動力傘滑翔傘升力、前進力的原理。(轉貼)

滑翔傘的結構與飛行原理 【滑翔傘的穩定性】 所有運動的物體，對其第一位的品質要求是穩定性。滑翔傘的穩定性是指當它受到外力擾動(多半為陣風、湍流或飛行員的短暫操縱)後，能自行恢復到原先狀態(平穩直線飛行)的傾向或能力。簡而言之，一具穩定的滑翔傘在遇到陣風乾擾後能自動恢復到正常飛行狀態或它在乎穩的氣流中具有「脫手」飛行的能力。 為說明滑翔傘的穩定性，先讓我們看一下它的三個旋轉軸：橫向軸、縱向軸和垂直軸。滑翔傘繞橫向軸的轉動稱俯仰，即傘衣前緣上抬或下降，是攻角的變化；繞縱向軸的轉動稱滾轉，即一側傘衣向上或向下的運動；繞垂直軸的轉動稱偏航，它是傘衣一側向前或向後的運動，也就是滑翔傘的航向變化。 滑翔傘的俯仰穩定性和滾轉穩定性都是由擺錘作用引起的。在正常穩定飛行時，飛行員懸掛在傘衣下面(這與懸掛在細繩下面的一個重物，即單擺相似)，此時氣動力R與傘系統重量W大小相等，方向相反，整個力系處於平面狀態。由於擾動(如迎面陣風的推動作用)，傘衣與人體位置發生偏離，攻角加大，由於R與w不再作用在同一直線上，平衡狀態被破壞，但由於力的偏移，這時會產生一個力偶或力矩，使傘衣恢復到非原先的位置。所以，滑翔傘的俯仰穩定性就是受到干擾，傘衣攻角變化後恢復到原先攻角狀態的傾向。假如滑翔傘側面受到陣風的吹襲衝擊，一側傘衣的翼尖上抬；另一側下降，也會造成R與w的平衡被破壞，同樣會在力偶的作用下產生一個恢復力矩，使傘衣繞縱向軸轉動，重新回到我們的頭項上方，這就是滑翔傘的滾轉穩定性。 滑翔的偏航和航向穩定性與上述情況不同。當滑翔傘的傘衣對風向發生偏航，傘衣的陰影面積是壓力中心後部的面積(壓力中心總是向上的氣動力R的總合的點，也可看作是重心也作用在該點上)。在偏航狀態中，傘衣在向後移動的一側，根據經驗處於較高的攻角，而向前的一側處於較低的攻角位置，所以前者比後者產生更大的力，作用在向後一側上後部的力結合通過系統質量中心的重力對傘衣產生修正作用，而使其脫離偏航狀態，回到原先的航向上。 【轉彎飛行】 滑翔傘在空中的轉彎是通過拉下操縱繩，使傘衣一側的後續部分向下彎曲，攻角加大，因而在氣流的作用下，該側阻力增大而升力被破壞。 一側傘衣隨著剎車施加而減速並輕微地下降，同時滑翔傘繞垂直軸轉動使飛行方向改變，從而實現空中轉彎。滑翔傘在轉彎時，由於人體慣性力的作用，人體向外佣偏移並使傘衣處於傾斜狀態。需要指出的是，在拉下剎車進行轉彎時，傘衣的傾斜角會隨著剎車量的增加而加大，而由人體的慣性引起的離心力也會隨剎車量和操縱速度的快慢而變化，拉動剎車越快，慣性力也越大。所以剎車操縱一定要適度和柔和，否則會導致嚴重後果。如果飛行員不斷增加剎車量，則滑翔傘的盤旋轉彎半徑會隨之越來越小，傾角變得陡峭並進入緊密的螺旋形下降，超量的剎車操縱甚至會導致進入危險的螺旋俯衝。產生這種情況的原因，是由於離心力與傘系統的總重量W相結合產生一個新的表現重力Wa。這個新的載荷大於w，也大於氣動力R，由於升力不足以平衡wa的分力，所以會導致高度損失。這種情況如發生在低空則往往會導致墜地和造成傷亡的嚴重後果，這是需要待別引起重視的。一般情況下操縱滑翔傘轉彎時，滑翔傘與水平面的傾角不應大於30度。 【滑翔傘的最佳性能】 滑翔傘的性能涉及許多方面的問題，在此我們僅討論與性能有關的幾個主要指標，即滑翔比、下沉率和速度。 滑翔比直接與滑翔軌跡有關。所謂滑翔比是指在單位時間內滑翔傘向前運動的水平距離與垂直下降距離的比值或水平速度與垂直下降速度的比值。這個比值的大小在一定程度上反應了滑翔傘性能的高低。初級滑翔傘的滑翔比在3：1—6：1之間；而中高級滑翔傘的滑翔比大多在5：1—9：1之間，部分競賽型高性能滑翔傘的滑翔比已接近於10：1(即水平前進10米，垂直下降1米)。滑翔傘的滑翔比也可以簡單地看作是升力L與阻力D之比。要提高滑翔傘滑翔比的途徑應該從加大升力，減小阻力著手，而決定傘衣最大滑翔比(L／D)MAX主要取決於翼型和展弦比。這裡要注意的是：柔性翼決不可一味追求氣動性能，加大展弦比，減薄翼型這將造成傘翼極容易塌陷，並恢復困難。