飛機旋轉(zhuǎn)的螺旋槳是一個很好的陀螺裝置,這樣它也有類似屬性。任何時刻施加一個擾動螺旋槳旋轉(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)致一個俯仰運動或者偏航運動,或者兩種運動的合成,具體依賴于力的作用點。
扭矩效應(yīng)的這個因素總是和后三點式飛機有關(guān)系,也更明顯,在尾輪抬起后的飛機起飛搖擺過程中最常發(fā)生。如圖3-33。
俯仰角的變化和在螺旋槳飛機的旋轉(zhuǎn)頂部施加一個力有相同的效應(yīng)。合成力在垂直軸的90度位置發(fā)生作用,導(dǎo)致飛機向左的偏航運動。這個運動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,當一個力作用到轉(zhuǎn)動的螺旋槳的邊緣的任何一點,進動或者陀螺效應(yīng)總會發(fā)生;合成力將仍然是在旋轉(zhuǎn)方向上偏離作用點90度的位置。根據(jù)力的作用位置,會導(dǎo)致飛機左偏航或者右偏航,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,任何繞垂直軸的偏航導(dǎo)致俯仰運動,任何繞橫軸的俯仰導(dǎo)致偏航運動。
為糾正陀螺效應(yīng)的影響,飛行員有必要適當?shù)氖褂蒙刀婧头较蚨鎭矸乐共槐匾母┭龊推竭\動。
不對稱載荷(P因子)
當飛機以大迎角飛行時,向下運動的槳葉受力比向上運動的槳葉大;這樣推力中心就移動到了螺旋槳旋轉(zhuǎn)面的右側(cè)-導(dǎo)致繞垂直軸的向左偏航運動。那個解釋是正確的,然而,要證明這種現(xiàn)象,必定產(chǎn)生每一個槳葉上的有效風向量問題,在考慮飛機迎角和每個槳葉的迎角雙重因素時顯得更為棘手。
這個不對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螺旋槳旋轉(zhuǎn)面的通過速度合成得來的。飛機以正的迎角飛行時,從后面看右側(cè)或者下降運動的槳葉通過區(qū)域的合成速度比左側(cè)向上運動的槳葉合成速度大。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,向下運動的槳葉有更多的“升力”(相當于機翼的升力,這里對于螺旋槳就是螺旋槳產(chǎn)生的推力)趨向于把飛機頭向左拉。
簡而言之,當飛機以大迎角飛行時,向下運動的槳葉有更大的合成速度;因此比向上運動的槳葉產(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)這會更容易看到。
如果根本就沒有空氣運動,除由螺旋槳本身產(chǎn)生的風之外,每個槳葉的相同部分應(yīng)該由相同的速度。但是,當空氣水平地通過這個垂直安裝的螺旋槳時,朝氣流前進的槳葉會比背離氣流運動的槳葉有更大的空速(槳葉相對空氣的速度)。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。設(shè)想旋轉(zhuǎn)垂直安裝軸的螺旋槳來使降低相對氣流的角度(就像在飛機上)。這個不平衡的推力然后成比例的變小,直到達到零,這時螺旋槳軸恰好相對移動的空氣是水平的。
扭矩效應(yīng)四因素中的每一個數(shù)值都隨飛行狀態(tài)變化而變化。在飛行的一個階段,這些因素中的一個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)系會隨不同飛機而變化,依賴于機身,引擎和螺旋槳組合以及其他設(shè)計特征。
為在所有飛行條件下保持飛機的正確控制,飛行員必須應(yīng)用必要的飛行控制來補償這些變化的值。
載荷因子
前面的部分只簡要的考慮了一些飛行原理的實際要點。要成為一個飛行員,飛行動力科學(xué)方面的詳細技術(shù)課程是不必要的。但是,就對乘客的安全負責來說,勝任的飛行員必須有基礎(chǔ)牢固的飛機受力概念,有利的使用這些力,以及特定飛機的操作限制。任何施加在飛機上使飛機從直線飛行偏斜的力都會在結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生一個應(yīng)力;這個力的大小用術(shù)語叫“載荷因子”。
載荷因子是飛行時的作用于飛機的全部負荷和飛機總重量之比值。例如,載荷因子3意思是作用于飛機結(jié)構(gòu)上的全部載荷是飛機總重量的三倍。載荷因子通常表達為術(shù)語”G”,也就是說載荷因子3可以說成3G,或者載荷因子4可以說成4G.。
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