第三十四节 飞将军一号

话糙理不糙 / 著投票加入书签

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    飞将军一号

    验证了这个可行性以后,李治便开始着手设计制作这个滑翔机本身。设计要求是:能把自己和70公斤的人送上000米高的天空,在马匹拖拽速度20-0公里每小时的条件下,就可以维持浮空。

    考虑到骑兵本身的机动力,每天可以来回一百五十里以上,那么李治的滑翔机警戒系统,最大可以获知队伍周围两百五十里半径内的情报。考虑到观测效果和局部地形给打个折,那两百公里总可以保证吧!想一想你在中古时代就有这么一个强大的雷达预警系统……

    你就算打不过,逃跑那是一点问题都没有啊!

    决定开展这个项目以后,首先让我们一下固定翼飞机升力的理论基础。

    当流体被不对称的物体分为两边流动时,流速的差异,会带来压力的变化。一个简单的原则,流速快的地方,压力变小。因此机翼的形状沿流体流动方向和垂直方向的平面破开,总是下部平直,上部弯曲凸出。

    是不是平直的地方流速会变快呢?因为它对流体的阻力小啊。

    这个问题是有边界条件的。比如你说,一个细管子和粗管子,那个管子通过流体的能力大呢?当然是粗管子,没有错吧?

    但是管子粗恰恰说明,相同的流量条件(这个条件就是所谓的边界条件)下,它的流速慢!

    如果不懂得流体力学中压力分布的原理,乍一去,会使人觉得上部凸出的表面,因为受到的阻力更大,反而会使机翼受到向下的压力吧!可是实际情况恰恰是相反的哦。

    这个道理与火车站台的安全线的原理也有体现:当火车快速驶入站台,带动的高速气流会使火车附近的气压变低,人便会被气压推向火车,这是很危险的。

    这个基本原理确定之后,下一步,就是在数量上加以解释了。

    按照固定翼飞机机翼的升力原理,一个典型的机翼面,拥有这样的参数(显然与具体机翼形状有关,仅取一个典型数据),这个参数有两个,一个是沿着气流方向的,水平方向的阻力,这个系数用cd表示;一个是垂直气流方向,由机翼平面向机翼凸面的的升力,这个系数用cl表示。它们都是数据比率,是一个无量纲的量(实际你可以给它一个单位,但并没有实际意义)。等于升力(阻力)除以二分之一流体密度,机翼面积和速度平方的乘积。(si)

    &nbd)。它的值表示了空气动力学性能,数值越大,表示飞行性能越好。具体的表现就是飞起来更省推力,消耗小之类。

    这个比值除了与机翼形状有关,还与机翼与气流的角度(飞行学上这个叫做攻角)有关。对与滑翔机而言,在固定速度下,升阻比于滑翔比是相同的。滑翔机的一个典型数据是0:到60:之间。

    以60:的比例来说,滑翔机每下降一米,它就会向前滑翔60米。当然这是最好的数据,一边来说,40:左右就不错了。

    升阻比还与速度倒数的二次方有关,说明速度越快,它会变小。同样,速度很慢的时候,因为阻力会产生很大的诱导阻力,升阻比又会变小。

    对于不同鸟类,麻雀的升阻比只有4,而信天翁科的升阻比为20——正如你所知道的,这才是一种长途飞行的鸟类。

    对滑翔机而言,一个很明显的区别于飞机的特征,就是它具有特别大的展弦比(机翼沿飞机横向长度比机翼宽度)。直观上讲,就是它的机翼又细又长……

    高级滑翔机的展弦比会高达0甚至更大。

    需要特别提出的是,此处设计的滑翔机,是“地面动力”滑翔。如果是单纯的滑翔,则可以直接使用很多模型飞机设计的数据,比如三角伞翼悬挂滑翔机。利用上升气流,悬挂滑翔机可以滞空很长的时间。现有的悬挂滑翔记录是50公里,9小时。(这个速度也是很慢)

    以模型滑翔机为例,一般最长时间留空速度在5米/秒左右,这个速度对军事侦察来说,实在是太慢了。因此这里要选择留空速度高一点的牵引滑翔。

    这里使用的数据是,升力系数0,阻力系数002。

    (来自于naca202翼形在雷诺数6x0e6下攻角5度下的数据,雷诺数是一个描述流体混乱涡流程度的指标,它同此章出现的无数数据一样,简而言之就是太大太好都不行,要在某范围内最好。也许这不是此处最好的选择,还请经验丰富的模型界人士轻拍)

