滑翔机(glider)与绞盘车
滑翔机基本认识
滑翔机(glider),没有动力装置,重于空气的固定翼航空器。
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在无风情况下,滑翔机在下滑飞行中依靠自身重力的分量获得前进动力,这种损失高度的无动力下滑飞行称滑翔。在上升气流中,滑翔机可像老鹰展翅那样平飞或升高,通常称为翱翔。滑翔和翱翔是滑翔机的基本飞行方式。现代滑翔机主要用于体育运动,分初级滑翔机和高级滑翔机。前者主要用于训练飞行,后者主要用于竞赛和表演。滑翔机具有与飞机显著不同的狭长机翼,机身外形细长,呈流线体。机体表面光滑,甚至打蜡,藉以提高升阻比,减小滑翔飞行中的下滑角。衡量滑翔性能优劣的参量称滑翔比(前进距离与下沉高度之比),滑翔比与升阻比的数值相等。现代高级滑翔机的升阻比已超过50。
滑翔机发展简史
人类很早就憧憬象鸟一样在空中飞翔。15世纪的伟大艺术家、发明家达芬奇曾设计过一种扑翼机,设想人趴在上面,用手脚带动一对翅膀飞起来。古代的中国人,希腊人、巴比伦人和印度人也作过类似的尝试。但人没有类似鸟的肌肉和骨骼,所以他们的理想无法实现。
空气动力学之父——乔治凯利
1801年,英国的乔治凯利爵士研究了风筝和鸟的飞行原理,于1809年试制了一架滑翔机。他记述说:滑翔机不断地把他带起,并把他带到几米外的地方。但在后来的试验中,这架滑翔机被撞毁了。1847年,已是76岁的凯利制作了一架大型滑翔机,两次把一名10岁的男孩子带上天空。一次是从山坡上滑下,一次是用绳索拖曳升空,飞行高度为2─3米。4年后,由人操纵的滑翔机第一次脱离拖曳装置飞行成功,凯利的马车夫迟为第一个离地自由飞翔的人,飞行了约500米远。
凯利对飞行原理、空气升力及机翼的角度、机身的形状、方向舵、升降舵、起落架等都进行了科学的研究和试验,他首次把飞行从冒险的尝试上升为科学的探索。
奥托李林塔尔:最早设计和制造出滑翔机
李林塔尔为德国工程师和滑翔飞行家,世界航空先驱者之一。他最早设计和制造出实用的滑翔机,人称“滑翔机之父”。
李林塔尔1848年5月23日出生于安克拉姆,1896年8月10日死于柏林。他酷爱飞行,青少年时曾搞过“飞人”实验,成年之后,他以业余时间系统观察飞鸟,1889年,李林塔尔写成了著名的《鸟类飞行??航空的基础》一书,论述了鸟类飞行的特点。
李林塔尔善于创制仪器,进行航空实验来验证观察的结果。李林塔尔注意积累数据,总结经验,纠正了前人“多层叠置窄条翼”的片面做法,第一次提出了“曲面机翼比平面机翼升力大”的观点,为后来飞机的发明成功作出了决定性的贡献。
从1871年起,他就热衷于研究和制造滑翔机,他利用所有余暇研究空气动力学、试制飞机和驾机试飞。他所著《鸟类飞行是航空的基础》一书被后来的飞行探索者奉为经典之作。他于1891年制作了第一架固定翼滑翔机,两机翼长7米,用竹和藤作骨架,骨架上缝着布,人的头和肩可从两机翼间钻入,机上装有尾翼,全机重量约2公斤,很象展开双翼的蝙蝠。他把自己悬挂在机翼上,从15米高的山岗上跃起,用身体的移动来控制飞行。滑翔机的在气流作用下,轻盈地滑翔,在90米外安全降落,从而肯定了曲面翼的合理性。这是世界上第一架悬挂滑翔机。1891─1896年间,李连塔尔共制作了5种单翼滑翔机和2种双翼滑翔机,先后进行了2000多次飞行试验。1896年8月9日,他驾驶滑翔机在里诺韦山遭遇强风而坠落,次日死去。他留给后人的最后一句话是:必须作出牺牲。