動力滑翔傘由於有發動機，所以動力傘翼可犧牲一些空氣動力性能，換取更大的傘翼剛性及穩定性，這並不代表動力傘翼低級，而是不同的側重點。兩者相比，動力傘翼有更強的抗塌陷能力，更好的安定性。 下沉率是指滑翔傘在單位時間內的垂直下降距離，也即垂直下降速度Vv。一般說來，最小下沉率發生在我們飛得很慢的時候(比失速速度稍快一點)。影陶下沉率的主要因素是傘衣的翼型、尺寸與飛行員重量。 在實際飛行中，我們要改變飛行速度通常是使用剎車操縱來增加傘衣翼型的彎度,增加攻角來實現的，這種方式與通常飛放下襟翼的作用相似。當我們同時下拉左右側操縱繩使傘衣的後緣向下偏轉，就會減慢滑翔傘的前進速度和垂直下降速度，後者就是我們說的下沉率。 在此我們已經了解，要達到不同的飛行目的(效果)，應當利用剎車操縱來調整傘衣的攻角，以相應的速度飛行。例如，為達到飛行距離最遠，我們就應當以「最佳滑翔速度」飛行，即不施加剎車操縱，此時滑翔比同時也是升阻比處於最大值。假如要達到留空時間員長的目的，就應當採用「最小下沉」速度來飛行，此時要對傘衣施加約20--30％的剎車。 【關於失速】 什麼是「失速」，它對滑翔傘飛行有什麼影響?現作如下討論。 滑翔傘傘衣以一定的攻角與空氣作相對運動，產生空氣動力使我們能在空中飛行。而為了不同的飛行需要，我們又要操縱傘衣達到改變方向和調整速度的目的。但是攻角的增加並非隨心所欲地任意加大，而有一個限度。當滑翔傘傘衣在一定攻角下飛行時，流過翼面氣流是平滑地緊「貼」著上表面流過。當進一步加大攻角到某一位置時，緊貼上表面流過的氣流開始從某一位置分離，從而在其後部產生不穩定的渦流，這就會導致阻力迅速增大，而升力消失，這一現象稱為「失速」。 滑翔傘發生失速之後會使操縱惡化並越來越快地向下墜落，要是在接近地面時發生失速則更加危險，處理不好則將是災難性的。這種情況在平時的飛行訓練和比賽中也很常見，在飛行員實施「雀降」著陸的過程中，由於操縱量過大導致傘衣「失速」，而重重地摔到地上。所以，開始學習滑翔傘飛行的新學員，在沒有充分掌握複雜的飛行操縱和恢復技術之前，千萬不要使用操縱繩去過多地減慢飛行速度。以下是有關失速情況的一些提示： 1．失速僅發生在某一攻角下； 2．對一個具體的飛行員，他的失速發生在某個飛行速度點，稱之為「失速速度」。 3．失速是由於攻角過大引起的，這是剎車操縱量過大或下拉後操縱帶過量的結果； 4．失速的結果會引起喪失飛行速度，失去操縱，損失高度和有可能造成傘衣塌陷的後果； 5．要從適度的失速中恢復，應立即平穩地減小剎車量至肩齊平，以減小攻角。 【在風中飛行】 我們以上討論的滑翔傘的最佳滑翔狀態是假定在靜止大氣，即無風情況中進行的。然而，對於大氣而言一般很少有無風的情況；這裡所說的「風」，實際上是空氣團大範圍的水平運動，所以它既有方向，也有一定的速度。也包括水平方向和垂直方向。（垂直方向的我們通常稱之為，『氣流』） 首先讓我們看一下滑翔傘逆風飛行的情況。如滑翔傘以速度V在空氣作滑翔飛行，速度方向與下滑軌跡一致。由於風向是水平的，故我們把速度V也分解為水平速度和垂直方向的兩個風量Vh和Vv。假如風速與Vh大小相等，但方向相反，故兩者抵消作用的結果，合速度為零，此時滑翔傘在空中相對於地面處於停滯不前的狀態，由於滑翔傘的下沉速度Vv的作用，使滑翔傘像普通降落傘一樣垂直下降。如果滑翔傘的水平速度Vh大於風速，則兩者抵消之後，仍有一定的合速度，則在地面上看滑翔傘仍能緩慢地向前飛行。當然，假如風速大於Vh，則我們站在地面上看到的則是滑翔傘非但不能前進，反而會被風吹得倒退了。 我們通常把滑翔傘在靜止空氣作穩定時的水平速度稱為「空速」，而相對於地面的運動速度稱為「地速」，則空速、地速和風速三者之間有如下的關係： 在無風情況下：地速＝空速； 在逆風情況下：地速＝空速－風速； 在順風情況下：地速＝空速＋風速； 特別注意，在平行風能飛的天氣下，並不代表垂直風（氣流）力達到了飛行標準，這一點動力傘飛行員必需牢記
推薦閱讀：