推力对抗阻力

阻力是在空气中运动的代价。飞机工程师将其分为两类。

1. 寄生阻力。 这源于形状和表面：机身、轮胎和支柱推开空气产生的压差阻力，以及空气沿表面摩擦产生的蒙皮摩擦阻力。它的行为与升力类似：D_p = ½ρV²S × C_D0。它随速度的平方增长。

2. 诱导阻力。 这是产生升力的代价。有限跨度的机翼会将空气向下推，空气在翼尖卷曲形成旋转的翼尖涡流。这种浪费的能量表现为向后的力：D_i = ½ρV²S × C_L² / (π e AR)。这里 AR 是展弦比（翼展的平方除以机翼面积；细长机翼具有较高的 AR），e 是小于 1 的效率因子。

综合起来，总阻力系数为 C_D = C_D0 + C_L² / (π e AR)。

玩具飞机的数值。 玩具飞机的 C_D0 = 0.03，e = 0.8，AR = 7.5（教学值）。在平飞中 L = W，因此 C_L = 2W / (ρV²S)，且随速度增加而减小。这意味着诱导阻力随速度下降（与 1/V² 成正比），而寄生阻力随速度上升（与 V² 成正比）。玩具飞机的数据如下：

• 25 m/s：寄生阻力 184 N，诱导阻力 834 N，总计约 1,020 N。低速飞行时诱导阻力占主导。
• 36.5 m/s：寄生阻力 392 N，诱导阻力 391 N，总计约 783 N。这是最小阻力。
• 50 m/s：寄生阻力 735 N，诱导阻力 208 N，总计约 943 N。
• 80 m/s：寄生阻力 1,882 N，诱导阻力 81 N，总计约 1,963 N。高速飞行时寄生阻力占主导。

将总阻力对速度作图，你会得到一条U 形曲线。在 U 形底部，诱导阻力和寄生阻力相等。这就是最佳升阻比对应的速度：在 36.5 m/s 时，飞机的 L/D = 9,810 / 783 ≈ 12.5。对于喷气式飞机，这个速度接近获得最大航程的速度，尽管确切的最佳速度也取决于发动机。滑翔机飞行员会在此速度附近飞行，以在每下降一米高度时覆盖最远的距离（世界 6）。

发动机的作用。 在平稳飞行中，推力必须等于阻力，因此推力由阻力曲线决定。在最佳升阻比下，玩具飞机只需约 785 N 的推力即可承载 9,810 N 的重量。飞得更快或更慢，所需的推力都会再次增加。

如何减少阻力。 光滑的外形和可收放起落架可以减少寄生阻力。更长、更窄的机翼（高展弦比）可以减少诱导阻力，因为 D_i 与 AR 成反比。这就是滑翔机拥有长机翼而客机拥有翼梢小翼的原因（世界 7）。发动机主要分为两大类：螺旋桨（使大量空气加速一点点）和喷气发动机（使少量空气加速很多）。世界 4 解释了喷气发动机如何产生推力。