滑翔伞三角翼热气流飞行原理教学(中文)提高热气流辨别及盘升技术

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一、飞行原理部分

7.17翼展与平均气动弦长之比称为展弦比。
7.18机翼翼弦与相对气流所夹的角叫做迎角。
7.19飞行中，升力是机翼上下表面压力差形成的。
7.20影响机翼产生升力的因素有空气密度，气流速度，机翼面积，翼型和迎角。
7.21写出升力公式：
升力公式: A =  1/2 ? v2 CA F
升力 = 1/2 x空气密度x速度2x升力系数x投影面积
CA =升力系数(依翼形和攻角不同而异)，?=        空气密度，        F=投影面积，        v=速度
7.22最大升力系数的迎角叫做临界迎角。
7.23空气动力沿气流方向的分力阻碍飞机在空中前进的力称为阻力，阻力可分为摩擦阻力、压差阻力、诱导阻力。
7.24影响机翼产生阻力大小的因素有空气密度，气流速度，机翼面积，翼型，机翼表面光滑度，迎角。
7.25
7.26升阻比是升力和阻力之比。
7.27滑翔伞各部分重力合力着力点叫滑翔伞的重心。
7.28滑翔伞纵向、横向、水平运动都围绕重心进行。
7.29从滑翔伞通过重心的轴叫做纵轴。
7.30从滑翔伞的左边到右边，通过重心并和纵轴垂直的轴线叫做横轴。
7.31从上到下，通过滑翔伞重心并垂直于纵轴和横轴的轴线叫做立轴。
7.32试述高度的种类及其定义？
绝对高度：飞行器到海平面的垂直距离，简称绝对高度。
相对高度：飞行器到机场平面的垂直距离，简称相对高度。
真实高度：飞行器到正下方地面的垂直高度，简称真高度。
标准气压高度：飞机到760毫米水银柱高的气压面的垂直距离。

滑翔伞初级飞行技术（1）

走进滑翔伞世界

　　滑翔伞是在降落伞技术领域冲压翼伞理论基础上，延伸发展起来的一种柔性翼悬挂滑翔飞行器。滑翔伞具有高升阻比气动性能；优良的滑翔能力，良好的稳定性和操纵性，并能向传统的降落伞一样方便地折叠包装，具有体积小、重量轻、便于携带搬运的特点。, g* x$ `$ N0 m: M9 p
　　滑翔伞与其他类型的个人飞行器相比，其结构最为简单，飞行操纵技术易学，安全性较好，尤其是不许专用场地和使用任何运载工具 ，从坡度和风向适宜的山坡上即能起飞进行滑翔飞行。
# f! I# S4 f- I  B' [! i( I! x　　滑翔伞能为众多渴望飞翔的人们插上翅膀，实现了飞行夙愿。当今世界各国有近百万的飞行者投入滑翔伞运动，在众多航空运动项目中，它已成为参加人数最多，普及范围最广的航空体育运动。我国自1989年开展滑翔伞运动以来，全国已成立了50多个滑翔（航空）俱乐部，近万名飞行爱好者体验了滑翔伞飞行，其中有千余人取得了由中国航空运动协会颁发的滑翔伞飞行员等级证书。每年数次在全国各地举办的滑翔伞比赛和飞行表演活动，及宣传普及了航空科技知识，同时也扩大了滑翔伞运动的影响，从而吸引了越来越多的航空爱好者和青少年，投身到此项具有挑战性、探险性、娱乐性和趣味性的飞行活动中来。需要指出的是：滑翔伞运动是科技含量较高，并具有一定风险的运动。
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滑翔伞的结构

