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飛行員航空知識手冊 航空知識手冊全集

時間:2011-04-08 11:31來源:網絡 作者:航空 點擊:


* 亞音速(subsonic):0.75馬赫以下
* 跨音速(transonic):0.75到1.20馬赫
* 超音速(supersonic):1.20到5.00馬赫
* 高超音速(hypersonic):5.00馬赫以上
而跨聲速和超音速范圍通常出現在軍用飛機上,民用噴氣飛機通常的運行在巡航速度范圍0.78到0.9馬赫之間。飛機機翼的任何部分的氣流速度第一次達到(但是不超過)1.0馬赫稱為飛機的臨界馬赫數(Mach Crit)。因此,臨界馬赫數是亞音速飛行和跨音速飛行的邊界,也是跨音速飛行中遇到的所有壓縮影響的重要參考點。沖擊波,振動和氣流分離發生在臨界馬赫數以上。典型的噴氣式飛機巡航于或靠近它的臨界馬赫數時達到最高效率。超出臨界馬赫數5%-10%的速度時壓縮性影響開始發生。阻力開始快速增加。隨阻力的增加同時飛機發生振顫,平衡和穩定性發生變化,控制面的有效性也降低。這叫阻力發散點,是選擇高速巡航操作的典型速度。在超出高速巡航的某個點是渦輪動力飛機的最大運行極限速度:Vmo/Mmo。如圖3-41。

Vmo是以節為單位的最大運行速度,這個速度限制空氣壓力對結構的反作用力,預防飛機顫動。Mmo是以馬赫數表示的最大運行速度。飛機不應該超出這個速度飛行。這樣做會遇到壓縮性的完全影響的風險,包含可能失控。
馬赫數和空速
特定飛機的速度如臨界馬赫數或者最大運行馬赫數發生在一個給定的馬赫數。而真空速(TAS)隨外部空氣溫度的變化而變化。因此,對應于特定馬赫數的真空速可能有相當的變化(多達75-100節)。當一架飛機以恒定馬赫數巡航進入一個空氣溫度較高的區域,真空速和需要的燃油都增加,航程會降低。相反的,當進入較冷溫度的區域,真空速和需要的燃油降低,航程增加。
一架運行在高海拔高度的飛機,任何給定馬赫數時的指示空速(AIS)隨某高度層之上的高度增加而降低。相反情況發生在下降時。通常的,爬升和降落在低高度時是用指示空速來完成的,而在較高高度時是用馬赫數完成的。
和運行在低高度時不同,噴氣飛機的失速指示空速隨高度的增加而明顯增加。這是因為一個事實,即真空速隨高度而增加。在高的真空速時,空氣壓縮導致機翼上和皮托管系統中的氣流畸變。同時,以最大運行馬赫數表示的指示空速隨高度而降低。最終,飛機將達到一個高度,在那里真空速和最大運行馬赫數之間只有很小差別或者相等。
邊界層
空氣有粘度,在翼面流動時會遇到阻力。氣流的粘度特性會降低翼面上局部的速度,也是蒙皮摩擦阻力的原因。當空氣通過機翼表面時,最接近翼面的空氣粒子趨于靜止。后一層粒子速度減低,但是沒有停止。在距離翼面很小但是可以度量的范圍內,空氣粒子以自由流動速度運動。翼面的氣流層由于空氣的粘性而速度降低或者停止,這個氣流層稱為邊界層。一架飛機上典型的邊界層厚度范圍從靠近機翼前緣的幾分之英寸小到大飛機末尾的12英寸,如波音747。
有兩種不同類型的邊界層流:層流和紊流。層流邊界層是非常平滑的氣流,而紊流邊界層包含漩渦和逆流。層流產生的表面摩擦阻力比紊流少,但是穩定性低。翼面上的邊界層流開始是平滑的層流。當氣流從前緣繼續向后,層流邊界層的厚度增加。從前緣向后的一段距離開始,平滑的層流開始分散過度成為紊流。從阻力的觀點看,讓層流到紊流的過渡區盡量朝機翼后面靠是明智的,或者讓機翼的很大部分面積處于邊界層的層流部分范圍內。然而,能量低的層流比紊流更會突然分散。
另一個和粘性氣流有關的現象是分離。分離發生在當氣流突然從機翼離開時。自然的過程是從層流邊界層到紊流邊界層,然后再變為氣流分離。氣流分離產生很大阻力,極大的破壞升力。邊界層分離點隨著機翼迎角的增加而沿機翼向前移動。如圖3-42

渦流發生器用于延遲或者避免在跨音速飛行時遇到的沖擊波誘導邊界層分離。渦流發生器是小的低反弦角比機翼,相對于氣流的迎角為12度到15度。它們通常在副翼或者其他控制面之前距機翼幾英寸距離。渦流發生器產生渦流,它把邊界層流和靠近翼面之上的高能量氣流混合。這就產生較高的表面速度,同時增加了邊界層流的能量。因此,要導致氣流分離就需要更強烈的沖擊波。

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