飞机低速飞行

—by Rod Machado 低速飞行的练习穆族要素，主要是为了让你预备好飞行中最重要的一件事：降落。毕竟，你不可能以巡航速度降落在地面，因为飞机 可不是设计来在地面上“飙机”用的。一般来说，降落时的速度愈慢，愈容易在跑道上控制飞机。 另外，飞机也不能飞得太慢，否则就会停止飞行而坠落（这就是失速）。这也是为什么我希望你能够习惯一下低速飞行，来知道哪里 潜藏着危险。而且，你以后一定会发现到，有时候我们不得不尾随在一架低速飞行的飞机后方，所以你必须了解如何调整空速，才不 会撞上你前方那架飞机的尾巴。这还只是我们练习低速飞行的部分理由呢，总之这是一项重要的飞行技术。 让我们先从讨论机翼如何产生升力开始吧。 机翼及其组成 机翼的定义：机翼有一些个别部分组成。包括机翼上曲面、机翼下曲面、机翼前缘、机翼后缘、与弦线。如图4－1所示。 从图中你会留意到一件事：机翼上曲面（“曲”代表弧度）似乎比机翼下曲面拥有更大的曲线。这是刻意设计成这样的。 或许弦线是唯一无法由字面上解读出意思的名词。弦线是一条想像的线，由机翼前缘拉到机翼后缘。由于机翼的表面为曲线构造，要 说出机翼朝哪个方向飞行很难。又因为师们不喜欢不确定的事情，它们一致认为弦线可以代表了机翼的整体面。 机翼的功用 要了解升力，你必须通过视觉方式，想象一下机翼如何“攻击”（attack）空气。航空工程师们讨论着机翼如何以特定角度去接触、或 攻击空气。那么，机翼的那个部分负责攻击呢？是机翼前缘吗？还是机翼后缘？或是机翼底部？到了这里，弦线的定义就派得上用场 了。 因为每种飞机的机翼大小与形状不尽相同，有时你很难确切地判定风会从何处、以何种方式吹袭机翼。幸运的是，弦线可以当作机翼 形状的一个整体参考。如果我说风以 18 度角吹在机翼上，意思就是风向和弦线的夹角是 18 度（如图4－2所示）。 课程 4: 低速飞行 现在飞这个课程 图 4-1 机翼的五大组成。 图 4-2 攻角。 Page 1 of 9Flying Lessons 2012-2-24file://C:\fly 2004\FSWeb\Lessons\Student\Studentlessons04.htm Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 在升力的秘密公开之前，你只剩下另一个定义需要理解。这个专业术语叫做“相对风力”（relative wind）。 相对风力 飞机的运动会对机翼产生风阻，这称为相对风力，因为它对应（且来自于）飞机的运动而产生。例如我们可以在图4－3中看到，无论 这位慢跑者朝哪个方向跑，他可以感觉到一股风相对于（相反且对等）他运动的方向吹袭。 相对风力就是伴随运动而产生的风。与飞机的运动方向相反且对等。为了说明这点，你可以在车子行驶时，将手固定放在车窗外头， 你会感觉到风由车子运动的相反方向吹。 飞机前进时，如图4－4 中的 A 飞机所示，风会朝着机头吹袭。 飞机爬升或下降，相对风力同样会阴魂不散地追着机头吹（参见图中 B 飞机与 C 飞机）。让飞机机腹贴着底下的空气向下直落，风就 会吹向机腹部位（参见图中 D 飞机）。 相对风力的风向与飞机的运动方向相反，与飞机正朝着哪个方向飞行无关。接下来，请务必牢记这个重要的原则：相对风力不受飞机 攻角是机翼弦线与相对风力的夹角。相对风力指的是吹向机翼的风。 图 4-3 相对风力。 相对风力伴随物体运动而产生。即使自然风的风向是从跑者的身后往 前吹，这位跑者还是会因为自身的运动，感觉到一股风力迎面袭来。 相对风力的作用永远相对于物体运动的方向（相反且对等）。 图 4-4 所有的图解说明了，相对风力与飞机的运动方向相反且相等。 Page 2 of 9Flying Lessons 2012-2-24file://C:\fly 2004\FSWeb\Lessons\Student\Studentlessons04.htm Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 飞行方向的限制，它相反且对等于飞机速率的方向。