飞机的重量从几十公斤到几百吨不等,如世界最大的飞机安-225的最大起飞重量高达700吨。如此庞然大物能在空中自由翱翔而不掉下来,就是因为飞机在飞行中产生了足够的升力“托举”着飞机的缘故。
飞机的升力主要靠机翼产生,要产生升力,机翼和空气就必须有相对运动,空气相对于飞机的流动叫做相对气流,简称“气流”。升力的大小和气流状况、物理参数、机翼形状等有很大关系。下面,我们就从气流的特性入手,来探讨飞机为什么能飞、怎么控制飞机飞行等问题。
一、大气层
我们生活的地球周围覆盖着一层厚厚的气态物质,好像给地球穿上了一件量身定做的外衣,这外衣就是大气层,是飞行器活动的地方,我们则生活在大气海洋的最深处。航空器在大气中飞行,与大气有了相对运动,就会在航空器上产生空气动力,空气动力直接影响航空器的飞行状态和飞行性能,空气动力又与大气的物理性质有直接关系。因此,在学习飞机为什么会飞之前,我们必须先了解一下大气层。
(一)大气层的结构
大气层共分五层,从地面往上分别是对流层、平流层(同温层)、中间层、电离层(热层、暖层)和散逸层(见图2-19)。目前,民用飞机的飞行范围仅限于对流层和平流层底部,军用飞机也仅能达到平流层中部,因此我们在本部分学习中,只介绍对流层和平流层。
图2-19 大气层
对流层是大气中最低的一层,或者说是大气海洋的底部。在赤道地区,对流层的厚度可达17千米到18千米,两极地区仅有8千米,在中纬度地区,它的顶层距地面约为11千米。由于地球引力的作用,大气全部质量的3/4和几乎全部水蒸气都集中在这一层,因此对流层是天气变化最复杂的一层,有风、云、雨、雪、雹等天气现象。在对流层中,空气有水平流动也有垂直流动,因此也就形成水平和垂直方向的阵风。