在1893到1896年的三年内,李林塔尔进行了两千次以上的滑翔飞行试验,三次改进总体布局,滑翔中又拍了许多照片,积累了大量数据,并以此编制了《空气压力数据表》,给美、英、法等国的飞机制造者们提供了宝贵的资料。
1894年,李林塔尔从柏林附近的悬崖上起飞,成功地滑翔了350米(1150英尺)远,这在当时是一个惊人的成绩。他仔细地将自己的成就记录下来,使之成为航空史上最早的飞机性能记录之一。
但是李林塔尔过于重视升力,而忽视了对飞机的操纵。他认为改变身体重心的位置是保持飞机稳定的唯一办法,这一失误对他来说是致命的。1896年,李林塔尔在飞行中突然遇到迎面突风,在他还未来得及将重心前移以使滑翔机低头之前,便和飞机一同坠落到了地面。
李林塔尔于失事的当天去世。德国人为了纪念他的功绩,为李林塔尔树立了一座纪念碑,上面写着“最伟大的老师”。
李连塔尔虽然死了,但他给后人留下的遗产是巨大的。后来的飞行探索者,包括第一架动力飞机的发明者莱特兄弟,都从李连塔尔的研究试验成果和勇敢探索精神中吸取了宝贵的营养。
20世纪后的发展
1914年德国人哈斯研制出第一架现代滑翔机,它不仅能水平滑翔,还能借助上升的暖气作爬高飞行,并且其操纵性能更加完善。从此,滑翔机进入了实用阶段。在第二次世界大战期间,滑翔机曾用来空降武装人员人员和运送物资。今天它主要用于体育航空运动。
第一次世界大战后,滑翔机的操纵方式已与飞机相似,即用驾驶杆操纵升降舵和副翼,用脚蹬操纵方向舵。在第二次世界大战中,大型滑翔机曾经用来向敌后空运武装人员和物资。尽管其载重量比较小(最大的不超过6吨),由于没有采用动力,可以利用夜间飞越严密设防的战线而不被查觉。
滑翔机基本构造
滑翔机具有与飞机显著不同的狭长机翼(即较大的机翼展弦比),机身外形细长,呈流线体。高级滑翔机的机翼展弦比可达30以上,在设计上趋向于驾驶员躺卧舱中,以便减小机身截面积。机体表面光滑,甚至打蜡,借以提高滑翔机的升阻比,减小滑翔飞行中的下滑角。人们常用滑翔比(滑翔中前进距离与下沉高度之比)来衡量滑翔性能的优劣。由滑翔飞行的平衡关系可知,滑翔比与升阻比相等。现代高级滑翔机的升阻比最高已超过50。有的滑翔机机翼上还装有可操纵打开的减速板,用于在必要时增加阻力,或是在着陆下滑时调整下滑角,以便在指定地点准确着陆。动力滑翔机装有小型辅助发动机,不须外力牵引即可自行起飞,当到达预定高度时关闭发动机进行基本的滑翔飞行。动力滑翔机可提高训练飞行的效率和安全性。
现代滑翔机采用强度高、重量轻的材料制造。主要结构材料有:木材、层板、织物、铝合金和玻璃钢等。70年代以后出现了用碳纤维复合材料造的高级滑翔机。现代悬挂滑翔机的机翼大多为伞翼(图2),其平面形状为三角形或矩形,在锥形骨架上铺有不透气的合成纤维布料。
滑翔机基本原理
飞机必须以升力克服重力,以推力克服空气阻力才能飞行。飞机产生升力是藉著机翼截面拱起的形状,当空气流经机翼时,上方的空气分子因在同一时间内要走的距离较长,所以跑得较下方的空气分子快,造成在机翼上方的气压会较下方低。如此,下方较高的气压就将飞机支撑著,而能浮在空气中。这就是所谓的伯努利(十八世纪荷兰出生,后来移居瑞士的数学与科学家)原理。
根据伯努利原理,飞机速度愈快,所产生的气压差(也就是升力)就会愈大,升力大过重於重力,飞机就会向上窜升。滑翔机没有引擎的动力,它可以靠四种方式升空:(1)弹射器—将滑翔机架设在弹力绳并向後拉,由驾驶员给予讯号後释放绳索而弹射出去。(2)汽车拖曳—将滑翔机系绳於车上拖曳达适当高度後,驾驶员将绳索松开。(3)绞车拖曳—与汽车拖曳相似,只是利用固定在地上以马达驱动的绞车来拉滑翔机。(4)飞机拖曳—以另一部有动力的飞机拖至一定的高度後,滑翔机脱离而自由翱翔。