VR虚拟现实V1VRV2飞机起飞速度与飞机升力和阻力详解.docx

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VR虚拟现实V1VRV2飞机起飞速度与飞机升力和阻力详解

V1VRV2飞机起飞速度与飞机升力和阻力详解

V1VRV2飞机起飞速度详解

V1VRV2的概念：

首先捡容易的来说。

Vr,这个r就是rotate的缩写，所以Vr可以叫做抬前轮速度或者抬头速度。

只有当飞机加速到Vr的时候，飞行员才可以带杆让飞机抬头离地，如果小于这个速度，很容易造成擦机尾。

　　再说V1。

这个速度，我们通常称其为决断速度。

我们知道，飞机发生机械故障是不会分时候的，任何状态下都可能出现某个部件失效的情况。

如果故障发生在天上，那么就靠机组的处理；如果发生在地面上，那就比较简单了，干脆不起飞了，滑回去，让机务人员来处理。

可是，如果这个故障发生在起飞滑跑这个“地面——空中”的临界状态下呢？

这就比较难办了。

　　显然，这时候我们有两种选择——不起飞了，让飞机继续留在地面上，或者继续起飞，让飞机到空中去再说。

其实无论是否继续起飞，我们都不能一概而论。

因为如果这时候飞机速度已经很大，很接近抬前轮的速度了，虽然还没有离地，但此时刹车可能已经无法确保飞机能在剩余的跑道上停住了。

如果在这种大速度下贸然中断起飞，从而导致飞机冲出跑道，也许造成的损失比那个故障本身造成的损失会大得多。

反过来说，如果这时候速度并不是很大，我们只要及时采取必要的措施，完全可以让飞机在跑道上安全得停下来，我们依然决定继续起飞的话，那显然也不合适，因为毕竟在地面上处理故障要比在空中处理故障更安全更有效。

这时候大家应该差不多有了这么个印象——如果在滑跑速度比较小的时候出问题了，我们就停下来；如果在滑跑速度很大的时候出问题了，我们就继续起飞。

可是，到底多大算是“大”速度，多小算是“小”速度呢？

V1的出现就解决了这个问题。

我们在每次飞行前，都要确定一个V1速度，假如问题出现在V1之前，我们就停下来（这时候是完全能够停下来的）；如果问题出现在V1之后，那就说明现在刹车已经来不及了，只能继续起飞。

所以，这个V1我们叫决断速度——在这个速度我们要做决断——起飞，还是不起飞！

　　再说V2。

这个V2我们通常叫做起飞安全速度，或者干脆就叫安全速度。

当飞机离地后速度达到了V2，我们就认定飞机已经成功的起飞了，转而进入爬升状态。

　　嗯，这下大家知道这三个速度对于一次起飞来说，是相当重要的，可是这三个速度到底怎么确定是多少呢？

这就要说到《起飞分析手册》了。

　　在每次起飞过程中，影响这三个速度的因素大概有以下这么几个：

飞机的全重、跑道长度、道面情况（是湿的还是干的）、跑道的坡度、风速的情况、机场周围的障碍物情况、外界温度……等等。

这里面有的因素是固定的，例如跑道长度、坡度这些，有的因素是变量，每次飞行都不一样，例如飞机全重、温度等几项。

航空公司会利用一个软件，把这个公司要飞的所有的机场的所有的跑道的数据都一一综合进去，然后制作成一本厚厚的《起飞分析手册》。

这个手册里面每个机场的每条跑道，都有相应的表格。

例如，如果我们今天要在北京的36L跑道起飞，我们就会拿出这本厚厚的手册，翻到北京首都国际机场那部分，找出36L跑道那页，纵坐标是飞机的重量，横坐标是风速……，一对应，即查出相应的三个速度值。

