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航太科技講義 第一章基礎物理 本章介紹一些基本物理觀念，在此只能點到為止，如果你在學校已上過了或沒興趣學，請跳過這一章直接往下看。 第一節速度與加速度 速度即物體移動的快慢及方向，我們常用的單位是每秒多少公尺﹝公尺/秒﹞ 加速度即速度的改變率，我們常用的單位是﹝公尺/秒/秒﹞，如果加速度是負數，則代表減速。 第二節牛頓三大運動定律 第一定律：除非受到外來的作用力，否則物體的速度(v)會保持不變。 沒有受力即所有外力合力為零，當飛機在天上保持等速直線飛行時，這時飛機所受的合力為零，與一般人想像不同的是，當飛機降落保持相同下沉率下降，這時升力與重力的合力仍是零，升力並未減少，否則飛機會越掉越快。 第二定律：某質量為m的物體的動量(p = mv)變化率是正比於外加力 F 並且發生在力的方向上。 此即著名的 F=ma 公式，當物體受一個外力後，即在外力的方向產生一個加速度，飛機起飛滑行時引擎推力大於阻力，於是產生向前的加速度，速度越來越快阻力也越來越大，遲早引擎推力會等於阻力，於是加速度為零，速度不再增加，當然飛機此時早已飛在天空了。 第三定律：作用力與反作用力是數值相等且方向相反。 你踢門一腳，你的腳也會痛，因為門也對你施了一個相同大小的力 第三節力的平衡 作用於飛機的力要剛好平衡，如果不平衡就是合力不為零，依牛頓第二定律就會產生加速度，為了分析方便我們把力分為X、Y、Z三個軸力的平衡及繞X、Y、Z三個軸彎矩的平衡。 軸力不平衡則會在合力的方向產生加速度，飛行中的飛機受的力可分為升力、重力、阻力、推力﹝如圖1-1﹞，升力由機翼提供，推力由引擎提供，重力由地心引力產生，阻力由空氣產生，我們可以把力分解為兩個方向的力，稱 x 及 y 方向﹝當然還有一個z方向，但對飛機不是很重要，除非是在轉彎中﹞，飛機等速直線飛行時x方向阻力與推力大小相同方向相反，故x方向合力為零，飛機速度不變，y方向升力與重力大小相同方向相反，故y方向合力亦為零，飛機不升降，所以會保持等速直線飛行。 ? 彎矩不平衡則會產生旋轉加速度，在飛機來說，X軸彎矩不平衡飛機會滾轉，Y軸彎矩不平衡飛機會偏航、Z軸彎矩不平衡飛機會俯仰﹝如圖1-2﹞。 第四節伯努利定律 伯努利定律是空氣動力最重要的公式，簡單的說流體的速度越大，靜壓力越小，速度越小，靜壓力越大，這裡說的流體一般是指空氣或水，在這裡當然是指空氣，設法使機翼上部空氣流速較快，靜壓力則較小，機翼下部空氣流速較慢，靜壓力較大，兩邊互相較力﹝如圖1-3﹞，於是機翼就被往上推去，然後飛機就飛起來，以前的理論認為兩個相鄰的空氣質點同時由機翼的前端往後走，一個流經機翼的上緣，另一個流經機翼的下緣，兩個質點應在機翼的後端相會合﹝如圖1-4﹞，經過仔細的計算後發覺如依上述理論，上緣的流速不夠大，機翼應該無法產生那麼大的升力，現在經風洞實驗已證實，兩個相鄰空氣的質點流經機翼上緣的質點會比流經機翼的下緣質點先到達後緣﹝如圖1-5﹞。 ? 我曾經在雜誌上看過某位作者說飛機產生升力是因為機翼有攻角，當氣流通過時機翼的上緣產生”真空”，於是機翼被真空吸上去﹝如圖1-6﹞，他的真空還真聽話，只把飛機往上吸，為什麼不會把機翼往後吸，把你吸的動都不能動，還有另一個常聽到的錯誤理論有時叫做子彈理論，這理論認為空氣的質點如同子彈一般打在機翼下緣，將動量傳給機翼，這動量分成一個往上的分量於是產生升力，另一個分量往後於是產生阻力Y翼及內凹翼在攻角零度時也有升力，而照這子彈理論該二種翼型沒有攻角時只有上面”挨子彈”，應該產生向下的力才對啊，所以機翼不是風箏當然上緣也沒有所謂真空。 伯努利定律在日常生活上也常常應用，最常見的可能是噴霧殺蟲劑了﹝如圖1-8﹞，當壓縮空氣朝A點噴去，A點附近的空氣速度增大靜壓力減小，B點的大氣壓力就把液體壓到出口，剛好被壓縮空氣噴出成霧狀，讀者可以在家裡用杯子跟吸管來試驗，壓縮空氣就靠你的肺了，表演時吸管不要成90度，傾斜一點點，以免空氣直接吹進管內造成皮托管效應，效果會更好。 第二章飛機各部名詞 飛機各部名詞 第三章翼型 第一節翼型介紹 飛機最重要的部分當然是機翼了，飛機能飛在空中全靠機翼的浮力，機翼的剖面稱之為翼型，為了適應各種不同的需要，航空前輩們發展了各種不同的翼型，從適用超音速飛機到手擲滑翔機的翼型都有，翼型的各部名稱如﹝圖3-1﹞，100年來有相當多的單位及個人做有系統的研究，與模型有關的方面比較重要的發展機構及個人有： NACA：國家航空咨詢委員會即美國太空總署﹝NASA﹞的前身，有一系列之翼型研究，比較有名的翼型是”四位數”翼型及”六位數”翼型，其中”六位數” 翼型是層流翼。 ２易卜拉：易卜拉原先發展滑翔機翼型，後期改研發模型飛機翼型。 ４哥庭根：德國一次大戰後被禁止發展飛機，