现在就让我们看看，风究竟是怎么“攻击机翼而产生升力的。” 攻击空气 这里需要了解的最重要一点是：机头（连带和机翼弦线）会对着与实际爬升路径不同的坡度来飞行。机翼的向上坡度大小与爬升路径 的角度之间，还夹着一个角度。因为相对风力永远与飞行路径相反且对等，所以，这里就有个角度存在于弦线和相对风力之间。这个 角度就叫做“攻角”（angle of attack），请参阅图 4－5 。 图4－6显示出 A 飞机的机翼（弦线）与相对风力方向之间夹了5度夹角。一般我们会说（描述为），机翼的攻角为5度。我们可以在图 中 B、C、D 飞机上看到更大的攻角，分别为10、30、45度。机翼弦线与相对风力的夹角愈大，攻角相对愈大。同时，接下来你即将 会看到，机翼的升力与攻角有直接的关联。 机翼切割起空气来毫不留情，其威力可比武士刀，直追空手道。机翼本身是一种精密装置，以特定方法来切割迎面而来的空气。设计 机翼的用意，就是要用来“划”过空气分子，让这些空气分子顺着上下两路分离开来，同时避免在水平方向产生太大阻力。水平方向 的阻力会减缓机翼的速度（也就是先前提过四种基本作用力中的阻力），当然了没，这个力量愈小愈好。 机翼的升力 图4－7显示机翼在10度攻角状态下如何将风切割开来。 图 4-5 攻角。 图 4-6攻角。产生升力的原理。 Page 3 of 9Flying Lessons 2012-2-24file://C:\fly 2004\FSWeb\Lessons\Student\Studentlessons04.htm Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 气流撞击机翼的前缘后，迫使部分空气往机翼上方流动，其他的部分则顺着曲线朝机翼下方流动。这两股分别朝机翼上下两侧分离运 动的气流，就是升力的来源。我们先看气流如何撞击机翼底面，因而产生部分总升力的过程。 撞击升力与压力升力 当汽车正在行驶的时候，将你的手伸出到车外（如图4－8所示）， 不妨现在将你的手掌想象为机翼。牛顿先生告诉我们，每股作用力都会带来方向于力道正好相反且对等的反作用力。沿着机翼向下流 动的气流，将产生一股让机翼向上（相反方向）运动的力。这股力量，是由数以亿万计的微小空气分子撞击机翼底面所产生的撞击能 量。同时，机翼底部的高压也是源于这样的分子撞击。因此，机翼会向上移动，就像被什么人从底下给抬起来一样。 这种升力就是一般所称的“舱门（barn door）升力”，也称为撞击（impact）升力。它在机翼所获得的总升力中只占了一小部分，这 表示飞机不是单单借着舱门升力就能飞行。 更微妙、力量更大的升力，就是来自机翼上方的那股曲线气流。 用机翼来弯曲风的路径 在“航空动力学”看来，机翼是让风朝下改变路径、或以流线来行进的一种精密装置。然而，改变风吹过机翼的路径，又是怎么获得 升力的呢？让我们一起把找出来。 图4－9是机翼的剖面示意图。 图 4-7 流过机翼上下方的气流。 机翼的升力由这两道气流作用产生。 图 4-8 撞击升力。气流吹袭手掌后，会转往手掌下方流动，因而产生 一股相反且对等的力量作用于你的手掌上。手掌受到空气分子撞击， 就会产生高压。 Page 4 of 9Flying Lessons 2012-2-24file://C:\fly 2004\FSWeb\Lessons\Student\Studentlessons04.htm Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 请仔细观察它的形状。以小角度攻角飞行时，机翼上方的气流被机翼的形状改变弯曲，非常精确地沿着机翼上曲面向后流动。机翼的 底面相对之下比较平坦，气流路径的弯曲程度也就相对小了许多。如果机翼上下两侧的风要同时流抵机翼后缘（科学实验也了它 们的确是同时流抵的），上面的风可得要加点油快跑，才能跑完相对比较长的路径距离。 