Cathay Pacific I Can Fly Programme
General Aviation Knowledge
26 May 2003
空氣動力學
1. 定義
空氣動力學是有關氣流及飛機在空中飛行的科學。
2. 飛機在平飛時,飛機的「重量」及「升力」分別發揮拉動飛機及保持機身在
空中的作用,因此,當重量與升力相等,機身便能保持在相同高度。假如
– 推力>阻力:飛機加速;阻力>推力:飛機減速
– 升力>重量:飛機爬升;重量>升力:飛機下降
3. 機翼表層的平面弧度較底層的大,當兩粒空氣粒子在翼尖分開,然後同時沿
機翼後緣回來,表層的粒子因表層平面面積較大,移動速度較底層的粒子快。
4. 根據液體動力學的基礎理論,隨著液流速度增加,其壓力會相應減少。雖然
移動較快的空氣會令表層的壓力減少,但因移動較慢的空氣在底層形成較高
氣壓,此氣壓上的差異便能把機翼向上「抽起」。
DDrraagg 阻阻力力TThhrruusstt 推推力力
WWeeiigghhtt 重重力力
LLiifftt 升升力力
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26 May 2003
5. 假如機翼的「基本形狀」損毀,例如表層凝結冰塊,產生升力的能力便會大
幅減少甚至完全喪失,屆時飛機可能沒能力起飛。
6. 機翼是航空界一個非常重要的表徵,因此所有國泰航空機師均配戴機翼襟。
7. 氣流除可把機身保持在空中外,當氣流撞擊升降舵.副翼和方向舵時,更可
用以控制飛機的方向。
8. 可操控飛機移動方向的操縱面有三種,分別是升降舵、方向舵及副翼。
氣流 Air stream
升力
Lift
Higher pressure exerted by slower-moving air
移動較慢的空氣粒子會造成氣壓較高
移動較快的空氣粒子會引致氣壓較低
Lower pressure due to faster-moving air
機翼橫切面
WING
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9. 「升降舵」靠前後移動操縱桿控制。向後拉動操縱桿會令升降舵向上彎折,
使飛機沿橫軸向上傾斜。因此,飛機會上升。
10. 「副翼」靠左右移動操縱桿控制。把操縱桿右移會令右面的副翼向上傾,左
面的副翼則向下傾,從而使飛機沿縱軸右轉。
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11. 「方向舵」靠移動方向舵腳踏控制。推動左面的腳踏可令方向舵向左傾,從
而使飛機沿垂直軸靠左偏航。
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引擎
1. 活塞式引擎如何運作?
目前差不多所有汽車及小型飛機均利用四衝程燃燒循環的原理,把汽油轉化為動力
。此四衝程燃燒循環在一八六七年發明,由以下四組衝程組成:
– 進氣衝程:當活塞向下移,衝程便開始。此時進氣閥打開,汽油和空氣流
入,排氣閥則關閉。
– 壓縮衝程:當活塞向上移返回原來位置,衝程把氣體壓縮至活塞上的空間。
燃料經壓縮後,令引擎的功率大大提升,輸出能量。
– 燃燒衝程:兩道閥門保持關閉,內燃室的氣體與火花相遇後迅速燃燒,所
產生的熱力令氣體產生強大壓力,迫使活塞下降至原來位置。
– 排氣衝程:排氣閥打開後,排氣衝程展開。上升的活塞迫使經燃燒的氣體
或廢氣從油缸經排氣口排出。此衝程在上死點結衝,燃燒循環亦告完結。
(四衝程燃燒循環)
A B
Intake open 進氣閥打開 Valves closed 閥門關閉
Intake Stroke 進氣衝程 Compression Stroke 壓縮衝程
C D
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Valves closed 閥門關閉 Exhaust open 排氣閥打開
Power Stroke 動力衝程 Exhaust Stroke 排氣衝程
2. 渦輪式引擎如何運作?
燃氣渦輪式引擎由三部分組成:
– 壓縮器:把輸入的空氣壓縮為高壓
– 燃燒區:把燃料燃燒產生高壓及高速氣體
– 渦輪:從內燃室流出的高壓及高速氣體中抽取能量
(操作循環)
Compressor 壓縮器
Combustors 燃燒室
Turbines 渦輪
Exhaust 排氣口
3.渦輪引擎與活塞引擎的比較:
– 活塞引擎比較,引擎輸出的功率與引擎本身重量的比例相當理想。
– 燃氣渦輪引擎的體積較同等功率的活塞引擎細小。
– 燃氣渦輪需在高溫下操作,故此其設計及製造過程涉及的工程及材料均較
複雜。
– 燃氣渦輪引擎較同樣大小的活塞引擎昂貴,在空轉狀態時所消耗的燃料也
較多。
4. 渦輪引擎與活塞引擎的分別:
– 渦輪引擎的空氣壓縮度較高,故此性能較佳,尤其在較高的飛行高度。
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– 渦輪引擎可藉不同的型式產生推力,例如渦輪噴射式引擎、渦輪扇葉式引擎
及渦輪螺旋槳式引擎等。活塞引擎則只靠螺旋槳產生推力。
5. 渦輪引擎的不同型式:
– 渦輪噴射式引擎:由壓縮器、內燃室及渦輪組成,透過把相對較少量的空氣
的速度提升,藉高速產生推動飛機所需的反作用動力。
– 渦輪扇葉式引擎:即是在渦輪噴射式引擎的前端安裝扇葉,因此渦輪最後階
段的運作會驅動一條管軸,把動力回傳至引擎前端,推動扇葉。
– 渦輪螺旋槳引擎:渦輪螺旋槳引擎與渦輪扇葉式引擎相類似,只是引擎的前
端以傳統的螺旋槳代替扇葉。
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