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航模基础知识空气动力学-图文

一章基础物理

本章介绍一些基本物理观念，在此只能点到为止，如果你在学校已上

过了或没兴趣学，请跳过这一章直接往下看。第一节速度与加速度速度即

物体移动的快慢及方向，我们常用的单位是每秒多少公尺﹝公尺/秒﹞加

速度即速度的改变率，我们常用的单位是﹝公尺/秒/秒﹞，如果加速度是

负数，则代表减速。第二节牛顿三大运动定律第一定律：除非受到外来的

作用力，否则物体的速度(v)会保持不变。没有受力即所有外力合力为零，

当飞机在天上保持等速直线飞行时，这时飞机所受的合力为零，与一般人

想象不同的是，当飞机降落保持相同下沉率下降，这时升力与重力的合力

仍是零，升力并未减少，否则飞机会越掉越快。第二定律：某质量为m的

物体的动量(p=mv)变化率是正比于外加力F并且发生在力的方向上。此即

著名的F=ma公式，当物体受一个外力后，即在外力的方向产生一个加速

度，飞机起飞滑行时引擎推力大于阻力，于是产生向前的加速度，速度越

来越快阻力也越来越大，迟早引擎推力会等于阻力，于是加速度为零，速

度不再增加，当然飞机此时早已飞在天空了。第三定律：作用力与反作用

力是数值相等且方向相反。你踢门一脚，你的脚也会痛，因为门也对你施

了一个相同大小的力第三节力的平衡作用于飞机的力要刚好平衡，如果不

平衡就是合力不为零，依牛顿第二定律就会产生加速度，为了分析方便我

们把力分为某、Y、Z三个轴力的平衡及绕某、Y、Z三个轴弯矩的平衡。

轴力不平衡则会在合力的方向产生加速度，飞行中的飞机受的力可分为升

力、重力、阻力、推力﹝如图1-1﹞，升力由机翼提供，推力由引擎提供，

重力由地心引力产生，阻力由空气产生，我们可以把力分解为两个方向的

力，称某及y方向﹝当然还有一个z方向，但对飞机不是很重要，除非是

在转弯中﹞，飞机等速直线飞行时某方向阻力与推力大小相同方向相反，

故某方向合力为零，飞机速度不变，y方向升力与重力大小相同方向相反，

故y方向合力亦为零，飞机不升降，所以会保持等速直线飞

弯矩不平衡则会产生旋转加速度，在飞机来说，某轴弯矩不平衡飞机

会滚转，Y轴弯矩不平衡飞机会偏航、Z轴弯矩不平衡飞机会俯第四节伯

努利定律

伯努利定律是空气动力最重要的公式，简单的说流体的速度越大，静

压力

越小，速度越小，静压力越大，这里说的流体一般是指空气或水，在

这里当然是指空气，设法使机翼上部空气流速较快，静压力则较小，机翼

下部空气流速较慢，静压力较大，两边互相较力，于是机翼就被往上推去，

然后飞机就

飞起来，以前的理论认为两个相邻的空气质点同时由机翼的前端往后

走，一个流

经机翼的上缘，另一个流经机翼的下缘，两个质点应在机翼的后端相

会合，经过仔细的计算后发觉如依上述理论，上缘的流速不够大，机翼应

该无

法产生那么大的升力，现在经风洞实验已证实，两个相邻空气的质点

流经机翼上缘的质点会比流经机翼的下缘质点先到达后缘

空还真听话，只把飞机往上吸，为什么不会把机翼往后吸，把你吸的

动都不能动，还有另一个常听到的错误理论有时叫做某某某理论，这理论

认为空气的质点如同子弹一般打在机翼下缘，将动量传给机翼，这动量分

成一个往上的分量于是产生升力，另一个分量往后于是产生阻力﹝如图

1-7﹞，可是克拉克Y翼及内凹翼在攻角零度时也有升力，而照这某某某

理论该二种翼型没有攻角时只有上面”挨子

弹”，应该产生向下的力才对啊，所以机翼不是风筝当然上缘也没有

所谓真空。伯努利定律在日常生活上也常常应用，最常见的可能是喷雾杀

虫剂了﹝如

图1-8﹞，当压缩空气朝A点喷去，A点附近的空气速度增大静压力

减小，B点的大气压力就把液体压到出口，刚好被压缩空气喷出成雾状，

读者可以在家里用杯子跟吸管来试验，压缩空气就靠你的肺了，表演时吸

管不要成90度，倾斜一点点，以免空气直接吹进管内造成皮托管效应，

效果会更好。

第一节翼型介绍

飞机最重要的部分当然是机翼了，飞机能飞在空中全靠机翼的浮力，

机翼

的剖面称之为翼型，为了适应各种不同的需要，航空前辈们发展了各

种不同的翼型，从适用超音速飞机到手掷滑翔机的翼型都有，翼型的各部

名称如﹝图3-1﹞，100年来有相当多的单位及个人做有系统的研究，与

模型有关的方面比较重要的发展机构及个人有

：

１NACA：国家航空咨询委员会即美国太空总署﹝NASA﹞的前身，有一

系列之翼型研究，比较有名的翼型是”四位数”翼型及”六