飛機(jī)起降過程物理過程分析

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平的提高，越來越多的人選擇方便快捷的飛機(jī)作為主要出行方式。中國(guó)低空領(lǐng)域的開放，將會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)整個(gè)行業(yè)的大發(fā)展。人們的生活也越來越離不開飛機(jī)。飛機(jī)涉及到非常多的知識(shí)和原理。文章將對(duì)飛機(jī)的原理和相關(guān)的運(yùn)行規(guī)定進(jìn)行整理分析，以及理想情況下飛機(jī)降落過程的受力分析來展示飛機(jī)降落的整個(gè)過程。

關(guān)鍵詞：飛機(jī)；著陸；起飛；標(biāo)準(zhǔn)降落；受力分析

1 起飛著陸具體過程

在飛機(jī)的整個(gè)飛行中起飛著陸是最復(fù)雜、最危險(xiǎn)的階段，在這一階段發(fā)生事故的概率最高。

當(dāng)飛機(jī)得到起飛命令以后，飛行員加大飛機(jī)的油門開始滑跑，當(dāng)滑跑速度達(dá)到一定數(shù)值（離地速度）時(shí)，飛行員向后拉駕駛桿使飛機(jī)的迎角增加，這樣飛機(jī)的升力就隨著滑跑速度和迎角的增加而增大。當(dāng)升力增加到大于飛機(jī)的重力時(shí)，飛機(jī)便開始離開地面。以后，飛機(jī)繼續(xù)加速爬升，當(dāng)飛機(jī)爬升到離地面10～15米時(shí)，飛行員便開始收起落架以減小飛行阻力。當(dāng)飛機(jī)爬升到安全高度以后，起飛階段就結(jié)束了。

飛機(jī)著陸過程是指飛機(jī)從安全高度以3度下降角下降，發(fā)動(dòng)機(jī)慢車，飛機(jī)近似等速直線飛行。在離地6到12米時(shí)，開始將飛機(jī)拉平。飛機(jī)減速平飛，繼續(xù)增加迎角接近護(hù)尾迎角，速度繼續(xù)降低。當(dāng)升力小于重力時(shí)，飛機(jī)飄落主輪接地后，保持兩點(diǎn)滑跑，利用空氣阻力減速到一定速度后，飛機(jī)前輪接地，三點(diǎn)滑跑并開始剎車直到停止。整個(gè)過程可概括為：下降、拉平、平飄、接地、滑跑。

2 升力產(chǎn)生的物理過程

空氣在機(jī)翼迎風(fēng)時(shí)的流向圖。如圖1所示。

空氣在機(jī)翼上方要隨機(jī)翼的形狀走過更多的行程，于是機(jī)翼上方的流速小于機(jī)翼下方，根據(jù)氣體性質(zhì)，那么機(jī)翼上方的氣體壓強(qiáng)要小于機(jī)翼下方，于是形成了上下的氣壓差，飛機(jī)的升力本質(zhì)上由此產(chǎn)生。

3 起飛性能參數(shù)

提高飛機(jī)起飛時(shí)的加速度，使它盡快地達(dá)到離地速度，以縮短起飛滑跑距離。飛機(jī)起飛是一個(gè)直線加速運(yùn)動(dòng)，它分兩個(gè)階段，即最大功率地面滑跑階段，以及加速爬升階段。飛機(jī)起跑速度繼續(xù)增加到一定數(shù)值時(shí)，機(jī)翼的升力和重量大致相等，駕駛員拉桿向后，飛機(jī)抬起機(jī)頭，前輪離地，這個(gè)速度稱為抬前輪速度。這時(shí)飛機(jī)開始升空，起飛的第一階段滑跑完成，轉(zhuǎn)入第二階段即飛機(jī)飛到規(guī)定的高度，起飛階段結(jié)束。

從飛機(jī)滑跑開始到飛越35米高度的地面距離稱為起飛距離，起飛距離越短越好。這個(gè)距離的長(zhǎng)短取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的推力的大小，飛機(jī)重量，與飛機(jī)外形相關(guān)的升力系數(shù)，同時(shí)也和氣象條件等有關(guān)。

起飛速度VTD

飛機(jī)主輪開始接地瞬間的速度叫接地速度，可近似表示成。

即：

上式揭示了飛機(jī)滑跑直到離地應(yīng)滿足的速度條件，式中G為飛機(jī)重力，L為飛機(jī)升力，？籽為空氣密度，S為翼面積，CLTD為升力系數(shù)。

