迎角过大,驾驶舱内会响起音频,警告你失速即将发生。观察平视显示器左侧指示速度正下方的符号和数字来检查迎角,迎角是以单位表示的飞机迎角。主平视显示器中的符号。
障碍
阻力是阻止飞机向飞行方向移动的力。任何物体在流体(空气也是流体)中运动都会产生摩擦力。当飞机前进时,当空气与机翼摩擦时,当空气推压飞机表面时,就会造成压力积累。
合成阻力是升力的向后分量。机翼产生的升力越大,阻力越大。当飞机速度达到1马赫时,也会产生声阻。机翼前部的压力大于后部,产生向后的阻力。寄生阻力包括风和非升力引起的各种阻力。
无论遇到什么阻力,飞机的综合飞行特性都取决于升力系数和阻力系数的叠加。不同的迎角产生不同的升力和阻力。每一架飞机都有一个理想的迎角、推力和阻力组合,不同速度下阻力的类型也不同。
船或飞机的速度
飞机在大气层飞行时,空气从飞机表面流过,气流会产生压力。在高空,空气更稀薄,流过飞机表面的空气更少。通过测量气流的压力,F-15上的皮托管可以与计算机连接,计算速度。
由于大气密度不同,在某一高度以恒定推力和攻角飞行的飞机,与在不同高度以相同脊椎力和攻角飞行的另一架飞机的计算速度不同。所以飞机有指示速度(根据当前空气密度和高度计算的表观速度)和实际速度(根据空气密度和高度变化修正的速度)。
例如,假设你在一架以350节的实际速度在5000英尺的高度飞行的飞机中,第二架飞机以同样的实际速度在30000英尺的高度飞行。因为第二架飞机在更高的高度飞行(空气更稀薄),两架飞机上的皮托管测量的指示速度不同。上面飞机测得的指示速度低于下面飞机的速度。如果你和另一个飞行员想同时到达某个地方,你需要一个与高度无关的读数,并且可以比较。这个校正后的读数就是实际速度。
通过比较实际速度,你和另一名飞行员可以计算出一架飞机是否比另一架飞得快。虽然指示速度不同,但如果实际速度相同,那么就可以同时到达目的地。
攻角和速度
虽然推力是决定速度的驱动力,但攻角对速度也有很大影响。如果你想在一定高度飞行,重要的是要记住,可以通过调节油门来改变迎角,使飞机的飞行高度固定。低速时(即起飞或着陆时),攻角对速度的影响最明显。
通常情况下,先用飞行摇杆选择迎角,然后调节油门直到飞行(在游戏中,当前指示速度以KIAS或节为单位显示在平视显示器中,在飞行状态指示页面的多用途显示器中)。
高度
飞机起飞后,达到一定高度。像速度一样,高度可以用几种方式来表达。指示高度(气压计测得的高度)和雷达高度是游戏中最重要的两种高度测量方法。在前上位控制器中,可以使雷达高度显示与否。
气压计的高度给出了海拔高度(ASL)。雷达高度指示距飞行地面的高度(AGL)。随着海拔的升高,由于大气压力低,发动机的工作效率降低。随着高度的增加,大气变得越来越稀薄。飞机的临界高度是飞机在正常发动机功率下能够飞行的高度。以正常效率飞行的飞机受到高度限制。在25000英尺的高空,飞机的喷气发动机的功率只有海平面的一半。
重力
升力和飞机重量之间的关系可以用“G”来描述。1G等于海平面上物体的重力。飞机在海平面上飞行,受到地球吸引的1G的力。
快速转弯或突然加速时最容易感觉到g力。可以是正9,也可以是负。转身推你到椅子上的时候,G力为正,拉的时候,G力为负。在高G性能中,你的心脏应该工作得更快,并使你的血压远离它。
训练有素的飞行员可以在有限时间内承受约9-10g的正G力,除了隧道幻觉或头晕之外没有其他感觉。血液集中在躯干下部和腿部,而不是大脑。视力开始“见灰”,最后“见黑”。当飞机以较大的负G力拉起时,会产生类似所谓的“红视”状况,即血液集中在躯干上部,眼部血管扩张,导致你的视力变红。通常以3G以上的加速度飞行几秒钟后就会出现上述现象。
F15E StrikeEagle拥有先进的飞机外壳,远大于普通飞行员所能承受的G力。游戏中精确模拟了“见红”和“见黑”的效果。所以你要借助平视显示器关注当前的G水平。如果超过可用的G限制,将会发出声音警告。
飞行包线
飞机升空是飞机的速度、高度和迎角的结果。这三个因素使飞机一起飞,在谈飞机的机动时也要同时考虑。坐飞机。来描述它的极限。F15“攻击鹰”的飞行包线如图所示。
纵轴是飞行高度,横轴是以马赫数表示的速度。图中绘制的曲线是1G处的包络线极限范围。是对F-15E战斗机操作极限的简单描述。当武器装备不同时,由于飞机重量和阻力的不同,飞行包线也会发生变化。
绝对极限
迎角迎角是飞行包线中最重要的考虑因素之一。无论飞机的高度、载荷和速度如何,迎角都是一个限制因素。通常F15E战斗机安全飞行的迎角极限是30°单位。最大升力对应的迎角为17个单位。如果迎角太陡,也就是倾角太大,驾驶舱内就会发出900 Hz的声音。
在飞行包线中,上升的实线表示亚音速时的最大升力。在曲线的上部,飞机会产生抖动和其他气流扰动。
在游戏中,当前迎角读数显示在显示器左侧指示速度的正下方。
速度。曲线的右边部分显示了F-15e战斗机在不同高度的最大速度。海拔越高,速度越高,因为空气稀薄,阻力小。超过包线的速度边缘可能会对飞机造成结构损伤。
F15E战斗机的航速限制在800节左右,马赫数限制在2.5。这个极限值随着不同的武器和燃料载荷而略有变化。
马赫数。曲线的右上部分代表最大马赫速度极限。值得注意的是,飞机只能在图表右侧的阴影区域飞行有限的时间。如果飞机继续以2.5马赫的速度飞行超过这个时间限制,就会导致结构过热。
推力。曲线的平顶部分代表飞机在某一水平飞行航线上以最大推力所能获得的最大速度。爬高的时候速度会降低。如果迎角过大,飞机的高度就会损失,在飞行包线中也有要求。
g力。飞机可以承受几个G的力,持续几十秒,虽然和武器、燃料的装载量有部分关系。本例中的包线是由1G力给出的飞行包线。如果受到更大的重力,信封的形状会改变。飞机能承受的最大G值和当前G值读数显示在平视显示器上。