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【科技宅】飛機機翼各部件解說&飛行升力原理

作者:殘咩│2014-08-13 01:19:46│贊助:40│人氣:30730
警告

就如標題 這是一篇非常宅 且非常學術的一篇文章
缺乏興趣者極度可能看到睡著 請自行斟酌!!




先讓我們來認識一下機翼的構造。



以上這張示意圖是一般的飛機機翼都會配備的零件,但是每一台飛機會根據她的設計理念或是使用上的需求做改變。

介紹一些主要會使用到的零件:
  • 前緣縫翼 : (英文 : slat) ,安裝於機翼前端,形狀狹長,與機翼中間有一條縫隙可讓氣流通過。主要功能是避免飛機在起飛時因為迎角過大而失速,在降落時也可有效降低進場速度,提高降落的安全度。
  • 副翼 : (英文 : aileron),安裝於機翼後援,主要功能是控制飛機的滾轉運動,原理是使用透過擺動來造成兩翼的升力不平均,讓飛機有滾轉的動作。
  • 襟翼 : (英文 : flap),安裝於機翼後緣的多段式可活動翼面,為什麼粗體底線?因為襟翼的使用在飛機飛行時是很大量的,起飛時襟翼向後伸可以增加提供升力給機翼,減少跑道長度需求,降落時會向下伸出,與擾流板配合使用產生阻力,降低飛機的速度。
  • 擾流板 : (英文 : spoiler),也叫做減速板,安裝於機翼上的長型翼面,減速裝置。主要使用在降落前40分鐘的降低飛行高度,在落地後,開啟全擾流板配合襟翼全開可達到最高空氣阻力,快速且有效降低飛機的速度。
  • 翼尖小翼 : (英文winglet或wingtip),安裝於機翼的最尾端,通常是梯形或三角形,不可動。主要是用來消除因為機翼上下壓力差所產生的「翼尖氣漩」所裝設的,能讓機翼產生的升力達到最高。※PS:甚至連一些風力發電機的風扇都會裝翼尖小翼。

底下有一些圖片給各位看看各部件真實的樣子。

襟翼向後伸出

襟翼全開

襟翼全開配合擾流板全開

翼尖小翼
圖片取自維基百科


機翼構造講完了,給各位看一下機翼上的部件在使用時機上的不同配合與氣流變化。


PS:是前緣縫翼,不是襟翼。




接下來進入理論的部分:

飛機在飛行時會受到主要四種力的影響
  • 升力 - 機翼透過上下氣流變化而產生向上的升力。
  • 重力 - 飛機本身重量以及乘客、行李等貨物的向下重力。
  • 推力 - 由引擎、發動機,所產生的推進力。
  • 阻力 - 由空氣阻力所產生的向後作用力,可利用此來讓飛機減速。

升力原理:

這可以使用伯努利定律以及牛頓第三運動定律(作用與反作用定律)來解釋,當平行於機翼的空氣經過機翼時,由於通常機翼的設計是不對稱且上下彎度不同,上表面較彎,下表面較平,根據伯努利定律可以知道機翼上表面的空氣流速比下表面還快,因而形成上下表面壓差,使機翼受到一股向上的力,也就是升力。

如果不懂的話,可以理解為水在河裡的流動,當相同流速的水經過窄度不一的河道時,經過較窄的河道時流速會變的湍急,但經過較寬的河道時水流會變的緩慢,空氣與機翼的關係就像水流跟河道,機翼上表面較彎就像較窄的河道,氣流加快,機翼下表面較平就像較寬的河道,氣流較慢。因上下不同速度的壓差而產生了一股向上的升力,讓飛機可以起飛。


最大起飛重量:

飛機在起飛時除了升力,還有一個很重要的依據,就是「起飛重量」。起飛重量就是包含機身、乘客、行李、、燃料、貨物等等所有東西的總重量。飛行員在起飛前會先計算飛機的起飛重量,來決定起飛滑行所需要的速度跟距離。但是飛機機翼能產生的升力是有極限的,所以每台飛機都有一個「最大起飛重量」,機長必須確保計算出來的數字低於該機種的最大起飛重量,不然飛機產生的升力是無法讓飛機正常起飛的。

1。最大起飛重量的其餘限制因素:
  • 機身設計 - 飛機設計的重量還有空氣流線。
  • 發動機效率 - 機翼產生的升力是取決於空氣多快流過機翼,推力越高的發動機可以 更快讓飛機加速(氣流變快)及提升巡航速度。
  • 氣壓 - 較高的氣壓可以讓機翼產生更大的升力。

2。限制最大起飛重量的環境因素
  • 機場海拔 - 機場海拔高低會影響空氣密度,影響發動機及機翼的效率。
  • 氣溫 - 氣溫的高低會影響空氣密度(氣溫高會讓空氣密度變低),進而影響發動機的效率。
  • 跑道長度 - 若跑道過短,會讓飛機沒有足夠的時間達到起飛所需的速度。
  • 跑道狀況 - 若有下雨,積雪,或凹凸不平,會降低飛機加速的效率。
  • 障礙物 - 若起落航線上有障礙物,如:小山丘、建築物,則會更加受到限制,因為必須要確保飛機可以有足夠的上升速度來越過障礙物。
但以上的環境影響因素若太過嚴重,即產生一個「受限制的最大起飛重量」(Regulated Maximum Take-Off Weight 簡稱RTOW)。

小知識:
世界上目前「最大起飛重量」最重的民用飛機是...

An-225「夢想」運輸機  最大起飛重量達到640噸




最大起飛重量最大的客機 ...

空中巴士 A380  最大起飛重量達到560噸
剛出廠的A380在天空中

新加坡航空的A380起飛畫面


另外附上一張A380還有An-225的比照圖 來看看
最左邊為世界上最大的客機A380
中間為世界上最大的運輸機An-225
右邊為全世界最大的螺旋槳飛機An-22

(不知道為什麼俄羅斯很喜歡做「最大」的東西)

PS : 桃園國際機場的南跑道將預計在明年三月完工開放使用,世界上擁有最大A380機隊的阿聯酋航空表示將考慮用A380飛來台灣,另外,大韓航空也有意願想要搶台灣的A380頭香。
A380曾經在剛發表後飛來台灣測試及展出一次,後來便沒有再來過。桃園機場南跑道修建完成後便可供A380起降。 ((非常期待



感謝各位的觀賞

END

引用網址:https://home.gamer.com.tw/TrackBack.php?sn=2551269
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留言共 4 篇留言

Yan
我...真的睡著了@W<

08-13 15:38

殘咩
妳是懶的看吧 哈哈08-13 15:40
踢七
感謝大大,圖示清楚說明又完整,看完收穫很多~

03-20 16:42

fackman
哇 非本科系準備丙檢看到一堆不懂的名詞非常頭痛~ 讀完之後學到很多~~~ 謝謝大大!!!

01-20 22:21

Luchenyi
感謝大大的教學 在下的小論文就靠您的解說了 期待您能說說更多關於飛機的技術文章 P's我覺得超有趣 根本不可能睡著阿

08-14 16:03

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