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遥控飞机制造原理 申精）遥控飞机制作原理第一章基础物理 本章介绍一些基本物理观念，在此只能点到为止，如果你在学校已上过了或没兴 趣学，请跳过这一章直接往下看。 第一节速度与加速度 速度即物体移动的快慢及方向，我们常用的单位是每秒多少公尺 ﹝公尺/秒 ﹞ 加速度即速度的改变率，我们常用的单位是 ﹝公尺/秒/秒 ﹞，如果加速度是负数， 则代表减速。 第二节牛顿三大运动定律 第一定律：除非受到外来的作用力，否则物体的速度(v)会保持不变。 没有受力即所有外力合力为零，当飞机在天上保持等速直线飞行时，这时飞机所 受的合力为零，与一般人想象不同的是，当飞机降落保持相同下沉率下降，这时 升力与重力的合力仍是零，升力并未减少，否则飞机会越掉越快。 第二定律：某质量为 m 的物体的动量(p = mv)变化率是正比于外加力 F 并且发 生在力的方向上。 此即著名的 F=ma 公式，当物体受一个外力后，即在外力的方向产生一个加速度， 飞机起飞滑行时引擎推力大于阻力，于是产生向前的加速度，速度越来越快阻力 也越来越大，迟早引擎推力会等于阻力，于是加速度为零，速度不再增加，当然 飞机此时早已飞在天空了。 第三定律：作用力与反作用力是数值相等且方向相反。 你踢门一脚，你的脚也会痛，因为门也对你施了一个相同大小的力 第三节力的平衡 作用于飞机的力要刚好平衡，如果不平衡就是合力不为零，依牛顿第二定律就会 产生加速度，为了分析方便我们把力分为 X、Y、Z 三个轴力的平衡及绕 X、Y、Z 三个轴弯矩的平衡。 轴力不平衡则会在合力的方向产生加速度，飞行中的飞机受的力可分为升力、重 力、阻力、推力 ﹝如图 1-1 ﹞，升力由机翼提供，推力由引擎提供，重力由地心 引力产生，阻力由空气产生，我们可以把力分解为两个方向的力，称 x 及 y 方 向 ﹝当然还有一个 z 方向，但对飞机不是很重要，除非是在转弯中 ﹞，飞机等速 直线飞行时 x 方向阻力与推力大小相同方向相反，故 x 方向合力为零，飞机速度 不变，y 方向升力与重力大小相同方向相反，故 y 方向合力亦为零，飞机不升降， 所以会保持等速直线飞行。 弯矩不平衡则会产生旋转加速度，在飞机来说，X 轴弯矩不平衡飞机会滚转，Y 轴弯矩不平衡飞机会偏航、Z 轴弯矩不平衡飞机会俯仰 ﹝如图 1-2 ﹞。 第四节伯努利定律 伯努利定律是空气动力最重要的公式，简单的说流体的速度越大，静压力越小， 速度越小，静压力越大，这里说的流体一般是指空气或水，在这里当然是指空气， 设法使机翼上部空气流速较快，静压力则较小，机翼下部空气流速较慢，静压力 较大，两边互相较力 ﹝如图 1-3 ﹞，于是机翼就被往上推去，然后飞机就飞起来， 以前的理论认为两个相邻的空气质点同时由机翼的前端往后走，一个流经机翼的 上缘，另一个流经机翼的下缘，两个质点应在机翼的后端相会合 ﹝如图 1-4 ﹞， 经过仔细的计算后发觉如依上述理论，上缘的流速不够大，机翼应该无法产生那 么大的升力，现在经风洞实验已证实，两个相邻空气的质点流经机翼上缘的质点 会比流经机翼的下缘质点先到达后缘 ﹝如图 1-5 ﹞。 我曾经在杂志上看过某位作者说飞机产生升力是因为机翼有攻角，当气流通过时 机翼的上缘产生”真空”，于是机翼被真空吸上去 ﹝如图 1-6 ﹞，他的真空还真 听话，只把飞机往上吸，为什么不会把机翼往后吸，把你吸的动都不能动，还有 另一个常听到的错误理论有时叫做子弹理论，这理论认为空气的质点如同子弹一 般打在机翼下缘，将动量传给机翼，这动量分成一个往上的分量于是产生升力， 另一个分量往后于是产生阻力 ﹝如图 1-7 ﹞，可是克拉克 Y 翼及内凹翼在攻角零 度时也有升力，而照这子弹理论该二种翼型没有攻角时只有上面”挨子弹”，应 该产生向下的力才对啊，所以机翼不是风筝当然上缘也没有所谓真空。 伯努利定律在日常生活上也常常应用，最常见的可能是喷雾杀虫剂了 ﹝如图 1-8 ﹞，当压缩空气朝A 点喷去，A 点附近的空气速度增大静压力减小，B 点的大气 压力就把液体压到出口，刚好被压缩空气喷出成雾状，读者可以在家里用杯子跟 吸管来试验，压缩空气就靠你的肺了，表演时吸管不要成 90 度，倾斜一点点， 以免空气直接吹进管内造成皮托管效应，效果会更好。 第一节翼型介绍 飞机最重要的部分当然是机翼了，飞机能飞在空中全靠机翼的浮力，机翼的剖面 称之为翼型，为了适应各种不同的需要，航空前辈们发展了各种不同的翼型，从 适用超音速飞机到手掷滑翔机的翼型都有