當飛機遇到氣流時怎麼辦

2021-05-22 13:56:23 字數 2916 閱讀 2813

1樓:匿名使用者

當飛機飛行時,遇上有氣流顛簸,會產生的先上公升後下降的感覺。飛行員一般不會採用人工機動飛行,但是會是手放在駕駛盤上穩住飛機姿態。繼續用自動駕駛保持高度和航路,把速度調整到顛簸速度,監控好飛機狀態,然後向管制員申請新高度。

當飛機以6倍於音速以上的速度在大氣層中飛行時,空氣阻力將急劇上公升,所以其外形必須高度流線化。亞音速飛機常採用的翼吊式發動機已不能使用.需要將發動機與機身合併,以構成高度流線化的整體外形。即讓前機身容納發動機吸人空氣的進氣道,讓後機身容納發動機排氣的噴管。

這就叫做「發動機與機身一體化」。

在一體化設計中,最複雜的是要使進氣道與排氣噴管的幾何形狀,能隨飛行速度的變化而變化,以便調節進氣量,使發動機在低速時能產生額定推力,而在高速時又可降低耗油量,還要保證進氣道有足夠的剛度和耐高溫效能,以使它在返回再入大氣層的過程中,能經受住高速氣流和氣動力熱的作用,這樣才不致發生明顯變形,才可多次重複使用。

阻力是與飛機運動方向相反的空氣動力,起著阻礙飛機前進的作用,按其產生的原因可分為摩擦,產生乙個阻止飛機前進的力。這個力就是摩擦阻力。

摩擦阻力是在「附面層」(或叫邊界層)內產生的。所謂附面層,就是指,空氣流過飛機時,貼近飛機表面、氣流速度由層外主流速度逐漸降低為零的那一層空氣流動層。附面層是怎樣形成的呢?

原來是,當有粘性的空氣流過飛機時,緊貼飛機表面的一層空氣,與飛機表面發生粘性摩擦,這一層空氣完全粘附在飛機表面上,氣流速度降低為零。緊靠這靜止空氣層的外面第二氣流層,因受這靜止空氣層粘性摩擦的作用,氣流速度也要降低,但這種作用要弱些,因此氣流速度不會降低為零。再往外,第三氣流層又要受第二氣流層粘性摩擦的作用,氣流速度也要降低,但這種作用更弱些,因此氣流速度降低就更少些。

這樣,沿垂直於飛機表面的方向,從飛機表面向外,由於粘性摩擦作用的減弱,氣流速度就一層一層的逐漸增大,到附面層邊界,就和主流速度相等了。這層氣流速度由零逐漸增大到主流速度的空氣層,就是附面層。附面層內,氣流速度之所以越貼近飛機表面越慢,這必然是由於這些流動空氣受到了飛機表面給它的向前的作用力的作用的結果。

根據作用和反作用定律,這些被減慢的空氣,也必然要給飛機表面乙個向後的反作用力,這就是飛機表面的摩擦阻力。

附面層按其性質不同,可分為層流附面層和紊流附面層。就機翼而言,一般在最大厚度以前,附面層的氣流各層不相混雜而分層的流動。這部份叫層流附面層。

在這之後,氣流流動轉變為雜亂無章,並且出現了旋渦和橫向運動。這部份叫率流附面層。層流轉變為紊流的那一點叫轉捩點。

附面層內的摩擦阻力與附面層的性質有很大關係。實驗表明,紊流附面層的摩擦阻力要比層流附面層的摩擦阻力大得多。因此,盡可能在機翼上保持層流附面層,對於減小阻力是有利的。

所謂層流翼型,就是這樣設計的。

總的說來,摩擦阻力的大小,決定於空氣的粘性,飛機的表面狀況,以及同空氣相接觸的飛機的表面積。空氣粘性越大,飛機表面越粗糙,飛機表面積越大,摩擦阻力就越大。

人在逆風中行走,會感到阻力的作用,這就是一種壓差阻力。

空氣流過機翼時,在機翼前緣部分,受機翼阻擋,流速減慢,壓力增大;在機翼後緣,由於氣流分離形成渦流區,壓力減小。這樣,機翼前後便產生壓力差,形成阻力。這種由前後壓力差形成的阻力叫壓差阻力。

