走進滑翔傘世界 （初學理論知識）

走進滑翔傘世界（初學理論知識）_北京上空的鷹V_新浪博客走進滑翔傘世界（初學理論知識）(2007-08-03 01:09:15)滑翔傘初級飛行理論知識（一） 滑翔傘是在降落傘技術領域衝壓翼傘理論基礎上，延伸發展起來的一種柔性翼懸掛滑翔飛行器。滑翔傘具有高升阻比氣動性能；優良的滑翔能力，良好的穩定性和操縱性，並能向傳統的降落傘一樣方便地摺疊包裝，具有體積小、重量輕、便於攜帶搬運的特點。 滑翔傘與其他類型的個人飛行器相比，其結構最為簡單，飛行操縱技術易學，安全性較好，尤其是不需專用場地和使用任何運載工具，從坡度和風向適宜的山坡上即能起飛進行滑翔飛行。 滑翔傘能為眾多渴望飛翔的人們插上翅膀，實現了飛行夙願。當今世界各國有近百萬的飛行者投入滑翔傘運動，在眾多航空運動項目中，它已成為參加人數最多，普及範圍最廣的航空體育運動。我國自1989年開展滑翔傘運動以來，全國已成立了50多個滑翔（航空）俱樂部，近萬名飛行愛好者體驗了滑翔傘飛行，其中有千餘人取得了由中國航空運動協會頒發的滑翔傘飛行員等級證書。每年數次在全國各地舉辦的滑翔傘比賽和飛行表演活動，及宣傳普及了航空科技知識，同時也擴大了滑翔傘運動的影響，從而吸引了越來越多的航空愛好者和青少年，投身到此項具有挑戰性、探險性、娛樂性和趣味性的飛行活動中來。需要指出的是：滑翔傘運動是科技含量較高，並具有一定風險的運動 滑翔傘的結構　　滑翔傘主要由翼形傘衣、傘繩、操縱系統、背帶系統等主要部分組。U滑翔傘的傘衣有上翼面、下翼面和沿展向分布的數十個成形肋片（翼肋）構成。傘衣前緣部分有一定尺寸的開口（進氣口）；而後緣則完全封閉。這樣，由上、下翼面和左右肋片構成一個個氣室。當傘衣與空氣做相對運動時，空氣由進氣口進入氣室，在空氣衝壓力的作用下，在內腔產生一定壓力使傘衣成形並保持一定的剛性。翼肋上大小不等的空洞則使各氣室間的空氣可沿展向流動，以平衡整個傘翼的內部壓力和便於充氣。早期的矩形或梯形傘衣的兩側翼尖還各有一個穩定幅，用以提高滑翔傘的方向穩定性。現在的傘翼大多採用橢圓形狀，以減少阻力和提高滑翔性能，該穩定幅已由下拉的翼尖部分所取代。 傘衣 翼形傘衣是產生升力將滑翔員支持在空中進行滑翔飛行的重要承載部件。升力的大小與傘翼外形、面積大小，翼形形狀以及氣流的相對角度（攻角）有密切關係。早期的傘衣用色彩鮮艷不透氣的抗撕裂圖層尼龍織物縫製。而今的傘翼為了減輕重量、提高表面光潔度和硬挺度（以減小空氣摩擦阻力、減小變形和改善充氣性能），多採用雙面塗層、抗紫外線輻射的抗撕裂滌綸聚酯織物縫製。 傘繩 傘繩用於起支撐懸掛作用，是傘衣與背帶、操縱系統相連接的傳力構件。傘繩由前往後分為3～4組(稱A、B、C及D組)，在傘衣中心軸兩側呈對稱分布。傘繩上端通常以Y形的分叉在傘衣下翼面與傘衣相連接；下端則通過金屬的快卸環(扣)與前、後操縱帶相連接。傘衣與傘繩的連接點，根據設計要求以保持良好的翼面形狀和受力狀況進行布置，其長度則按照操縱穩定性及保持攻角的要求確定。滑早期滑翔傘的傘繩多用常規降落傘使用的綿絲繩。為減小變形和阻力，減輕重量，現基本上都採用直徑小、強度高、變形小的Kevlar或Spectra材料的傘繩. 操縱系統　　滑翔傘的操縱系統由操縱帶、操縱繩(剎車繩)和套圈(操縱棒)等構成。整個操縱系統在傘衣中心線兩側呈對稱分布，左、右操縱繩上端也呈Y形，並有多個與傘衣後緣相連接。左、右操縱帶各分為前後兩根。前操縱帶上端與A、B組傘繩通過快卸環相連接；後操縱帶上端也用快卸環與C、D組傘繩相連接。也有的滑翔傘將D組傘繩與後操縱帶連接，而C組傘繩則通過與前、後操縱帶相連的一根過渡帶相連接。 　現在滑翔傘上通常都裝有一套用腳操縱的加速系統。它的作用是在飛行中需要時用以增大飛行速度。加速系統的操縱繩上端連接在前操縱帶上，通過一定傳動比的滑輪系統去拉下傘衣前緣，減小攻角。