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飛機(jī)旋轉(zhuǎn)的螺旋槳是一個(gè)很好的陀螺裝置,這樣它也有類似屬性。任何時(shí)刻施加一個(gè)擾動(dòng)螺旋槳旋轉(zhuǎn)面的力,合成力位于旋轉(zhuǎn)方向的前面90度位置,方向和施加的力是一樣的,將導(dǎo)致一個(gè)俯仰運(yùn)動(dòng)或者偏航運(yùn)動(dòng),或者兩種運(yùn)動(dòng)的合成,具體依賴于力的作用點(diǎn)。
扭矩效應(yīng)的這個(gè)因素總是和后三點(diǎn)式飛機(jī)有關(guān)系,也更明顯,在尾輪抬起后的飛機(jī)起飛搖擺過(guò)程中最常發(fā)生。如圖3-33。
俯仰角的變化和在螺旋槳飛機(jī)的旋轉(zhuǎn)頂部施加一個(gè)力有相同的效應(yīng)。合成力在垂直軸的90度位置發(fā)生作用,導(dǎo)致飛機(jī)向左的偏航運(yùn)動(dòng)。這個(gè)運(yùn)動(dòng)的程度取決于很多變量,其中之一是尾輪抬升后的急轉(zhuǎn)。然而,當(dāng)一個(gè)力作用到轉(zhuǎn)動(dòng)的螺旋槳的邊緣的任何一點(diǎn),進(jìn)動(dòng)或者陀螺效應(yīng)總會(huì)發(fā)生;合成力將仍然是在旋轉(zhuǎn)方向上偏離作用點(diǎn)90度的位置。根據(jù)力的作用位置,會(huì)導(dǎo)致飛機(jī)左偏航或者右偏航,上仰或者俯沖,或者是俯仰和偏航的結(jié)合。
陀螺效應(yīng)的結(jié)果可以這樣說(shuō),任何繞垂直軸的偏航導(dǎo)致俯仰運(yùn)動(dòng),任何繞橫軸的俯仰導(dǎo)致偏航運(yùn)動(dòng)。
為糾正陀螺效應(yīng)的影響,飛行員有必要適當(dāng)?shù)氖褂蒙刀婧头较蚨鎭?lái)防止不必要的俯仰和偏航運(yùn)動(dòng)。
不對(duì)稱載荷(P因子)
當(dāng)飛機(jī)以大迎角飛行時(shí),向下運(yùn)動(dòng)的槳葉受力比向上運(yùn)動(dòng)的槳葉大;這樣推力中心就移動(dòng)到了螺旋槳旋轉(zhuǎn)面的右側(cè)-導(dǎo)致繞垂直軸的向左偏航運(yùn)動(dòng)。那個(gè)解釋是正確的,然而,要證明這種現(xiàn)象,必定產(chǎn)生每一個(gè)槳葉上的有效風(fēng)向量問(wèn)題,在考慮飛機(jī)迎角和每個(gè)槳葉的迎角雙重因素時(shí)顯得更為棘手。
這個(gè)不對(duì)稱載荷是由合成速度引起的,合成速度是螺旋槳葉在它的旋轉(zhuǎn)面內(nèi)的速度和空氣水平的通過(guò)螺旋槳旋轉(zhuǎn)面的通過(guò)速度合成得來(lái)的。飛機(jī)以正的迎角飛行時(shí),從后面看右側(cè)或者下降運(yùn)動(dòng)的槳葉通過(guò)區(qū)域的合成速度比左側(cè)向上運(yùn)動(dòng)的槳葉合成速度大。由于螺旋槳葉是一種翼面,增加的速度意味著升力增加。因此,向下運(yùn)動(dòng)的槳葉有更多的“升力”(相當(dāng)于機(jī)翼的升力,這里對(duì)于螺旋槳就是螺旋槳產(chǎn)生的推力)趨向于把飛機(jī)頭向左拉。
簡(jiǎn)而言之,當(dāng)飛機(jī)以大迎角飛行時(shí),向下運(yùn)動(dòng)的槳葉有更大的合成速度;因此比向上運(yùn)動(dòng)的槳葉產(chǎn)生了更多的推力。如圖3-34.如果螺旋槳軸是垂直于地面安裝的話(就像直升機(jī))這會(huì)更容易看到。
如果根本就沒(méi)有空氣運(yùn)動(dòng),除由螺旋槳本身產(chǎn)生的風(fēng)之外,每個(gè)槳葉的相同部分應(yīng)該由相同的速度。但是,當(dāng)空氣水平地通過(guò)這個(gè)垂直安裝的螺旋槳時(shí),朝氣流前進(jìn)的槳葉會(huì)比背離氣流運(yùn)動(dòng)的槳葉有更大的空速(槳葉相對(duì)空氣的速度)。這樣,朝向水平氣流旋轉(zhuǎn)的槳葉將產(chǎn)生更多升力,或者推力,把推力中心朝那些槳葉方向移動(dòng)。設(shè)想旋轉(zhuǎn)垂直安裝軸的螺旋槳來(lái)使降低相對(duì)氣流的角度(就像在飛機(jī)上)。這個(gè)不平衡的推力然后成比例的變小,直到達(dá)到零,這時(shí)螺旋槳軸恰好相對(duì)移動(dòng)的空氣是水平的。
扭矩效應(yīng)四因素中的每一個(gè)數(shù)值都隨飛行狀態(tài)變化而變化。在飛行的一個(gè)階段,這些因素中的一個(gè)可能比其他的更突出;反之,在另一階段可能另外的因素更為主要,這些值之間的關(guān)系會(huì)隨不同飛機(jī)而變化,依賴于機(jī)身,引擎和螺旋槳組合以及其他設(shè)計(jì)特征。
為在所有飛行條件下保持飛機(jī)的正確控制,飛行員必須應(yīng)用必要的飛行控制來(lái)補(bǔ)償這些變化的值。
載荷因子
前面的部分只簡(jiǎn)要的考慮了一些飛行原理的實(shí)際要點(diǎn)。要成為一個(gè)飛行員,飛行動(dòng)力科學(xué)方面的詳細(xì)技術(shù)課程是不必要的。但是,就對(duì)乘客的安全負(fù)責(zé)來(lái)說(shuō),勝任的飛行員必須有基礎(chǔ)牢固的飛機(jī)受力概念,有利的使用這些力,以及特定飛機(jī)的操作限制。任何施加在飛機(jī)上使飛機(jī)從直線飛行偏斜的力都會(huì)在結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)力;這個(gè)力的大小用術(shù)語(yǔ)叫“載荷因子”。
載荷因子是飛行時(shí)的作用于飛機(jī)的全部負(fù)荷和飛機(jī)總重量之比值。例如,載荷因子3意思是作用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)上的全部載荷是飛機(jī)總重量的三倍。載荷因子通常表達(dá)為術(shù)語(yǔ)”G”,也就是說(shuō)載荷因子3可以說(shuō)成3G,或者載荷因子4可以說(shuō)成4G.。
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