從上式可以看出，飛機(jī)起飛的基本條件是升力等于飛機(jī)重力的力平衡。而起飛即實(shí)際離地的速度并不是恒定的，受到空氣密度，有效機(jī)翼面積，以及升力系數(shù)的綜合影響，而升力系數(shù)又和起飛的仰角等因素相關(guān)，因此，理論上飛機(jī)起飛的速度可以根據(jù)具體機(jī)型進(jìn)行設(shè)計(jì)。

4 著陸性能參數(shù)

著陸滑跑距離取決于接地速度的大小和滑跑減速的快慢。著陸距離主要受到飛機(jī)進(jìn)場(chǎng)高度、進(jìn)場(chǎng)速度、襟翼位置、接地姿態(tài)、著陸重量、機(jī)場(chǎng)壓力高度與氣溫、剎車狀況、風(fēng)向風(fēng)速、跑道表面質(zhì)量的影響。進(jìn)場(chǎng)高度偏高，接地點(diǎn)前移，著陸距離增長(zhǎng)。進(jìn)場(chǎng)速度大，著陸中需要消失的能量增加，延遲飛機(jī)接地，形成飄飛減速，著陸距離增長(zhǎng)。放襟翼著陸，升力系數(shù)增加，使進(jìn)近和接地速度減小；升阻比減小，阻力系數(shù)增大，減速快，所以著陸距離和著陸滑跑距離縮短。正常情況一般放大襟翼角度著陸。

要縮短著陸距離和著陸滑跑距離，應(yīng)嚴(yán)格控制好飛機(jī)在安全高度處的速度和接地速度，襟翼著陸位，盡可能向逆風(fēng)和上坡著陸，滑跑中應(yīng)及時(shí)正確地使用剎車，使飛機(jī)盡快減速。

著陸速度計(jì)算。

飛機(jī)著陸速度為：

式中，vjd為接地速度（km/h）；CL，jd為接地時(shí)升力系數(shù)；K為地面效應(yīng)影響系數(shù)，一般取0.90～0.95。

737-800一般在40度全襟翼下接地速度為140節(jié)左右。

波音737飛機(jī)的最佳進(jìn)場(chǎng)速度為140節(jié)左右，此時(shí)襟翼放下角度應(yīng)為30°。隨著飛行速度降低，襟翼放下角度應(yīng)逐步增加。

從上式可以看出，飛機(jī)著陸的基本條件是升力等于飛機(jī)重力的力平衡。而著陸即實(shí)際觸地的速度并不是恒定的，受到空氣密度，有效機(jī)翼面積，以及升力系數(shù)的綜合影響，而升力系數(shù)又和起飛的接近角等因素相關(guān)，飛機(jī)的重力也因?yàn)楹接偷南脑谟|地時(shí)達(dá)到相對(duì)最小值，因此，理論上飛機(jī)觸地的速度比起飛時(shí)要低。

5 增加升力措施

根據(jù)起降的力學(xué)條件，即滿足重力等于升力，于是提高升力可以減小起飛以及降落的速度，提高飛機(jī)的安全性，從升力公式來看，主要有兩方面的途徑可以改善升力。

5.1 提高升力系數(shù)

升力系數(shù)的提升主要從改善機(jī)身的外形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)著手，通過不同的機(jī)翼設(shè)計(jì)，使得氣流在機(jī)翼上下的壓強(qiáng)差變大，以便獲得更大的升力系數(shù)。

5.2 增大機(jī)翼面積

機(jī)翼的面積是指能夠提供升力的有效面積，在飛機(jī)起飛或觸地前后的一段時(shí)間，機(jī)翼上的附面層進(jìn)行迎風(fēng)角度調(diào)整，就是動(dòng)態(tài)的調(diào)整了機(jī)翼的有效面積，同時(shí)對(duì)不同類型的飛機(jī)，如航母上要求短距離離艦或者艦，則要求對(duì)艦載飛機(jī)的外形或機(jī)翼進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，飛機(jī)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和飛機(jī)的材料也需要滿足輕量化要求，保證飛機(jī)重力的減輕，從設(shè)計(jì)上減小起飛的速度，也就保證了飛機(jī)滑跑的短距離。

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