鱗目界域-龍論壇

peter860321

野龍

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回应： 龍的飛行─用機翼升力公式討論FR中的龍"滑翔"的可能性

作為航空專業想要補充一些細節，但我不熟悉許多專有名詞的中文，請見諒。

@鏡中龍影 寫道: 機翼的升力有兩個主要來源——流體壓力差和攻角造成的壓力.伯努利原理——流體流速越快壓力越低；機翼上表面是弧形，下表面相對平滑，流體通過整體呈流線型的機翼時會同時到達機翼的後部，通過上表面的氣流路徑更遠，流速更高，因此壓力更小；通過下表面的路徑更短，流速更低，壓力更大，因此上下表面的氣流差速帶來了一部分升力。給迎角和攻角：這兩者的定義概念不一樣，但事實上通常是基本相同的角度——迎角是飛行速度方向與機翼絃線（機翼弧面的弦，可以理解爲機翼平面的角度）之間的夾角，而攻角是飛機的速度矢量與飛機指向的夾角。

伯努利原理作為飛機升力的解釋是個廣為流傳的誤解，事實上全世界很多的物理老師也這麼認為，導致大部分時候這個解釋還是常被拿來使用。幾十年前就已經透過實驗法證實上下表面的氣流不會同時到達機翼的後部，上部(低壓部)的氣流其實會比下部更早到達後端，可以參考NASA的解釋。如果這裡理論為真，一片平板就不可能產生升力了，空氣動力學裡也沒有升力來自流體壓力差和攻角這種說法。

至於迎角和攻角，我不確定他們在中文裡的標準定義，但如果照你說的，一個是飛行速度方向與機翼絃線之間的夾角，一個是飛機的速度矢量與飛機指向的夾角，那這兩個角度在大多數時候都是不同的，因為機翼和機身本身就有一定的傾角，以在飛機幾乎水平的狀態下產生升力。

然而隨着迎角的變大，機翼對於氣流的形狀逐漸不再流線型，氣流逐漸不再穩定的同步通過上下側，形成紊流（造成震動）並劈開氣流造成了氣流分離，伯努利原理因而逐漸失效，氣流壓力差帶來的升力逐漸縮小。

失速就是是指攻角大於機翼的臨界迎角（由翼形決定），流體壓力差帶來的升力所受到的損失超過了向下推開氣流帶來的升力，導致升力急劇下降。失速本身並非失去了運動速度，而是失去了通過機翼的氣流的相對速度帶來的升力。失速通常來自於攻角過大，而加大攻角的同時飛機的阻力也會急劇上升，速度快速下降（向下推開氣流的升力也因此劇烈損失），所以有時會被誤會爲失去了速度和控制，導致下墜。
舊式人工線纜控制舵面的飛機很容易在劇烈拉桿（現代飛控通常都有安全限制）的時候產生過大迎角至機翼單邊失速，造成升力不平衡而側滑，結合劇烈損失速度，致尾旋（失去速度和控制螺旋下墜），在這個情況發生前很明顯的徵兆就是紊流造成的劇烈抖動。

這部份對於失速與紊流的描述不正確，紊流是非常普遍的流體現象，一個正常飛行的機翼表面大概有40-60%都是紊流。在某些飛機的表面甚至會刻意安裝紊流產生器，但原因我就不多談了。

你所說的高迎角的問題來自氣流分離，失速時發生的抖動不是由於紊流，而是氣流分離的程度震盪所致。實際上，紊流比層流(laminar flow)能承受更高的迎角而不分離。失速是來自氣流分離導致升力大幅減弱沒錯，但"流體壓力差帶來的升力所受到的損失超過了向下推開氣流帶來的升力"這部分我不太理解，因為當失速發生時氣流也失去了向下推開氣流的能力，這和機翼表面的壓力差是一體兩面。失速發生時阻力不會急遽上升，飛機速度也不會突然下降，事實上失速的同時一邊加速是完全有可能的。

震顫通常有兩個來源（或者三個）
1失速現象發生前紊流導致的震顫。
2速度接近音速的時候，局部氣流超音速，造成激波，導致震顫
3如果飛機設計不合理，機翼的剛度不夠，在轉向等操作改變迎角的時候機翼受力產生反覆的彈性形變（在正常飛機上不可能）

所謂的震顫有很多原因，除了失速前的震顫，你說的來源2稱為buffet，並不是單純因為局部氣流超音速 (商用飛機在巡航時機翼上表面基本上都是部分超音速的) 而是再提升速度時機翼表面的shock本身開始震盪並導致機翼在低攻角時產生部分失速/氣流分離的現象。
來源3叫做flutter，是機翼彈性形變->攻角改變->受力改變->機翼再形變的循環，加上兩者的自然震盪頻率正好吻合時產生的破壞性現象。當然，如果機翼堅硬到完全不形變就不會有這問題，但實際上設計時的重點在於讓兩著的震盪頻率錯開，而不是單純的增加機翼剛性。flutter的發生也和轉向或迎角改變沒有特別關聯，如果設計不良，一臺飛機可以在平穩地到達一定速度時就產生flutter。

先科普到這邊就好，打字好累 
如果有和飛行器設計和空氣動力學相關的問題我可以盡量回答。

最后修改： peter860321 (昨天 04:56:54)

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