    滑翔机的巡航速度是0m/s,等同于每小时6公里,这个速度别说对于蒙古马来说不在话下,就是人类也能跑的更快。

    滑翔机的阻力还要加上乘客舱的空气阻力。在这里有另外一个公式,就假设这个乘客舱加工比较粗糙,和小汽车的空阻力系数0相仿。这个阻力等于05倍空气密度乘以阻力系数乘以截面积乘以速度的平方,而截面积算07平方米,差不多是成年人上半身正面截面。

    至此,滑翔机设计的数据已经全部齐全了,我们再重复一下:

    需求:总重0公斤。

    巡航速度0m/s。

    使用翼形:

    升力系数0,阻力系数002,截面积07,空阻系数0(高展弦比无法保证足够的雷诺数,在此文中就无视了)。

    经过一系列的计算(公式其实之前都给出过,就不在此列举计算过程了),得出的机翼数据如下:

    翼面面积:5平米。用十五米的翼展乘以一米的翼宽就可以实现,展弦比达到5:。

    阻力(牵引力):24n。升阻比为5(达到民间科学家的标准了!)

    这个数据其实是有相当难度的。这样大的翼面,只能用木头骨架和蒙布铺设,才能控制好重量。

    同滑翔机之父,德国人奥托·李林塔尔于9年制作的固定翼滑翔机的数据来比较一下:他用木和竹加布蒙皮制作,宽7米,重2公斤,翼面面积约0平米。滑行成绩是5米高滑下了90米(滑翔比6)。

    起来也还不错,不是吗?

    李林塔尔的滑翔机过于重视升力,没有重视操控,因此他死于一次迎风事故:突然增大的风速让他的升力迅速增大,而升力中心和重力中心的错位产生一个上扬扭矩,使攻角迅速增大,而他又没有及时控制机身低头……96年月9日,他死于诺韦山。

    李治不想自己也遭遇这样的悲剧,因此把滑翔机上安装了全套的控制机构:襟翼,升降舵,垂尾,方向舵。如果蒙古高原上突然刮起强风,他可以改变升降舵的,让它的攻角迅速增大,获得很大的升力,从而产生一个让机头下降,使主翼攻角变小的力矩。最主要的,就是整个滑翔机的重心和升力中心距离变小,而且重心要前于升力中心。

    牵引力是24n,那么牵引功率就很好计算了,乘以0m/s的速度,得出牵引功率就是24w。

    按照英国人对马匹功率的测试——其实这也是“匹”这个英制功率单位的由来,一匹马的功率就可以达到745w,实在是绰绰有余。

    和马相比,人类弱爆了,有数据表明,人类的机械输出功率一般只有00w(长时间)。但是5s内爆发功率可以到达一匹马力的水平。(英国人那匹马明显在划水嘛不是吗?)

    附上资料:根据一项国外自行车训练测定资料,未经训练的普通男性成年人输出功率(瓦/千克体重)如下:

    5秒:072;分钟:56;5分钟:252;20分钟:2;(女性低20%左右)

    这个数据乘以你的体重,就是你在这个“发功”时间段上能够达到的机械功率输出啦~

    如果想锻炼的朋友,用这个数据可以安排锻炼量。而很多人尝试过人力飞行,那么以这个滑翔机的空气动力学效率,250瓦的输出功率需求,70公斤体重的人大概能维持不到5分钟。

    可见至少现在,人力飞行还是面临着人类机械功率不足的先天制约。

    好了,设计好参数以后,李治找来木匠,两翼各长七米左右,用整木梁做龙骨,然后木片作为蒙皮的支架,控制翼形,最后用棉布(丝绸当然也可以,就是太贵了,工程师要节约点不是吗)作为蒙皮。机身差不多和翼展一样长,因此是两段木料接合而成,尾部有同样方法制成的垂直尾翼和升降舵。

    机身的自重还是达到了5公斤,李治此时体重大概60公斤,因此他只有50n的升力余量。考虑到拖拽绳索的角度,幸亏拖拽力只有20多牛顿,因此几乎是勉强达到了设计要求。

    在胜州大营,几万士兵紧张的注视中,李治和他的“飞将军一号”,即将要开始试飞了。李道宗亲自骑马,为滑翔者一号提供牵引。谁都不想错过这精彩的一幕。