地面效应 ground effect 学习笔记

内容摘自faa-h-8083-25a pilot handbook


飞机在刚刚离开地面或者水面时,比起有一定高度的平飞状态,
使用略微更慢的速度就能够获得足够的升力。
此现象就是地面效应。


飞机飞行在距离地面数英尺高度时,
由于机翼附近垂直方向上的气流会受到地面的限制,
飞机3轴方向上的气流模式都会发生变化,
因此机翼的上洗流,下洗流,翼尖涡流都随之变化。
地表阻碍和改变了飞机飞行中的气流模式,这就造成了地面效应。

飞机接近地面后,机翼的空气动力特性发生变化,
当升力系数不变时,上洗流,下洗流,翼尖涡流都会减弱。

我们都知道飞机飞行升力的原理主要是由于机翼上下的压力差,
机翼产生不断向下的气团支撑住机体。
但是如果下洗流越强,机翼越难以推动空气向下流动。
在刚起飞和降落的大攻角条件下,诱导阻力更大,飞行速度更慢,
低速飞行时,诱导阻力成为影响动力特性的重要因素。
(但是寄生阻力基本是不变的)


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由于地面效应的作用,翼尖涡流变弱,
由此改变了翼展方向的升力分布,于是诱导攻角和诱导阻力都随之变小。
上面写到,由于诱导阻力在低速大攻角时(也就是起降时)具有的决定性因素,
诱导阻力减少后:
机翼使用一个更小的攻角就能够获得足够的升力;
如果攻角恒定的话飞机的升力系数会获得提升。
很明显,此时推力也应该相应减低,否则高度就会提升。

还有一点需要注意的是,
由于上洗流,下洗流,翼尖涡流的变化,
对速度仪表也会产生影响(change in position error of the airspeed system)。
地面效应会使静压源的数据变大,
其结果就是造成空速表和高度表的显示低于实际数值。
因此飞行员会感觉到起飞离地时的速度显示往往会低于通常所需的速度。


机翼只有在相当靠近地面时才会产生显著的地面效应效果,
当机翼的高度等于翼展时,诱导阻力只会减少1.4%,
当机翼高度为1/4翼展时,诱导阻力会减少23.5%,
当机翼高度为1/10翼展时,诱导阻力会减少47.6%,
因此只有在飞机刚刚离地和落地之前才会感到地面效应的影响。
赛思纳172N型飞机的翼展为36英尺,约11米,
按照上面的数据,当高度降到2-3米之后才能感觉到地面效应。


飞机起飞离地以后,由于地面效应的消失需要注意以下项目:
为了维持相同的升力系统需要提高攻角,
诱导阻力的增加以及相应需要增加的推力,
稳定性的降低和瞬间的机首抬头;
静压降低带来的显示速度的提升。

举例来说,如果飞行员没有正确理解地面效应的影响,
可能会认为速度即使低于参考速度也能正常起飞,
但是一旦飞机离开地面效应的高度,
可能陷入起飞速度不足的麻烦,达不到飞机边缘起始爬升性能的要求。
尤其是当载重大,高密度高度,高气温条件下,
飞机很有可能得不到足够升力而跌回跑道地面。
飞行员还需要注意飞机达到一定正爬升率以后再收起起落架和襟翼。

同样在降落过程中,如果保持一定的攻角,
进入地面效应后带来升力系数提高后需要减低推力,
同时一种漂浮效果可能会随之发生。
如果此时拉起速度过大,漂浮距离就可能发生。

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