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第31章 飞将军一号

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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1000米高的天空,在马匹拖拽速度20-30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,首先让我们看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,乍一看去,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)

其实这个单位本身没什么直接的用途,但他们的比值,称为升阻比(Cl/Cd)。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30:1到60:1之间。

以60:1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,40:1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30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150公里,19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0.8,阻力系数0.012。

(来自于NACA23012翼形在雷诺数6×10e6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10m/s,等同于每小时36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0.3相仿。这个阻力等于0.5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0.7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:

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