举一个例子来说明，你牵着狗出门散步，你走在人行道上，而你的狗却走在马路边上的水沟盖上（或许水沟下面正好有一只老鼠吸引 了它的注意力），前面遇到一辆停在路边的小汽车（如图4－10）。 而你的狗竟然跳上了车顶，在车身上面走过去。显然，沿着车顶的曲线路径走过，会比你在地面走过的距离长。狗如果不想被长度有 限的绳子勒紧脖子，它必须紧跑几步，才能在同一时间内把这段较长的路走完。 你是否留意到，车子顶部的外缘曲线与机翼曲面有些相似之处呢？车子顶部的上缘表面比较凸曲，车子底部比较平。 空气流过机翼时，它所流动的路径会弯曲，流速会增快。流过表面的空气速度增加时，会出现一个特殊现象，物理学家白努利 （Bernoulli）指出，空气流过表面的速度愉快，作用于表面的压力愈小。高速率运动的气流通过机翼时，机翼上方的压力会稍微下降。 换言之，机翼上方的压力比下方所承受的要低（它与动能转换原理相关）。这个奇妙的现象就叫做“白努利定理”，它道尽飞机可以 翱翔天空的秘密。 大多数飞机的机翼设计，机翼上表面是弯曲流线，下表面则相对较为平坦。因为这样的形状构造，即使攻角角度不大，有弧度的翼面 依然可以为空气带来一些曲度，以及加速的效果。这就产生了你正慢慢懂得去怜爱去珍惜的升力，尤其是在你体会到飞机不应该从天 上掉下来的时候。 攻角和升力的产生 图 4-9 小角度攻角状态下，气流从机翼上、下方流过的情形。攻角小， 流过机翼上方的气流路径比较弯，机翼下方的气流路径比较平直。 图 4-10 狗沿着汽车顶部走过，会比你在地面上走的距离长。 Page 5 of 9Flying Lessons 2012-2-24file://C:\fly 2004\FSWeb\Lessons\Student\Studentlessons04.htm Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 当你搭上飞机，在跑道上出发的时候，不知是否注意到了，飞行员总会在飞机达到最基本的飞行速度后，稍微将机头拉高并开始爬 升？这个动作称为“仰转”（rotation）. 当飞机加速准备起飞时，最后它会达到足够飞离地面的速度。这个速度相对说起来还是偏低，因为机翼的构造曲线在这个时候，还无 法扭曲足够的空气分送到机翼底下去，来产生腾空所需要的足够升力。这也是为什么飞机得慢慢起飞，而不是忽然间跳起来，像只蚱 蜢一样跳进你的饭盒里。飞行员必须多进行一些动作，为风增加额外的曲度，例如，稍微抬高机头以增大攻角。如此一来，空气所必 须通过的路径曲度，会比机翼的工程曲线所提供的更大。图4－11是这个过程的图解。 加大的曲度，拉长了机翼上表面空气进行的距离，空气流速因而增快，机翼上方的压力也就随着降低。加大的攻角，让机翼底面与相 对风力进行更大面积的接触，产生了更大的撞击升力。这么一来，就能够让飞机在较慢的空速状态中，产生飞行时所需的升力。 现在，你已经机翼如何在空速较低时，借着加大攻角来产生飞行所需的升力。你也了解到为什么飞机以较慢的空速起飞或着陆时，会 以机头朝上的姿态飞行了。那么空速较快时，又会出现什么样的情形呢？你是否也已经注意到，飞机以巡航速度飞行时会采取近乎平 飞的姿态？ 图4－12显示以不同攻角角度飞行的飞机。 图 4-11 升力的两种形式。 A. 升力源于低压：攻角大的时候，气流将被 导引以曲径流到机翼的流线之外。 B. 是冲击升力，在攻角大的时候， 作用于机翼底面的冲击升力将会提高。 Page 6 of 9Flying Lessons 2012-2-24file://C:\fly 2004\FSWeb\Lessons\Student\Studentlessons04.htm Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 以高速飞行时，飞机会出现较小的攻角，因为机翼的形状所产生的升力已经足够了。飞机减速后，机翼必须加大攻角，以人为操作来 扭曲风所流动的路径。 攻角与升力之间存在着密切而紧张的关系。以小角度攻角飞行时（如巡航飞行），只要空速够快，机翼的构造设计就可以产生飞行所 需的升力。