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滑翔机(glider)与绞盘车

文章类型:应用案例 文章加入时间:2008/5/29 13:27:49 文章点击:2029

工业绞盘
 
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。

滑翔機沒有引擎的動力,它可以靠四種方式升空:(1)彈射器— 將滑翔機架設在彈力繩並向後拉,由駕駛員給予訊號後釋放繩索而彈射出去。(2)汽車拖曳— 將滑翔機繫繩於車上拖曳達適當高度後,駕駛員將繩索鬆開。(3)絞車拖曳— 與汽車拖曳相似,只是利用固定在地上以馬達驅動的絞車來拉滑翔機。(4)飛機拖曳— 以另一部有動力的飛機拖至一定的高度後,滑翔機脫離而自由翱翔。更初级的还可从高处的斜坡上下滑到空中。

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。

滑翔机升空后,除非碰到上升气流,否则空气阻力会逐渐减缓飞机的速度,升力就会愈来愈小,重力大於升力,飞机就会愈飞愈低,最後降落至地面。为了让滑翔机能飞得又远又久,它必需有很高的升力阻力比,这就是为什麼滑翔机的机翼那麼细长,如何突破滞空时间以及飞行高度的纪录是滑翔机设计与制造的最大挑战。滑翔是一种需要高度技巧与飞行知识,藉著自然能量遨游天空的运动。


滑翔机基本术语

主翼
是产生升力的最主要结构,没有它,滑翔机就只能待在地面上了。滑翔机飞行时,受到气流的影响,会倾向左右两边摇摆,所以两翼要造成微微向上倾,形成上反角,亦即从机身前、後看,两翼略成V字形,以减轻左右摇晃的倾向。滑翔机的机翼要有足够的挠性,飞行中遇上紊流,可以稍微上下扑动,避免因变形而折断。

副翼
副翼是连动的,也就是当驾驶杆扳向右,右副翼向上摆时,左副翼同时向下摆,如此滑翔机会往飞行员右下的方向翻滚。

扰流板
车子在路上跑时,如果想慢下来,踩煞车就可以了,但是滑翔机如何煞机呢?扰流板向上打开时,会将机翼上的气流扰乱,而使滑翔机减慢速度并下降。这个功能在降落时也是很有用的。

水平尾翼
主翼除了提供升力之外,亦产生一个会造成滑翔机沿著主翼翼展方向的轴向下翻转的力矩。这是造成许多飞行先驱丧生的原因之一。水平尾翼的功能就是提供一个矫正滑翔机俯仰或上下摇动的力矩,以确保飞行中的稳定性。

垂直尾翼
垂直尾翼能校正飞行中的偏行或左右回转,保持方向的稳定。

升降舵
升降舵也是用驾驶杆操控的。当驾驶杆向後扳,升降舵上摆,机头朝上;驾驶杆向前推时,升降舵下摆,机头朝下。

方向舵
方向舵是利用脚踏板来控制的。飞行员踩下左脚踏板时,方向舵向左摆,机头左转;踩下右脚踏板,方向舵向右摆,机头就右转。仅仅操纵方向舵只能改变滑翔机的位置,不能使滑翔机转弯。滑翔机有很强的直线飞行惯性(牛顿第一定律),转动方向舵会引起侧向滑行,就像开快车急弯时的感觉一样,急弯路面通常会倾斜以防止车子打滑侧行,但是滑翔机在空中是自由的,要使滑翔机转弯而不侧滑,必须同时操纵副翼与方向舵。英文叫做bank,倾斜转弯。



解放五A型双座初级滑翔机是由国家体委沈阳滑翔机制造厂设计制造,主要用于绞盘车牵引的三级滑翔起落航线的训练飞行,其性能如下:

翼 展: 12.332米
机 长: 6.636米
机 高: 1.96米
展 弦 比: 9.2米
翼面积: 16.9m2
净 重: 185+10公斤
飞行重量: 335+10公斤
最大升阻比: 12
有利速度: 50公里/小时
最小下沉率: 1.2米/秒
经济速度: 45公里/小时
最大速度: 150公里/小时
绞盘车牵引: 80公里/时
找开扰流器: 100公里/小时

机翼为上单翼,单支柱支撑木质机翼,2名乘员最大重量 150公斤,1名乘员最小重量60公斤以上,绞盘车牵引钢索长 700-1000米,牵引高度250-300米,留空时间4分钟以上。这驾解放五滑翔机在国内罕见,极具收藏价值,现在国内大型喷气客机上驾机的50岁以上的优秀飞行员都是在这种滑翔机上培养出来的。

滑翔机用绞盘起飞的原理很简单,一般要选择在飞机场进行,在滑翔机正前方1000米的地方放置有一架绞盘车(电动绞盘,类似于水井打水用的辘轳),一条钢缆绳的两端分别固定在绞盘车和滑翔机上,当滑翔机要起飞时,合闸通电,使绞盘车快速旋转,缆绳被卷起来,并越来越短,带动滑翔机在地上飞驰。当滑翔机达到一定的速度后,具备了升空的条件,固定机翼本身是上凸下平的流线型,在高速下由于这种机翼的上面压力低,下面压力高,产生升力,滑翔机开始上升;为了使上升加快,驾驶员同时把操纵杆向怀里轻轻拉动(术语称拉杆或抱杆),使活动机翼上翘,机头很快抬起,飞向天空。

当滑翔机飞到绞盘车的上方时,大约500米左右,要立即把挂在机头上的缆绳甩掉(术语称脱钩),滑翔机就可以自由地飞翔了,但总的是下降的趋势(碰到上升气流的机会较少),所以要掌握好飞行路线,准确着陆,这就要靠经验和驾驶水平了。

 

文章出处:中国汽车绞盘网(Mywinch.com)是中国大陆首创、迄今唯一的汽车绞盘专业网站,业务始创于2001年,历经十年持续经营,为越野车、清障车、消防车、军用车、特种车及工程应用等客户提供手动绞盘电动绞盘液压绞盘和相关技术支持

文章作者:技术中心

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