　　滑翔伞主要由翼形伞衣、伞绳、操纵系统、背带系统等主要部分组成。. F  f* H$ S+ K5 o' [$ p
 

• 翼形伞衣  

滑翔伞的伞衣有上翼面、下翼面和沿展向分布的数十个成形肋片（翼肋）构成。伞衣前缘部分有一定尺寸的开口（进气口）；而后缘则完全封闭。这样，由上、下翼面和左右肋片构成一个个气室。当伞衣与空气做相对运动时， 空气由进气口进入气室，在空气冲压力的作用下，在内腔产生一定压力使伞衣成形并保持一定的刚性。翼肋上大小不等的空洞则使各气室间的空气可沿展向流动，以平衡整个伞翼的内部压力和便于充气。　　早期的矩形或梯形伞衣的两侧翼尖还各有一个稳定幅，用以提高滑翔伞的方向稳定性。现在的伞翼大多采用椭圆形状，以减少阻力和提高滑翔性能，该稳定幅已由下拉的翼尖部分所取代。
! l" k+ \\' m$ q) b1 k+ Z) t　　翼形伞衣是产生升力将滑翔员支持在空中进行滑翔飞行的重要承载部件。升力的大小与伞翼外形、面积大小，翼形形状以及气流的相对角度（攻角）有密切关系。
) d# t. _$ p2 T  \\' O2 k0 N# @3 h% Y, `　　早期的伞衣用色彩鲜艳不透气的抗撕裂图层尼龙织物缝制。而今的伞翼为了减轻重量、提高表面光洁度和硬挺度（以减小空气摩擦阻力、减小变形和改善充气性能），多采用双面涂层、抗紫外线辐射的抗撕裂涤纶聚酯织物缝制。7 s. x: n0 [& Y9 W$ c

• 伞绳

　　伞绳用于起支撑悬挂作用，是伞衣与背带、操纵系统相连接的传力构件。伞绳由前往后分为3～4组(称A、B、C及D组)，在伞衣中心轴两侧呈对称分布。伞绳上端通常以Y形的分叉在伞衣下翼面与伞衣相连接；下端则通过金
/ J2 v+ @# s" G; f/ y属的快卸环(扣)与前、后操纵带相连接。伞衣与伞绳的连接点，根据设计要求以保持良好的翼面形状和受力状况进行布置，其长度则按照操纵稳定性及保持攻角的要求确定。
' K$ g1 J) m" l1 g2 j: T+ {　　早期滑翔伞的伞绳多用常规降落伞使用的绵丝绳。为减小变形和阻力，减轻重量，现基本上都采用直径小、强度高、变形小的Kevlar或Spectra材料的伞绳。
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• 操纵系统

　　滑翔伞的操纵系统由操纵带、操纵绳(刹车绳)和套圈(操纵棒)等构成。整个操纵系统在伞衣中心线两侧呈对称分布，左、右操纵绳上端也呈Y形，并有多个与伞衣后缘相连接。左、右操纵带各分为前后两根。前操纵带上端与A、B组伞绳通过快卸环相连接；后操纵带上端也用快卸环与C、D组伞绳相连接。也有的滑翔伞将D组伞绳与后操纵带连接，而C组伞绳则通过与前、后操纵带相连的一根过渡带相连接。
" a+ E7 Q& G( D# |　　现在滑翔伞上通常都装有一套用脚操纵的加速系统。它的作用是在飞行中需要时用以增大飞行速度。加速系统的操纵绳上端连接在前操纵带上，通过一定传动比的滑轮系统去拉下伞衣前缘，减小攻角。下端则通过背带系统座椅两侧的环扣引向前方，与金属的脚蹬杆相连接。" b) ?; P+ x- N

• 背带系统  

　　背带系统也称座带或吊带，它是将飞行员人体固定并与整个伞系统相连接的承力构件。背带系统主要由背带(包括肩带、胸带、腰带和裆带)、背垫、座垫以及金属环扣和快卸锁等组成。滑翔伞的背带系统有4种基本形式：立式、座式、仰卧式和可操纵式。其中立式背带沿袭了传统降落伞背带样式，结构最为简单，重量轻，但由于它对人体重量缺乏足够的支携，故不适于长时间滑翔飞行，现已被淘汰。座式背带是最常用的一种样式，它对人体有充分的支撑，飞行时较为舒适。仰卧式背带在飞行中可使飞行员处于半躺状态， 背部、双腿以至头部都可得到有效支撑和放松，比座式背带更舒适。三操纵带(或四操纵带)的可操纵式背带允许飞行员在飞行中采用前倾或后仰方式对伞衣进行操纵，因操纵技术较复杂，不适于初学者，一般为技术较熟练的高性能滑翔伞飞行员所用。" G* v' y" @2 i
　　对背带系统的设计要求主要是应考虑它的舒适性和安全性。舒适性要求结构尺寸应符合人体外形和在飞行中能使人体最大限度地处于放松状态，以减少疲劳；安全性则要求在飞行员不能保持站立着陆，或在着陆时跌倒、碰到障碍物，或被拖曳时能对人体加以有效保护。所以现代背带系统在座位下部充填有较厚的海绵橡胶、更先进的一种则加装了可充气的座垫；在背垫中装有固定或活动式的玻璃钢背部护板，增强了对人体背部和脊柱的防护功能。
. V$ U) L4 X8 M1 k' c2 {　　除此之外，背带系统上还设有放置救生伞和配重水袋(重物)等的空间。
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滑翔伞的飞行原理