空速较高时（巡航速度），撞击机翼底部的空气不是制造升力的主要因素，因为机翼底部与风接触的面积相对比较小了。 整体来说，飞机飞得愈慢，飞行所需要的攻角愈大。然而，过渡扭曲空气的路径，空气就会无法顺着机翼曲面平缓流动，以自然方式 来产生升力。空气流得不顺畅，很可能会引发升力不足的状况。我们将这种情形称为“失速”。 现在我们该谈谈，如何实际地在空中进入与脱离低速飞行的技术性细节了 慢飞的操作 以巡航动力进行平直飞行时，飞机以大约 110 节的空速穿越空气移动。以这个速度飞行，我们的俯仰姿态大约为机头向上4度角，一 如我们在姿态仪中所见。以这个情况为例，我们来看看你要如何进入低速飞行。 图 4-12 攻角与飞行速度的关系。空速增加时，飞机需要较小的攻角来 维持腾空。速度减缓时，飞机的攻角就需要加大。 要进入低速飞行并维持高度 1. 将动力降到飞行慢车位置。 借着经验积累，你最终将学到如何根据空速来进行动力设 置。 2. 及时抬高机头，保持垂直速度表的指针稳定归零（或者说 保持高度表的百英尺指针的稳定）。 3. 飞机减速时，小规模进行机头向上配平，以维持机头向上 俯仰姿态的稳定（机头向上俯仰约为9度） 4. 飞机得到想要的空速后，运用适当的动力来维持高度（约 1900 RPM），同时小幅度调整俯仰角度以维持预定空 速。 5. 如有必要，进行最后配平来维持俯仰姿态，并保持既定空 速。 Page 7 of 9Flying Lessons 2012-2-24file://C:\fly 2004\FSWeb\Lessons\Student\Studentlessons04.htm Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 当进入到低速飞行时，你的飞机状态以及仪表显示应该如图4－13所示的大致一样。 脱离低速飞行 假设我们正跟随着一架飞机飞行，塔台航管人员要求你将空速由75节增加到85节来飞行。你将如何办到？只要将进入低速飞行的流程 倒过来就行了： 当脱离低速飞行后，你的飞机状态以及仪表显示应该如图4－14所示的大致一样。 图 4-13 要解除低速飞行： 1. 稍微提高动力，比如调整设定到2000RPM左右。 2. 及时降低机头，保持垂直速度表指针稳定归零（或者说保 持高度表的百英尺指针的稳定）。 3. 飞机加速时，小规模进行机头向下配平，以维持机头向上 俯仰姿态的稳定（机头向上俯仰约为6度） 4. 飞机得到想要的空速后，运用适当的动力来维持高度，同 时小幅度调整俯仰角度以维持预定空速。 5. 如有必要，进行最后配平来维持俯仰姿态，并保持既定空 速（此时应为85节）。 Page 8 of 9Flying Lessons 2012-2-24file://C:\fly 2004\FSWeb\Lessons\Student\Studentlessons04.htm Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 以巡航速度维持高度 训练到了这个阶段，你应该也意识到，以节流阀调整动力输出，是维持高度、或者下降速率最好的方法。至于空速，则是借着调整飞 机俯仰姿态来维持。不过，如果你不需要维持特定空速（如进行巡航飞行时），又将是什么情形呢？毕竟在巡航飞行中，你不是调节 节流阀位置（调整动力输出）来维持飞行高度的。 在巡航飞行时，一般来说你会将节流阀设定在不致损伤引擎的动力值。并不需要特别去调整飞机以特定的空速飞行，此时动力设定值 不变，你只需要稍微调整俯仰姿态，来保持、或修正飞行高度即可。 单击 现在飞这个课程 链接来练习你刚刚说学到的。 现在飞这个课程 - top - 图 4-14 Page 9 of 9Flying Lessons 2012-2-24file://C:\fly 2004\FSWeb\Lessons\Student\Studentlessons04.htm Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.