飛機的機翼(wing)是最重要的部件,透個空氣掠過機翼創造升力,使得飛機能翱翔天際…
不!也沒有這麼簡單,只透過機翼的話,飛機會因為力矩(torque)而打轉不受控制,萊特兄弟的飛行器能叫做「飛機」只因裝備有垂直尾翼(vertical stabilizer)和水平尾翼(horizontal stabilizer)。
力矩是飛機結構,甚至力學中非常基本的概念。如下圖,三角形是支點(pivot),棒形隨著支點旋轉,當F1施加力量時,長棒會逆時針旋轉,在F2施加力量時,長棒便會順時針旋轉,這不就是小學常識學過的支點、重點、力點嘛!
當施力的一點越遠離支點,旋轉力量就越大,這是槓桿原理(Principle of the levers)的基本。如上圖,如果兩個力量一樣大,即F2=F1,因為L2>L1,長棒就會順時針旋轉。
同樣道理,如果兩邊同時施力而長棒又要靜止不旋轉從而保持平衡,那算式就要等如:
F1 x L1 = F2 x L2
聰明的同學一定聯想到了吧!其實飛機也是用同樣道理平衡呢!飛機的重心(Centre of Gravity, CG)就如同支點,機身會因為不同的施力點隨著CG旋轉。飛機的機翼(Wing)會產生向上的升力(Centre of Pressure/ Centre of Lift, CP),這樣飛機飛行時只會逆時針打轉,根本飛不起來,水平尾翼上的升降舵(elevator)就是要產生一個下墜力(Down load/ Tail load),來平衡飛機使之不會逆時針打轉。
而飛機轉向、受風時也會產生偏航(yaw)的副作用(secondary effect),如下圖所示,飛機轉右時左邊翼阻力較大,使得飛機不自覺偏航向左,這時垂直尾翼(vertical stabilizer)上的方向舵(rudder)就可以平衡飛機抵銷偏航向左的副作用,使得飛機會直線航行。
飛機最常用的控制介面就是方向舵,古時人們設計飛行器時沒有想到方向舵如此重要,只是著眼於飛行器如何上升下降,而只有萊特兄弟發明了有效、可控制的方向舵,製造出真真正正的「飛機」,這就是為什麼飛機一定要是這個樣子嚕!✈
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