操控机翼表面   

飞机通过机翼上的“一些可操控翼面”获得升力。它们是一些位于机翼和尾翼上的可移动平面,能够帮助飞机倾斜和转向。三个主要操控翼面的工作方法相同:副翼,它是安装在机翼翼梢后缘外侧的一小块可动翼面;方向舵是垂直尾翼中可操纵的翼面部分;最后是升降舵,它是水平尾翼中可操纵的翼面部分。飞机副翼是负责飞机在空中方向的装置,它们控制飞机的左右偏转。当飞机转弯倾斜飞行时,左、右副翼朝相反的方向摆动,右副翼上偏时,左副翼向下,而方向舵则用来控制飞机航向(飞机若向左飞行则方向舵向右转弯)。升降舵摆动的方向则与飞机方向一致,它们控制飞机在空中的俯仰运动。操控不同的翼面能使作用于飞机的力发生改变,它们都能帮助飞机获得升力。

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如果你坐的位置能够看见机翼,你会发现在机翼后缘有一些可以伸缩的平面,飞机起飞后它们就会收起,而在降落前,它们又会向外延展。它们被称为襟翼。襟翼有双重作用: 它们能够增加机翼面积,从而获得更多向上的推力。这样做能保证飞机在低速时也能平稳飞行,因此对于降落来说,襟翼至关重要,而起飞时,它们的作用也不容忽视。不过,襟翼将增加飞机的阻力。这是一种向后的力,它会影响飞机的飞行速度。在降落时,这样的阻力有助于减小空速,但是在常规飞行中它们就显得有些碍事儿了。因此,飞机一旦起飞,襟翼就会收起以减小阻力。如果你看得见机翼,你总是能看见那一溜沿着机翼排开的支杆(被称为襟翼导轨整流罩),它们控制着那些伸缩自如的襟翼。

如果能看得见机翼,你一定还会注意到机翼不是僵硬地一动不动,它们会随着飞机的飞行摆动。当然,飞机的机翼不可能像鸟儿的翅膀那样大幅度地扇动——飞机不是这样获得升力的——它们之所以会摆动是因为机身的上下颠簸会传导给机翼。在飞行中,大型飞机翼尖的摆动幅度能达到2~3米,虽然这看起来很吓人,但是和机翼的韧度比起来,这算不了什么。在波音787飞行前的测试中,它的机翼被弯曲了8米仍完好无损。如果机翼是僵直的,机翼和机身的连接处将承受无法负担的重荷——别忘了,一架满载的波音747重达400吨。高韧性的材料使机翼能承受这样的拉力。

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图5 机翼的各组成部分

在一架现代飞机上,你有可能会看到小翼——它被装在机翼翼梢处,很容易看见。

之所以称其“小”是相对于机翼的巨大而言的。它们直立在机翼表面上,有一人多高。小翼有双重作用。它能增加现有翼展的升力,减少阻力。这是因为翼尖产生的涡流容易在空气中形成破坏性的漩涡——两架飞机起飞之间之所以要有时间间隔,为的就是避免这样的空气漩涡。翼梢处的小翼能够截断漩涡,减小涡流的危害,降低阻力。有些飞机上没有安装明显的小翼,但是会在机翼外缘增加坡面的数量,这个方法同样能够防止涡流产生。

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飞机受到的力

当飞机在空中飞行时,它会受到五个力的影响,这些力以及其复杂的方式相互作用,推动飞机向前。这些力分别是:

·重力——给飞机一个向下的力;

·升力——向上托住机翼;

·推力——在发动机的作用下推动飞机向前运动;

·阻力——由于空气阻挡,向后拖住飞机的力,它的方向与推力和上升力相反;

·湍流——当飞机遭遇不同气流时,受到各个方向来自气流的力。

如果你手边有三张A4或信纸大小的纸,你就可以模拟这些力的效果。你要做的是使每张纸飞得尽可能远(为了礼貌起见,最好还是回到地面上再做这个实验吧)。

将第一张纸片直接扔出去。把第二张纸捏成纸球后再扔出。用第三张纸折一架纸飞机,然后再扔。你会发现每一张纸都比前一张飞得远(除非你的纸飞机折得太糟糕)。对于三张纸来说,它们受到的重力和推力(你发出的)几乎都是一样的。只要这些纸没有碰到气流,空气对它们基本不会产生干扰。因此,造成三者飞行距离远近的只有上升力和阻力了。

第一张展开的纸片受到的阻力最大,因为它与空气接触的面积最大。空气分子与纸张发生撞击产生了牛顿定律中提到的阻力。与空气接触的面积越大,越多的空气分子就会与纸张发生撞击,产生的阻力也就越大。相比较而言,第二张被揉成纸团的纸受到的阻力就会小些,因为它与空气的接触面小,与之发生撞击的空气分子也就少了。

展开的纸片和纸团受到的上升力都较小,但是一架制作得当的纸飞机(它受到的阻力也许会比纸团大些)却能获得更多的上升力,因此,它能比前面两张纸飞得更远。

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