下端則通過背帶系統座椅兩側的環扣引向前方，與金屬的腳蹬桿相連接。m# 背帶系統也稱座帶或弔帶，它是將飛行員人體固定並與整個傘系統相連接的承力構件。背帶系統主要由背帶(包括肩帶、胸帶、腰帶和襠帶)、背墊、座墊以及金屬環扣和快卸鎖等組成。滑翔傘的背帶系統有4種基本形式：立式、座式、仰卧式和可操縱式。其中立式背帶沿襲了傳統降落傘背帶樣式，結構最為簡單，重量輕，但由於它對人體重量缺乏足夠的支攜，故不適於長時間滑翔飛行，現已被淘汰。座式背帶是最常用的一種樣式，它對人體有充分的支撐，飛行時較為舒適。仰卧式背帶在飛行中可使飛行員處於半躺狀態，背部、雙腿以至頭部都可得到有效支撐和放鬆，比座式背帶更舒適。三操縱帶(或四操縱帶)的可操縱式背帶允許飛行員在飛行中採用前傾或後仰方式對傘衣進行操縱，因操縱技術較複雜，不適於初學者，一般為技術較熟練的高性能滑翔傘飛行員所用。 　對背帶系統的設計要求主要是應考慮它的舒適性和安全性。舒適性要求結構尺寸應符合人體外形和在飛行中能使人體最大限度地處於放鬆狀態，以減少疲勞；安全性則要求在飛行員不能保持站立著陸，或在著陸時跌倒、碰到障礙物，或被拖曳時能對人體加以有效保護。所以現代背帶系統在座位下部充填有較厚的海綿橡膠、更先進的一種則加裝了可充氣的座墊；在背墊中裝有固定或活動式的玻璃鋼背部護板，增強了對人體背部和脊柱的防護功能。 除此之外，背帶系統上還設有放置救生傘和配重水袋(重物)等的空間。滑翔傘飛行時的受力情況　　滑翔傘能夠在空中飛行，是當它的翼型傘衣與空氣作相對運動時，由於空氣的作用，會在傘衣上產生空氣動力的緣故。 由於空氣動力R和重力w均為矢量，所以我們可以將它們按平行四邊形法則進行分解。氣動力R可以分解為與滑翔軌跡相垂直的升力Y和與滑翔軌跡相平行的阻力Q；同理,重力w也可以分解為w1和w2兩個分力.此時作用在傘衣上的所有力仍然是平衡的，即Y=w1；Q=w2。由此可見，升力Y平衡重力分力W1，所以能把我們支持在空中；重力W2則平衡阻力Q，可使滑翔傘在空中沿飛行軌跡作等速下滑運動。如果空氣動力R與重力w不相平衡，則滑翔傘在空中就作加速(或減速)運動，使R與w達到新的平衡為止。飛行中重力w是滑翔傘系統所固有的，空氣動力配則會隨速度不同而變化的。那麼，滑翔傘上的空氣動力R，即升力Y和阻力Q是怎樣產生的呢?為了弄清翼型傘衣升力產生的原因，我們需要先了解空氣在低速流動下的基本特性——連續性定理和流速與壓力的關係。　　在物理學中，氣體和液體通稱為流體。在很多情況下它們有共同的性質——流動性、粘性和壓縮性。流體連續性定理：當流體穩定的流過一個截面粗細不等的管子時，在單位時間內從管子一端流入的流體質量和從另一端流出的流體質量都是相等的，也就是說，在單位時間內流過管子內任一截面處的流體質量都是相等的。因此，在截面大的地方流體速度低；在截面小的地方流體速度高。"_c　如果我們再對不同截面處流體對管壁的壓力進行測量就會發現：流速快的地方壓力低，而流速慢的地方壓力高，這就是流體力學中的伯努里定理的基本內容。 根據上述的流體連續性定理和伯努里定理，我們就可以進一步討論滑翔傘翼型傘衣產生升力的原因。　　翼型傘衣空氣動力特性主要取決於它的平面形狀、翼型以及相對於氣流的角度。在平面形狀確定之後，其空氣動力特性主要取決於翼型。即翼型相對於氣流運動的情況。當氣流繞過翼型上、下表面流動時，由於上翼面彎度大、下翼面彎度小(基本為直線)，並與氣流方向有一定的角度。根據流體連續性原理和伯努里定理，穩定流動的氣流流過一翼面時，受拱起的上翼面擠壓作用，流線變密，流速比前方的氣流速度大，故壓力降低；而流過下翼面的氣流，流線變疏、流速成慢，壓力增大。因此在傘衣上、下表面出現壓力差，這個壓力差的合力即為空氣作用於傘衣上的總空氣動力R，其方向垂直向上。如按前述方法將氣動力R進行分解，則R與相對氣流方向(即下滑軌跡方向)垂直的分力，就是升力Y。