作者序
「本機現在在足摺岬上33,000英呎高空,大約是10,000公尺,以0.83馬赫,相當於音速的0.83倍的速度飛行中。」
坐飛機旅行時,我們常常會聽到這樣子的機內廣播。聽到廣播後,一邊找尋窗戶外面的足摺岬時,你是否也會思考著「0.83馬赫實際上到底是多快?」「要飛到0.83馬赫需要多少作用力?」「為什麼要比較飛行速度和聲音的速度?」「空氣中的阻力是多少?」「為什麼可以飛?」等等問題呢?
為了解答這種單純的疑問,並且讓讀者可以更直接的理解答案,筆者在撰寫本書時,將主軸放在以下兩個重點:
• 只有看圖,也能理解
• 將實際的數值套入公式計算
例如,重量為W的飛機往上爬升時,需將機首角度提高至γ度,該公式為:
(飛機重量的分力)=W sin γ
假設W=300噸,γ=5°時
(飛機重量的分力)=300×sin5°≒26噸
可以得知,與水平飛行比起來,飛機爬升時需要額外龐大的26噸作用力。為了實際計算,本書準備了可用電子試算表軟體運算的公式,像是大氣狀態變化、速度換算等,放在各章專欄之中。
第一章是航空力學概論。航空工程是一門研究如何生產飛機的學問,其中應用了飛行相關基礎科學知識。而航空力學則是研究航空工程中最基礎事務的學問。本章有更詳細的說明。
第二章的主角是空氣。飛機是利用空氣中潛在的作用力飛行。本章會解釋飛機飛往天空時空氣的作用力如何變化,並說明飛行速度及馬赫又是怎麼測量的。
第三章的主題是升力和阻力。升力和阻力都是飛機在空氣中飛行時所承受的作用力。升力是與飛行方向垂直的作用力,而只要是與飛行方向相反的作用力都統稱之為阻力。因此,只要改變飛機的飛行姿態和方向,升力和阻力作用的方向和大小都會改變。在本章會解說升力和阻力之間的關係以及變化方向。
第四章則會解釋主翼、尾翼、舵等等飛機部位的作用。例如主翼的功能不僅止於產生升力,也會一併說明別名安定板的水平尾翼和垂直尾翼,以及高升力裝置。
第五章主題為航空用引擎。從萊特兄弟的活塞式引擎開始,一直說明到噴射引擎,同時點出各式引擎的特徵。另外也會簡單說明螺旋槳是如何作用,如何產生作用力,它的特徵又是什麼。
第六章會解說飛機的性能。從起飛到降落的過程中,飛機需要什麼樣子的性能,這邊將以實例做具體解說。
本書雖稱作航空力學入門,但不過是將讀者帶到門前,抬頭仰望那道厚重的大門而已。筆者希望讀者在讀過本書之後,能夠對航空力學產生興趣。
最後,特別感謝非常照顧筆者的科學書籍編輯部石井?一先生,謝謝。
?
中村寬治