• 滑翔伞飞行时的受力情况

　　滑翔伞能够在空中飞行，是当它的翼型伞衣与空气作相对运动时，由于空气的作用，会在伞衣上产生空气动力的缘故。; a9 b2 Q% b/ |0 d  H6 i  c! C
　　我们可以看一下滑翔伞在静止空气中作稳定滑翔时的受力情况(图1-1)。此时伞衣上垂直向上的空气动力量与垂直向下的系统的总重量w(飞行员、滑翔伞及所有装备重量之总和)相平衡，滑翔伞沿着向下倾斜的轨迹作等速直线运动。. l2 u1 A  y. n% d
　　由于空气动力R和重力w均为矢量，所以我们可以将它们按平行四边形法则进行分解。气动力R可以分解为与滑翔轨迹相垂直的升力Y和与滑翔轨迹相平行的阻力Q；同理,重力w也可以分解为w1和w2两个分力.此时作用在伞衣上的所有力仍然是平衡的，即Y=w1；Q=w2。由此可见，升力Y平衡重力分力W1，所以能把我们支持在空中；重力W2则平衡阻力Q，可使滑翔伞在空中沿飞行轨迹作等速下滑运动。
7 N6 p$ E( t7 b  p　　如果空气动力R与重力w不相平衡，则滑翔伞在空中就作加速(或减速)运动，使R与w达到新的平衡为止。飞行中重力w是滑翔伞系统所固有的，空气动力配则会随速度不同而变化的。
+ A6 Y" Q9 p  H4 n$ ~" h0 B　　那么，滑翔伞上的空气动力R，即升力Y和阻力Q是怎样产生的呢?9 S' a/ Q* d, E7 c$ f' L

• 升力的产生

　　为了弄清翼型伞衣升力产生的原因，我们需要先了解空气在低速流动下的基本特性——连续性定理和流速与压力的关系。& k! R' j. n. R* c5 D4 d
　　在物理学中，气体和液体通称为流体。在很多情况下它们有共同的性质——流动性、粘性和压缩性。流体连续性定理：当流体稳定的流过一个截面粗细不等的管子时，在单位时间内从管子一端流入的流体质量和从另一端流出的流体质量都是相等的，也就是说，在单位时间内流过管子内任一截面处的流体质量都是相等的。因此，在截面大的地方流体速度低；在截面小的地方流体速度高。, D: s1 T0 a1 A9 ?
　　如果我们再对不同截面处流体对管壁的压力进行测量就会发现：流速快的地方压力低，而流速慢的地方压力高，这就是流体力学中的伯努里定理的基本内容。（如图1-2）* q+ n) `( d. l$ ~4 ]8 g: w6 W# l
　 根据上述的流体连续性定理和伯努里定理，我们就可以进一步讨论滑翔伞翼型伞衣产生升力的原因。
- d8 v! X2 r6 q3 T3 ?　　翼型伞衣空气动力特性主要取决于它的平面形状、翼型以及相对于气流的角度。在平面形状确定之后，其空气动力特性主要取决于翼型。: `! n6 c- l$ d0 X0 D
　　如图1-3所示翼型伞衣在充气后的横截面，即翼型相对于气流运动的情况。当气流绕过翼型上、下表面流动时，由于上翼面弯度大、下翼面弯度小(基本为直线)，并与气流方向有一定的角度。根据流体连续性原理和伯努里定理，稳定流动的气流流过一翼面时，受拱起的上翼面挤压作用，流线变密，流速比前方的气流速度大，故压力降低；而流过下翼面的气流，流线变疏、流速成慢，压力增大。因此在伞衣上、下表面出现压力差，这个压力差的合力即为空气作用于伞衣上的总空气动力R，其方向垂直向上。如按前述方法将气动力R进行分解，则R与相对气流方向(即下滑轨迹方向)垂直的分力，就是升力Y。% @# ^$ @" V7 e! n$ @  N
　　决定翼型伞衣升力大小的因素主要有：气流速度、空气密度、伞衣面积、翼型和伞衣攻角等。现分述如下：
3 Q$ E' [; B/ f+ p, {: U8 `　　气流速度(V)：速度是决定升力大小的一个重要因素，如果没有速度，即滑翔伞与空气没有相对运动，则伞衣上下表面的压力差为零，所以也就不会产生升力。实验结果表明：在其它条件相同的槽况下；升力大小与速度的平方成正比。为了提高与气流相对运动速度，通常滑翔伞采用逆风起飞，以增大升力，缩短起飞助跑距离。, d, c  r; h, \\$ G7 S$ T  F
　　伞衣面积(S)：升力由伞衣上下压力差产生，所以理论上伞衣面积越大，升力也就越大。但由于滑翔伞伞衣由柔性的纺织材科制成，依靠冲压空气成形，出于结构上的原因既要保证充气刚性，又要保持一定的翼载荷保证飞行性能，不能象刚性机翼那样做得太大。
/ [  z2 v5 U$ h% \\　　空气密度(P)：气流压力与密度成正比。密度增大时，升力也增加；密度减小时，升力也下降。翼型：翼型不同，气流流过上下表面的流线情况也不同。在一定范围内，翼型的弯度和厚度越大，引起上下表面的压力差也大，故升力也越大。4 Y6 I0 S7 u5 g/ t
　　攻角，也称迎角(α)：在翼型确定之后，升力的大小取决于翼型与相对气流的角度。滑翔伞主要角度如图所示。我们将翼型前线与后缘用直线相连接，称为翼弦，通常用翼弦来计量各个角度。翼弦与相对气流(或滑翔飞行轨迹)之间的角度α称之为攻角或迎角。所有的滑翔伞伞衣的攻角都有一个极限范围，攻角太小易进入府冲，攻角太大则会产生“失速”。任一具滑翔伞伞衣的攻角在设计时已由设计人员确定在一合适的位置上，通过伞衣上的伞绳长度来控制。当我们需要改变攻角时。通常是拉下前操纵带去降低伞衣前缘，或放下操纵绳或后操纵带去降低后缘。另外的两个角度是姿态角i和滑翔角b。姿态角i是翼弦与水平线之间的夹角；滑翔角b是滑翔飞行轨迹与水平线之间的夹角。b大，则滑翔轨迹将变陡，滑翔性能越差。
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• 滑翔伞的阻力