- 決定翼型傘衣升力大小的因素主要有：氣流速度、空氣密度、傘衣面積、翼型和傘衣攻角等。現分述如下：　　氣流速度(V)：速度是決定升力大小的一個重要因素，如果沒有速度，即滑翔傘與空氣沒有相對運動，則傘衣上下表面的壓力差為零，所以也就不會產生升力。實驗結果表明：在其它條件相同的槽況下；升力大小與速度的平方成正比。為了提高與氣流相對運動速度，通常滑翔傘採用逆風起飛，以增大升力，縮短起飛助跑距離。}-Ds　　傘衣面積(S)：升力由傘衣上下壓力差產生，所以理論上傘衣面積越大，升力也就越大。但由於滑翔傘傘衣由柔性的紡織材科製成，依靠衝壓空氣成形，出於結構上的原因既要保證充氣剛性，又要保持一定的翼載荷保證飛行性能，不能象剛性機翼那樣做得太大。　　空氣密度(P)：氣流壓力與密度成正比。密度增大時，升力也增加；密度減小時，升力也下降。翼型：翼型不同，氣流流過上下表面的流線情況也不同。在一定範圍內，翼型的彎度和厚度越大，引起上下表面的壓力差也大，故升力也越大。　　攻角，也稱迎角(α)：在翼型確定之後，升力的大小取決於翼型與相對氣流的角度。滑翔傘主要角度如圖所示。我們將翼型前線與後緣用直線相連接，稱為翼弦，通常用翼弦來計量各個角度。翼弦與相對氣流(或滑翔飛行軌跡)之間的角度α稱之為攻角或迎角。所有的滑翔傘傘衣的攻角都有一個極限範圍，攻角太小易進入府沖，攻角太大則會產生「失速」。任一具滑翔傘傘衣的攻角在設計時已由設計人員確定在一合適的位置上，通過傘衣上的傘繩長度來控制。當我們需要改變攻角時。通常是拉下前操縱帶去降低傘衣前緣，或放下操縱繩或後操縱帶去降低後緣。另外的兩個角度是姿態角i和滑翔角b。姿態角i是翼弦與水平線之間的夾角；滑翔角b是滑翔飛行軌跡與水平線之間的夾角。b大，則滑翔軌跡將變陡，滑翔性能越差。關於滑翔傘及滑翔運動的一切。3t)f/l/@#}!g1al 　當物體與空氣有相對運動時，都會受到空氣的阻力。滑翔傘在空氣中運動時所受到的阻力主要有形狀阻力、翼型阻力、平度阻力、切口阻力和誘導吸力五種，前形狀阻力：這裡主要指人體和傘繩相對於空氣運動時產生的阻力。現代滑翔傘為了提高滑翔性能，加大了傘衣的長寬比(即翼展與翼弦的比值，也稱展弦比),同時為了保持分翼具有良好的外形，必須增加傘繩的根數，從而大大增加了傘繩在氣流中的阻力面積，為了達到減小傘繩阻力的目的，往往都採用直徑很細的傘繩(直徑通常為1~1.2毫米)和傘繩分叉技術。 翼型阻力：傘衣在空氣中運動時產生，主要包括摩擦阻力和壓差阻力兩部分。摩擦阻力是空氣微團與傘衣表面相摩擦，由於空氣的粘性，阻滯氣穩流動而產生。壓差阻力則是由於傘衣上下表面的壓力差而產生。 平度阻力和切口阻力：滑期傘傘衣由衝壓空氣充壓而成。由於氣室內部壓力的作用，柔軟的上下表面總會有所凸起，造成表面的不平整，從而產生不平度阻力。現代滑翔傘為減小不平度阻力，通常採取增加氣室數量的辦法來解決。此外，滑翔傘的進氣口是將翼型前緣切去一部分形成的，由切口形成的阻力在早期的初級滑翔傘上約佔全部阻力的30％左右，目前滑翔傘多數採用減小切口高度和兩端翼尖氣室前緣一部分不開切口的結構，切口阻力已大大減小。 誘導阻力：這是隨升力而產生的阻力，原因是由於翼型後部升力向上和向後的分力作用和翼尖部分上下壓力差的存在，使氣流繞過兩端翼尖向上翼面流動，從而使空氣團旋轉而形成旋渦，當旋渦從翼尖向後流動時，會帶動和誘使四周空氣隨之旋轉，越靠內旋轉越快。通常降低誘導阻力的措施是增大展弦比和改變傘衣的平面形狀。所以這也是現代滑翔傘傘衣採用橢圓形狀的重要原因。四種阻力合稱：「廢阻力」，而誘導阻力則是伴隨升力的產生而發生的，是一種伴生阻力。現分述如下：滑翔傘,滑翔,Paragliding in China&C_ oTt/MPM^

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