第三节　机动飞行中的空气动力

一、转弯受力

如果从后面看一个平直飞行的飞机，而且如果作用于飞机的力可以看见的话，两个力（升力和重力）是显然的，如果飞机处于倾斜状态，可以明显看到升力不再正好和重力方向相反，升力作用在倾斜的方向上。实际情况是，当飞机倾斜时，升力作用方向是朝转弯的中心且向上的，这是在考虑飞机转弯时要记住的一个基本事实。

一个物体如果静止或者沿直线匀速运动会一直保持静止或匀速直线运动，直到某个其他的力作用于这个物体。飞机和任何其他运动物体类似，需要有一个侧向力使它转弯。在一个正常的转弯中，这个力是通过飞机的倾斜得到的，这时升力是向上和向内作用的。转弯时候的升力被分解为两个分力，这两个分力成合适的角度：一个是竖直作用的分力，和重力成对，称为垂直升力分量；另一个是水平指向转弯中心的分力，称为水平升力分量，或者叫向心力。这个水平方向的力把飞机从直线航迹拉动到转弯航迹上。离心力和飞机转弯时的向心力方向相反，大小相等。这就解释了为什么在正常转弯时使飞机转弯的力不是方向舵施加的（特定转弯情况下除外）。

飞机的驾驶不像小船或者汽车那样，为了转弯，它必须倾斜。反过来说，当飞机倾斜时，它就会转弯，让它不滑到转弯一侧。良好的方向控制是基于一个事实，即只要飞机倾斜它就会转弯，即协调转弯。

这个事实一定要牢记在心，特别是保持飞机处于平直飞行时。单就飞机的倾斜使得它转弯来说，飞机的总升力没有增加。然而就像上面分析的，倾斜时的升力分为两个分量：一个垂直的和一个水平的。这一分解降低了抵消重力的力，进而飞机的高度就会下降，需要增加额外的力来抵消重力。这是通过增加迎角来实现的，直到升力的竖直分量再一次等于重量。由于竖直分力随倾斜角度的增加而降低，那么就需要相应地增加迎角来产生足够的升力以平衡飞机的重力。当进行恒定高度转弯时，一定要记住升力的竖直分量必须要等于飞机的重量才能维持飞机的高度。

对于给定的空速，飞机转弯的快慢依赖于升力水平分量的大小。你会发现，升力的水平分量和倾斜角成正比，逻辑上也遵守倾斜角增加时升力的水平分量也增加，也就加快了转弯的速度。因此，对于任何给定空速，转弯速度可以通过调整倾斜角来控制。

在水平转弯中，为提供足够的升力竖直分量来维持高度，迎角需要有一定的增加。由于机翼阻力直接和迎角成正比，这就导致空速的降低和倾斜角成比例，小倾斜角的结果是空速的少量降低，大倾斜角时空速会降低很多。在水平转弯中，必须要增加额外的推力来防止空速降低；需要的额外推力大小和倾斜角成比例。

必须记住空速增加将导致转弯半径增加，离心力直接和转弯半径成正比。在一次正确执行的转弯中，升力的水平分量必须恰好等于向心力且方向相反。所以，当恒定角速度水平转弯时空速增加，转弯半径也要增加。转弯半径的增加导致离心力的增加，这也必须通过增加升力的水平分量来平衡，它只能通过增加倾斜角来增加。

内侧滑转弯时，飞机转弯的快慢和所倾斜的角度不对应，然后飞机会偏航到转弯航迹的内侧。飞机以一定的角速度转弯而倾斜过多时，水平升力分量大于离心力。升力的水平分量和离心力的平衡只有通过降低倾斜度、降低角速度或者两者的结合才能建立。

外侧滑转弯是由于离心力比升力的水平分量还大，把飞机向转弯的外侧拉。这个倾斜角度时的转弯太快了。外侧滑转弯的纠正引起角速度降低，倾斜角增加，或者两者的结合。为维持一个给定的角速度，倾斜角必须随空速变化。在高速飞机上这特别重要。例如，在400mile/h（1 mile/h=1.609km/h）时，飞机必须倾斜大约44°来完成一个标准的角速度
（3°/s）。在这个倾斜角度上，只有大约79%的飞机升力构成升力的竖直分量，结果是高度的损失，直到迎角增加到足够补偿升力的损失。

二、爬升受力

实际飞行中，处于稳定的正常爬升状态的机翼升力和相同空速时平直飞行的升力是一样的。尽管爬升前后的飞行航迹变化了，但当爬升稳定后，对应于上升航迹的机翼迎角又会恢复到与平飞相同的值。只是在转换过程中，会有短暂的变化。

从平直飞行到爬升的转换期间，升力的变化发生在升降舵刚开始拉起的时候。飞机头的抬升增加了迎角，短暂地增加了升力。此时的升力大于重力，飞机开始爬升。当稳定爬升后，迎角和升力再次恢复到水平飞行时的值。

如果爬升时功率不改变，空速一般会降低，因为维持平飞时的空速需要的推力不足以维持相同的空速来爬升。当航迹向上倾斜时，飞机重量的一个分量作用于相同的方向，和飞机总阻力平行，因此也增加了诱导阻力。所以，总阻力大于推力，空速下降。一般空速下降的结果是阻力的降低，直到总阻力（包含相同方向的重力分量）等于推力。动力、空速的变化一般因不同的飞机大小、重量和总阻力以及其他因素而变化。

通常，当空速稳定后，推力和阻力，以及升力和重力再次平衡，但是比相同功率设置下的平飞状态的空速值要低。由于在爬升中飞机的重力不仅向下作用，还随阻力向后作用，这就需要额外的功率以保持和平飞时相同的空速。功率大小依赖于爬升角度。如果爬升的航迹很陡峭，那么可用功率将不足，空速较低，所以剩余功率的大小决定了飞机的爬升性能。

三、下降受力

如同爬升一样，飞机从平直飞行进入下降状态，作用于飞机的力必定变化。这里的讨论假定下降时的功率和平直飞行时的功率一样。

当升降舵推杆，飞机头向下倾斜时，迎角降低，结果是机翼升力降低。总升力和迎角的降低是短暂的，发生在航迹变成向下时。航迹向下的变化是由于迎角降低时升力暂时小于飞机的重量。升力和重力的不平衡导致飞机从平直航迹开始下降。当航迹处于稳定下降时，机翼的迎角再次获得原来的大小，升力和重力会再次平衡。从下降开始到稳定状态，空速通常会增加。这是因为重力的一个分量在沿航迹向前作用，类似于爬升中的向后作用。总体效果相当于动力增加，然后导致空速比平飞时增加。

为使下降时的空速和平飞时相同，很显然，功率必须降低。重力的分量沿航迹向前作用将随迎角的增加而增加；俯角减小时重力向前的分量也减小。因此，为保持空速和巡航时一样，下降时要求降低的功率大小通过下降坡度来确定。