機身、尾翼等飛機的其它部件都會產生壓差阻力。

為什麼在機翼後緣會出現氣流分離呢?其根本原因是空氣有粘性,空氣流過機翼的過程中,在機翼表面產生了附面層。附面層中氣流速度不僅要受到粘性摩擦的阻滯作用,而且還要受到附面層外主流中壓力的影響。

附面層中,沿垂直於機翼表面方向的壓力變化很小,可認為是相等的,且等於層外主流的壓力。在最低壓力點之前,附面層外主流是從高壓區流向低壓區,沿途壓力逐漸降低,即形成順壓,氣流速度是不斷增大的。附面層內的氣流雖受粘性摩擦的阻滯作用,使之沿途不斷減速,但在順氣壓的推動下,其結果氣流仍能加速向後流去,但在順氣壓的推動下,其結果氣流仍能加速向後流去,但速度增加不多。

在最低壓力點(e)之後情況就不一樣了。主流是從低壓區流向高壓區,沿途壓力越來越大,即形成反壓,主流速度是不斷減小的。附面層內的氣流除了要克服粘性摩擦的陰滯作用外,還要克服反壓的作用,因此氣流速度迅速減小,到達某一位置,附面層底層空氣就會完全停止下來,速度降低為零,空氣再不能向後流動。

在s點之後,附面層底層空氣在反壓作用下開始向前倒流。於是附面層中逆流而上的空氣與順流而下的空氣相頂碰,就使附面層氣流脫離機翼表面,而捲進主流。這時,就形成大量逆流和旋渦而形成氣流分離現象。

這些旋渦一方面在相對氣流中吹離機翼,一方面又連續不斷地在機翼表面產生,如此周而復始地變化著,這樣就在分離點之後形成了渦流區。附面層發生分離之點(s點),叫做分離點。

這種旋渦運動的週期性,是引起飛機機翼、尾翼和其它部分生產振動的重要原因之一。

為什麼機翼後緣渦流區中壓力會有所減小呢?道德我們要明確,這裡指的渦流區壓力的大小,是和機翼前部的氣流相比而言的。如果空氣流過機翼上下表面不產生氣流分離,則在機翼後部,上下表面氣流重新匯合,流速和壓力都會恢復到與機翼前部相等。

這樣,機翼前、後不會出現壓力差而形成壓差阻力。然而事實不是這樣,當空氣流到機翼後部會產生氣流分離而形成渦流區。渦流區中,由於產生了旋渦,空氣迅速轉動,一部分動能因摩擦而損耗,即使流速可以恢復到與機翼前部的流速相等,而壓力卻恢復不到原來的大小,比機翼前部的壓力要小。

例如汽車開過,在車身後的灰塵之所以被吸起,就是由於車身後面渦流區內的空氣壓力小的緣故。

根據實驗的結果,渦流區的壓力與分離點處氣流的壓力,其大小相差不多。這就是說:分離點靠機翼後緣,渦流區的壓力比較大;分離點離開機翼後緣越遠,渦流區的壓力就越小。

可見,分離點在機翼表面的前後位置,可以表明壓差阻力的大小。

總的說來,壓差阻力與物體的迎風面積、形狀和物體在氣流中的相對位置有很大關係。迎風面積越大,壓差阻力越大。象水滴那樣的,前端園鈍,後面尖細的流線形物體,壓差阻力最小。

物體相對於氣流的角度越大,壓差阻力越大。

由上面的分析可知,摩擦阻力和壓差阻力都是由於空氣的粘性面引起產生的阻力,如果空氣沒粘性,那麼上面兩種阻力都將不會存在。

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