　　当物体与空气有相对运动时，都会受到空气的阻力。滑翔伞在空气中运动时所受到的阻力主要有形状阻力、翼型阻力、平度阻力、切口阻力和诱导吸力五种，前四种阻力合称：“废阻力”，而诱导阻力则是伴随升力的产生而发生的，是一种伴生阻力。现分述如下：$ z8 e& ^9 ?  p4 C) {
形状阻力：这里主要指人体和伞绳相对于空气运动时产生的阻力。现代滑翔伞为了提高滑翔性能，加大了伞衣的长宽比(即翼展与翼弦的比值，也称展弦比),同时为了保持分翼具有良好的外形，必须增加伞绳的根数，从而大大增加了伞绳在气流中的阻力面积，为了达到减小伞绳阻力的目的，往往都采用直径很细的伞绳(直径通常为1~1.2毫米)和伞绳分叉技术。
: N6 J) c& a& |! v- F" Y! [翼型阻力：伞衣在空气中运动时产生，主要包括摩擦阻力和压差阻力两部分。摩擦阻力是空气微团与伞衣表面相摩擦，由于空气的粘性，阻滞气稳流动而产生。压差阻力则是由于伞衣上下表面的压力差而产生。- V! Q) |9 I. Z0 d$ m+ S
平度阻力和切口阻力：滑期伞伞衣由冲压空气充压而成。由于气室内部压力的作用，柔软的上下表面总会有所凸起，造成表面的不平整，从而产生不平度阻力。现代滑翔伞为减小不平度阻力，通常采取增加气室数量的办法来解决。此外，滑翔伞的进气口是将翼型前缘切去一部分形成的，由切口形成的阻力在早期的初级滑翔伞上约占全部阻力的30％左右，目前滑翔伞多数采用减小切口高度和两端翼尖气室前缘一部分不开切口的结构，切口阻力已大大减小。
' y' ]7 G/ `% w( @* L3 f) h) E# V诱导阻力：这是随升力而产生的阻力，原因是由于翼型后部升力向上和向后的分力作用和翼尖部分上下压力差的存在，使气流绕过两端翼尖向上翼面流动，从而使空气团旋转而形成旋涡，当旋涡从翼尖向后流动时，会带动和诱使四周空气随之旋转，越靠内旋转越快。通常降低诱导阻力的措施是增大展弦比和改变伞衣的平面形状。所以这也是现代滑翔伞伞衣采用椭圆形状的重要原因。9 B& l  i3 X5 t3 h7 ?5 w( P

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