解读影响飞机升力和阻力的一些因素

升力和阻力是在飞机与空气之间的相对运动（相对气流）中产生的。

影响升力和阻力的基本因素有：

机翼在气流台的相对位置（迎角）、气流的速度和空气密度（空气的动压以及飞机本身的特点（飞机表面质量、机翼形状机翼面积、是否使用襟翼和前缘缝翼是否张开等）。

　　这些因素中，经常变化的有迎角、飞行速度和空气密度。

飞行员主要是通过改变迎角和飞行速度来改变升力和阻力的。

因此，本节主要分析迎角和飞行速度对升力、阻力的影响。

至于由于使用襟翼和前缘缝翼等所引起的升力、阻力的变化，留在第五节再作分析。

为便于分析问题，在分析一个因素时，假定其它因素不变。

　　一、迎角对升力和阻力的影响

　　1.迎角

　　相对气流方向（飞机运动方向）与翼弦所夹的角度，叫迎角。

相对气流方向指向机翼下表面，为正迎角；相对气流方向指向机翼上表面，为负迎角。

飞行中，飞行员可通过前后移动驾驶盘来改变迎角的大小或者正负。

飞行中经常使用的是正迎角。

　　飞行状态不同，迎角的正、负、大、小一般也不同。

在水平飞行中，飞行员可根据机头的高低来判断迎角的大小，机头高，迎角大。

机头低，迎角小。

其它飞行状态，单凭机头的高低就很难判断迎角的大小和正负，只有根据迎角本身的含义去判断。

例如，飞机俯冲中。

机头虽然很低，但迎角并不为负的，气流仍从下表面吹向机翼，因此迎角是正的。

又如在上升中，机头虽然比较高，但迎角却不一定很大，在改出上升时，若推杆过猛，也可能会出现负迎角。

　　2.迎角对升力的影响

　　在飞行速度等其它条件相同的情况下，得到最大升力的迎角，叫做临界迎角。

在小于临界迎角的范围内增大迎角，升力增大；超过临界边角后，再增大迎角，升力反而减小。

　　这是因为，迎角增大时，一方面在机翼上表面前部，流线更为弯曲，流管变细，流速加快，压力降低，吸力增大。

与此同时，在机翼下表面，气流受到阻挡，流管变粗，流速减慢，压力增大，要使升力增大。

但是，另一方面迎角增大时，由于机翼上表面最低压力点的压力降低。

因此，后缘部分的压力比最低压力点的压力大得更多，于是在上表面后部的附面层中，空气向前倒流的趋势增强，气流分离点向前移动，涡流区扩大，就会破坏空气的平顺流动，从而使升力降低。

在中、小迎角，增大迎角时，分离点前移缓慢，涡流区只占机翼后部的不大的一段范围，这对机翼表面空气的平顺流动影响不大，前一方面起着主要作用，因此，在小于临界迎角的范围内，迎角增大，升力是增大的。

到临界迎角，升力达到最大。

　　超过临界迎角后，迎角再增大，则分离点迅速前移，涡流区迅速扩大，严重破坏空气的平顺流动，机翼上表面前段，流管变粗，流速减慢，吸力降低。

从分离点到机翼后缘的涡流区内，压力大致相同，比大气压力稍小。

在靠近后缘的一段范围内，吸力虽稍有增加，但很有限，补偿不了前段吸力的降低。

所以，超过临界迎角以后，迎角再增大，升力反而减小

　　改变迎角，不仅升力大小要发生变化，而且压力中心也要发生前后移动。

迎角由小逐渐增大时，由于机翼上表面前段吸力增大，压力中心前移。

超过临界迎角以后，机翼前段和中段吸力减小，而机翼后段吸力稍有增加，所以压力中心后移。

　　3.迎角改变对机翼阻力的影响

　　在低速飞行时，机翼的阻力有：

摩擦阻力、压差阻力和诱导阻力。

　　实验表明，迎角增大，摩擦阻力一般变化不大。

　　迎角增大，分离点前移，机翼后部的涡流区扩大，压力减小，机翼前后的压力差增加，故压差阻力增加。

迎角增大到超过临界迎角以后，由于分离点迅速前移，涡流区迅速扩大，因此压差阻力急剧增加。

　　小于临界迎角，迎角增大时，由于机翼上、下表面的压力差增大，使翼尖涡流的作用更强，下洗角增大，导致实际升力更向后倾斜，故诱导阻力增大。

超过临界迎角，迎角增大，由于升力降低，故诱导阻力随之减小。

　　综上所述，在小迎角的情况下增加迎角时，由于升力的增加和涡流区的扩大都很慢，故压差阻力和诱导阻力增加都很少，这时机翼的阻力主要是摩擦阻力，因此整个机翼阻力增加不多。

