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。