航空模型空气动力学基础理论.pdf

航空模型空气动力学 航空模型空气动力学 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 友威无人机设备技术有限公司 2008-1-26 1 航空模型空气动力学 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 升力 推力 阻力 重力 圖1-1 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 ﹞。 友威无人机设备技术有限公司 2008-1-26 2 航空模型空气动力学 Y軸 (偏航軸) Z軸(俯仰軸) (滾轉軸) X軸 圖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