当迎角逐渐变大以后，再增大迎角时，由于机翼升力的增加和涡流区的扩大都加快，故压差阻力和诱导阻力的增加也随之加快。

特别是诱导阻力，在大迎角时，随着迎角的增大而增加更快。

因此，整个机翼的阻力随着迎角的增大而增加较快。

这时，诱导阻力是机翼阻力的主要部份。

超过临界迎角以后，虽然诱导阻力要随着升力的降低而减小，但由于压差阻力的急剧增加，结果使整个机翼阻力增加更快。

　　简单说：

迎角增大，阻力增大；迎角越大，阻力增加越多；超过临界迎角，阻力急剧增大。

二、飞行速度和空气密度对升、阻力的影响

　　1.飞行速度

　　飞行速度越大，空气动力（升力、阻力）越大。

实验证明：

速度增大到原来的两倍，升力和阻力增大到原来的四倍；速度增大到原来的三倍，升力和阻力增大到原来的九倍。

即升力、阻力与飞行速度的平方成正比例。

　　飞行速度增大，为什么升、阴力会随之增大呢？

因为在同一迎角下，机翼流线谱，即机翼周围的流管形状基本上是不随飞行速度而变的。

飞行速度愈大，机翼上表面的气流速度将增大得愈多，压力降低愈多。

与此同时，机翼下表面的气流速度减小得愈多，压力也增大愈多。

于是，机翼上、下表面的压力差愈加相应增大，升力和阻力也更加相应增大。

　　2.空气密度

　　空气密度大，空气动力大，升力和阻力自然也大。

这是因为，空气密度增大，则当空气流过机翼，速度发生变化时，动压变化也大，作用在机翼上表面的吸力和下表面的正压力也都增大。

所以，机翼的升力和阻力随空气密度的增大而增大。

　　实验证实，空气密度增大为原来的两倍，升力和阻力也增大为原来的两倍。

即升力和阻力与空气密度成正比例。

显然，由于高度升高，空气密度减小，升力和阻力也就会减小。

　　三、机翼面积，形状和表面质量对升、阻力的影响

　　1.机翼面积

　　机翼面积大，升力大，阻力也大。

升力和阻力都与机翼面积的大小成正比例。

　　2.机翼形状

　　机翼形状对升、阻力有很大影响。

　　就机翼切面形状来说，相对厚度大，机翼的升力和阻力也大。

这是因为，相对厚度大，机翼上表面的弯曲程度也大，一方面使空气流过机翼上表面流速增快得多，压力也降低得多，升力大。

另一方面最低压力点的压力小，分离点靠前，涡流区变大，压差阻力大。

实验表明，相对厚度在5%-12%的翼型，其升力比较大，相对厚度若超过14%，不仅阻力过大，而且升力会因上表面涡流区的扩大而减小。

　　最大厚度位置，对升阻力也有影响。

最大厚度位置靠前，机翼前缘势必弯曲得更厉害些，导致流管在前缘变细，流速加快，吸力增大，升力较大。

但因后缘涡流区大，阻力也较大。

最大厚度位置靠近翼弦中央，升力较小，但其阻力也较小。

因为，最大厚度位置靠后，最低压力点，转捩点均向后移，层流附面层加长，紊流附面层减短，使摩擦阻力减小，所以阻力较小。

　　在相对厚度相同情况下，中弧曲度大，表明上表面弯曲比较厉害，流速大，压力低，所以升力比较大。

平凸型机翼比双凸型机翼的升力大，对称型机翼升力最小。

中弧曲度大，涡流区大，故阻力也大。

　　机翼平面形状对升、阴力也有影响。

实验表明，椭园形机翼诱导阻力最小，而矩形机翼和菱形机翼诱导阻力最大。

展弦比越大，诱导阻力越小。

　　放下襟翼和前缘缝翼张开，会改变机翼的切面形状，从而会改变机翼的升力和阻力。

又如机翼结冰，会破坏机翼流线形外形，从而使升力降低，阻力增大。

　　3.飞机表面质量

　　飞机表面光滑与否对摩擦阻力影响很大。

飞机表面越粗糙，附面层越厚，转捩点越靠前，层流段缩短，紊流段增长，粘性摩擦加剧，摩擦阻力越大。

因此保持好飞机表面光滑，就能减小飞机阻力。

　　飞机的阻力对于提高飞机的飞行性能是不利的。

因此，在飞机的设计制造和使用维护中，应想方设法减小飞机的阻力。

下面从阻力产生的不同原因，谈谈减小飞机阻力可采取的一些措施。

　　要减小摩擦阻力，设计时应尽可能缩小飞机与空气相接触的表面积。

制造过程中应将飞机表面做得很光滑，有的高速飞机甚至将表面打磨光。

维护使用中，保持好飞机表面光洁。

如上飞机，要求穿软底鞋，铺好脚踏布等。

飞机要定期清洗。

停放时加盖蒙布，以防风沙雨雪侵蚀。

　　要减小压差阻力，应尽可能将暴露在空气中的各个部件或另件做成流线形的外形，并减小迎风面积。

对不能收起的起落架和活塞式发动机都应加整流罩。

维护使用中，要保持好飞机的外形，不要碰伤飞机表面，各种舱的口盖应盖好，同时保持好飞机的密封性。

　　要减小诱导阻力，低速飞机可增大展弦比和采用梯形翼。

高速飞机可在翼尖悬挂副油箱或安装翼尖翼刀等。

　　要减小干扰阻力，设计时要妥善安排飞机各部件的相对位置，同时在各部件连接处安装整流包皮。

　　采取上面一些措施，对减小飞机的阻力，提高飞机的飞行性能是有利的。

但这只是问题的一个方面。

在某些情况下，阻力对飞机的飞行不但无害而且还是必须的。

如空战中，为了提高飞机的机动性，有时必须打开减速板，增大飞机阻力，使速度很快降低，以便绕到敌机后面的有利位置进行攻击。

又如，飞机着陆时，为增大飞机阻力，使飞机减速快，从而缩短着陆滑跑距离，机轮使用刹车；高速飞机还可打减速板和减速伞使飞机减速。

有的飞机可使螺旋桨产生负拉力，喷气发动机产生反推力来增大飞机的阻力，达到减速的目的。