飛行傘的飛行力學----阻力為甚麼不會使你慢下來 譯自"越野" NO.54
我們先從希臘人發現的一些理論開始來看.,亞理士多德認為物體必有一恆力推動始得
以保持前進,這是個有趣的觀點而似乎也頗符現實.不過他錯了,如果一物體以等速直線
前進,加諸於其上的合力是零.此為牛頓第一運動定律,用諸於飛行傘運動和其他場合都
對.
願諸力與你同在:
瞭解加諸於飛行傘上的各個力可以讓我們飛的更好.利用這個經由傘布我們可以在空中
飛的更久.飛行傘飛行當中產生的作用力包括昇力,阻力和重力.
空氣流經傘產生昇力更進一步說是傘以正常的角度在空氣中前進產生昇力.阻力可以當做是傘前進中磨擦產生的一個相反的作用力.重力以垂直的方向向下產生做用到地上通常稱為傘重.當其接近地面作用於一物的力的大小是該物質乘以9.81單位是牛頓簡寫N.傘廠總是愛用昇阻比值L/D大小來說它們的傘有多好.
如果一架飛機可以用最少的阻力來產生昇力那麼在一 定高度時它可以滑降更遠飛的更久.其昇阻比L/D值等於它在靜風時水平滑行距離和垂直高度相比的沉降率. 飛行傘的L/D值通常是5到7,一些較先進款式號稱到9.滑翔翼是15,而固定翼的滑翔機更高達40.跟其他兩種比較之下飛行傘L/D值雖然不高,但是我們都知道飛行傘具有它們所不能及的(方便)特性.
從圖1可以看出昇,阻力和重力在傘加飛行員重量W為1000N及L/D值為5和7時各力的分佈情形.L/D為5 時昇力L為980N, 阻力D為196N., L/D=7時則L=980N,D=141N.由此可以看出L和W值甚為接近但方向相反,L/D=5和L/D=7兩者最大差異在於阻力的大小.它明顯的告訴我們要提高L/D值或提昇傘的性能最重要和直接的方法是控制或減低阻力.
不要拖著阻力飛:
當我們飛行時重力的大小和方向是恆定的.我們以定速直線飛行時根據牛頓第一運動定
律其合力為零.所以昇力阻力調整到剛好抵銷重力,而由於昇,阻力是要看我們前進時由L
/D值來決定滑降路徑高低,而速度是要看傘在空氣中前進的快慢是否產生足夠的昇力.
昇/阻力與傘在空氣中前進速度的平方成一適當比例.
瞭解這些有甚麼幫助?
根據上述我們可以針對飛行時一些有趣的結果來做以下結論:從上圖中我們可看出不論
是昇阻比(L/D)值是5或7它們的昇力幾乎都是一樣的(980N),這表示傘飛經空氣中的速
度是一樣的而和我們是以甚麼樣的姿勢或是換用細線來減少阻力都沒有關係.有關係的
是L/D值會變或是在靜風中一定高度下滑翔的距離變化.
這個和大多數人所認為的改以流線型坐姿或換用細線的效果是不同的.這些改變不會使你飛的更快,而是使你飛的更遠,你的滑降角度更"平".這也告訴我們如果要改變速度我們得改變傘產生昇力的性能.方法如調整吊帶的TRIM以變更攻角或是踩加速器改變之.利用帶煞車的大小改變傘的形狀也是方法之一.如果想要提高速度我們必須要降低傘的昇力產生能力,讓速度增加直到傘產生足夠的昇力使得合力等於零.
所以我們知道為甚麼阻力不會使你慢下來.如果飛行員以站立的姿勢增加阻力使得速度
變得很慢這時候昇力也降低了,這是因為重量不變,合力受向力量變不平衡而跟著改變.根據牛頓第二運動定律加諸於一物體上之不平衡的力或合力會使它加速所以傘會向下加速或俯衝直到速度增加到以前的值.以直立姿勢飛行時速度是一樣快但是L/D值就很差了.這個方法似乎有助於要降落到狹小的落點上不過以拉小耳朵的方式應來的更有效因為它可以增大阻力使L/D值降低到1!
請勿挺身而飛
有一個有趣的問題:飛行員的姿勢佔阻力的幾%,傘本身產生多少的誘導阻力?經風洞吹
出來的數據顯示一個飛行員用坐的姿勢飛行其截面積大約是0.56平方公尺.假設一般飛
行速度是8.0公尺/秒(28.8KM/HR)可以計算出飛行員的阻力是21.5N,當L/D為7時這個佔
總阻力141N的15%,而其他85%的阻力是來自於傘繩阻力,傘翼型剖面阻力和因產生昇力
伴之而來的誘導組力.即便是飛行員所佔的阻力比例不大假如他從坐姿變成直挺的姿勢
使截面積增加到0.84平方公尺,若根據風洞測試速度不變其阻力增加到32.3N使總阻力
增高到152N而L/D值變成6.5了.怎麼坐很明顯的會有影響尤其是高L/D值的高性能傘.
牛頓的運動定律唸起來是容易要搞懂就得多費心思考了.本文看到此應會使你對它們有
一較進一步的瞭解,同時對飛傘的性能提昇有較深入的認識吧.
不要被地心吸引力吸住你了!