飛機的重量從幾十公斤到幾百噸不等,如世界最大的飛機安-225的最大起飛重量高達700噸。如此龐然大物能在空中自由翱翔而不掉下來,就是因為飛機在飛行中產生了足夠的升力“托舉”著飛機的緣故。
飛機的升力主要靠機翼產生,要產生升力,機翼和空氣就必須有相對運動,空氣相對於飛機的流動叫做相對氣流,簡稱“氣流”。升力的大小和氣流狀況、物理參數、機翼形狀等有很大關係。下麵,我們就從氣流的特性入手,來探討飛機為什麽能飛、怎麽控製飛機飛行等問題。
一、大氣層
我們生活的地球周圍覆蓋著一層厚厚的氣態物質,好像給地球穿上了一件量身定做的外衣,這外衣就是大氣層,是飛行器活動的地方,我們則生活在大氣海洋的最深處。航空器在大氣中飛行,與大氣有了相對運動,就會在航空器上產生空氣動力,空氣動力直接影響航空器的飛行狀態和飛行性能,空氣動力又與大氣的物理性質有直接關係。因此,在學習飛機為什麽會飛之前,我們必須先了解一下大氣層。
(一)大氣層的結構
大氣層共分五層,從地麵往上分別是對流層、平流層(同溫層)、中間層、電離層(熱層、暖層)和散逸層(見圖2-19)。目前,民用飛機的飛行範圍僅限於對流層和平流層底部,軍用飛機也僅能達到平流層中部,因此我們在本部分學習中,隻介紹對流層和平流層。
圖2-19 大氣層
對流層是大氣中最低的一層,或者說是大氣海洋的底部。在赤道地區,對流層的厚度可達17千米到18千米,兩極地區僅有8千米,在中緯度地區,它的頂層距地麵約為11千米。由於地球引力的作用,大氣全部質量的3/4和幾乎全部水蒸氣都集中在這一層,因此對流層是天氣變化最複雜的一層,有風、雲、雨、雪、雹等天氣現象。在對流層中,空氣有水平流動也有垂直流動,因此也就形成水平和垂直方向的陣風。