第三節(jié)　機動飛行中的空氣動力

一、轉彎受力

如果從后面看一個平直飛行的飛機，而且如果作用于飛機的力可以看見的話，兩個力（升力和重力）是顯然的，如果飛機處于傾斜狀態(tài)，可以明顯看到升力不再正好和重力方向相反，升力作用在傾斜的方向上。實際情況是，當飛機傾斜時，升力作用方向是朝轉彎的中心且向上的，這是在考慮飛機轉彎時要記住的一個基本事實。

一個物體如果靜止或者沿直線勻速運動會一直保持靜止或勻速直線運動，直到某個其他的力作用于這個物體。飛機和任何其他運動物體類似，需要有一個側向力使它轉彎。在一個正常的轉彎中，這個力是通過飛機的傾斜得到的，這時升力是向上和向內作用的。轉彎時候的升力被分解為兩個分力，這兩個分力成合適的角度：一個是豎直作用的分力，和重力成對，稱為垂直升力分量；另一個是水平指向轉彎中心的分力，稱為水平升力分量，或者叫向心力。這個水平方向的力把飛機從直線航跡拉動到轉彎航跡上。離心力和飛機轉彎時的向心力方向相反，大小相等。這就解釋了為什么在正常轉彎時使飛機轉彎的力不是方向舵施加的（特定轉彎情況下除外）。

飛機的駕駛不像小船或者汽車那樣，為了轉彎，它必須傾斜。反過來說，當飛機傾斜時，它就會轉彎，讓它不滑到轉彎一側。良好的方向控制是基于一個事實，即只要飛機傾斜它就會轉彎，即協(xié)調轉彎。

這個事實一定要牢記在心，特別是保持飛機處于平直飛行時。單就飛機的傾斜使得它轉彎來說，飛機的總升力沒有增加。然而就像上面分析的，傾斜時的升力分為兩個分量：一個垂直的和一個水平的。這一分解降低了抵消重力的力，進而飛機的高度就會下降，需要增加額外的力來抵消重力。這是通過增加迎角來實現(xiàn)的，直到升力的豎直分量再一次等于重量。由于豎直分力隨傾斜角度的增加而降低，那么就需要相應地增加迎角來產(chǎn)生足夠的升力以平衡飛機的重力。當進行恒定高度轉彎時，一定要記住升力的豎直分量必須要等于飛機的重量才能維持飛機的高度。

對于給定的空速，飛機轉彎的快慢依賴于升力水平分量的大小。你會發(fā)現(xiàn)，升力的水平分量和傾斜角成正比，邏輯上也遵守傾斜角增加時升力的水平分量也增加，也就加快了轉彎的速度。因此，對于任何給定空速，轉彎速度可以通過調整傾斜角來控制。

在水平轉彎中，為提供足夠的升力豎直分量來維持高度，迎角需要有一定的增加。由于機翼阻力直接和迎角成正比，這就導致空速的降低和傾斜角成比例，小傾斜角的結果是空速的少量降低，大傾斜角時空速會降低很多。在水平轉彎中，必須要增加額外的推力來防止空速降低；需要的額外推力大小和傾斜角成比例。

必須記住空速增加將導致轉彎半徑增加，離心力直接和轉彎半徑成正比。在一次正確執(zhí)行的轉彎中，升力的水平分量必須恰好等于向心力且方向相反。所以，當恒定角速度水平轉彎時空速增加，轉彎半徑也要增加。轉彎半徑的增加導致離心力的增加，這也必須通過增加升力的水平分量來平衡，它只能通過增加傾斜角來增加。

內側滑轉彎時，飛機轉彎的快慢和所傾斜的角度不對應，然后飛機會偏航到轉彎航跡的內側。飛機以一定的角速度轉彎而傾斜過多時，水平升力分量大于離心力。升力的水平分量和離心力的平衡只有通過降低傾斜度、降低角速度或者兩者的結合才能建立。

外側滑轉彎是由于離心力比升力的水平分量還大，把飛機向轉彎的外側拉。這個傾斜角度時的轉彎太快了。外側滑轉彎的糾正引起角速度降低，傾斜角增加，或者兩者的結合。為維持一個給定的角速度，傾斜角必須隨空速變化。在高速飛機上這特別重要。例如，在400mile/h（1 mile/h=1.609km/h）時，飛機必須傾斜大約44°來完成一個標準的角速度
（3°/s）。在這個傾斜角度上，只有大約79%的飛機升力構成升力的豎直分量，結果是高度的損失，直到迎角增加到足夠補償升力的損失。

二、爬升受力

實際飛行中，處于穩(wěn)定的正常爬升狀態(tài)的機翼升力和相同空速時平直飛行的升力是一樣的。盡管爬升前后的飛行航跡變化了，但當爬升穩(wěn)定后，對應于上升航跡的機翼迎角又會恢復到與平飛相同的值。只是在轉換過程中，會有短暫的變化。

從平直飛行到爬升的轉換期間，升力的變化發(fā)生在升降舵剛開始拉起的時候。飛機頭的抬升增加了迎角，短暫地增加了升力。此時的升力大于重力，飛機開始爬升。當穩(wěn)定爬升后，迎角和升力再次恢復到水平飛行時的值。

如果爬升時功率不改變，空速一般會降低，因為維持平飛時的空速需要的推力不足以維持相同的空速來爬升。當航跡向上傾斜時，飛機重量的一個分量作用于相同的方向，和飛機總阻力平行，因此也增加了誘導阻力。所以，總阻力大于推力，空速下降。一般空速下降的結果是阻力的降低，直到總阻力（包含相同方向的重力分量）等于推力。動力、空速的變化一般因不同的飛機大小、重量和總阻力以及其他因素而變化。

通常，當空速穩(wěn)定后，推力和阻力，以及升力和重力再次平衡，但是比相同功率設置下的平飛狀態(tài)的空速值要低。由于在爬升中飛機的重力不僅向下作用，還隨阻力向后作用，這就需要額外的功率以保持和平飛時相同的空速。功率大小依賴于爬升角度。如果爬升的航跡很陡峭，那么可用功率將不足，空速較低，所以剩余功率的大小決定了飛機的爬升性能。

三、下降受力

如同爬升一樣，飛機從平直飛行進入下降狀態(tài)，作用于飛機的力必定變化。這里的討論假定下降時的功率和平直飛行時的功率一樣。

當升降舵推桿，飛機頭向下傾斜時，迎角降低，結果是機翼升力降低。總升力和迎角的降低是短暫的，發(fā)生在航跡變成向下時。航跡向下的變化是由于迎角降低時升力暫時小于飛機的重量。升力和重力的不平衡導致飛機從平直航跡開始下降。當航跡處于穩(wěn)定下降時，機翼的迎角再次獲得原來的大小，升力和重力會再次平衡。從下降開始到穩(wěn)定狀態(tài)，空速通常會增加。這是因為重力的一個分量在沿航跡向前作用，類似于爬升中的向后作用。總體效果相當于動力增加，然后導致空速比平飛時增加。

為使下降時的空速和平飛時相同，很顯然，功率必須降低。重力的分量沿航跡向前作用將隨迎角的增加而增加；俯角減小時重力向前的分量也減小。因此，為保持空速和巡航時一樣，下降時要求降低的功率大小通過下降坡度來確定。