人力驱动飞机.docx

依靠人的体力驱动的飞机。早期人们模仿鸟类飞行，试图制造靠人力驱动的扑翼机，可望最先用于体育竞技活动。都没有成功。主要原因是人的体力有限，平均时速12.7公里。健壮的人在10分钟内只能连续发出0.26千瓦（0.35马力）的功率，按每公斤体重所能发出的功率计算，远不如鸟类。其次，使单位机翼面积上的载荷减少到与一般鸟类相同的水平。在当时的科学技术水平下，再加上大的<a href= target=_blank>机翼</a>面积，还不可能制造出重量很轻、飞行效率高的扑翼机。人力飞机的空机重量可降低到仅30公斤左右。滑翔机的出现和发展又重新推动人力飞机的研制活动。20世纪30年代，有人在轻型滑翔机上安装空气螺旋桨和类似自行车的脚踏传动装置，依靠人的双脚蹬踏带动螺旋桨来产生飞行的动力，曾实现了短距离的平飞。20世纪30年代，60年代以后大量新型材料（碳纤维和芳纶纤维复合材料、聚苯乙烯泡沫塑料、聚酯薄膜等）的问世为制造极轻的飞机机体创造了条件，人力飞机的空机重量可降低到仅30公斤左右。再加上大的机翼面积，使单位机翼面积上的载荷减少到与一般鸟类相同的水平。较低的飞行速度使人力飞机飞行所需的功率减小到人力能胜任的程度，为实现较长距离的飞行创造了条件。按每公斤体重所能发出的功率计算，1979年美国的“蝉翼信天翁”号人力飞机(见彩图)首次完成了横越英吉利海峡的飞行，平均时速12.7公里。人力飞机尚处于发展的初期，都没有成功。可望最先用于体育竞技活动。

直升机升力与阻力计算公式
升力和阻力公式

根据升力、阻力与上述诸因素的关系,升力、阻力公式如下:

升力:Y=Cy 1/2 ρv2s

阻力:X=Cx 1/2 ρv2s

式中:Y—升力;X—阻力;ρ—空气密度;s—机翼面积;Cy—升力系数;Cx—阻力系数;v—气流速度

Cy、Cx是翼型、迎角、机翼形状、飞机表面光滑和流线性对升力、阻力大小的影响。其数值通过实验测得。

飞行中,机翼翼型、面积和形状及飞机状况等一般是不变的。在同一高度飞行时,空气密度也可看成相对不变。那么,升力和阻力的大小就取决于速度和迎角。在飞行中,是用改变速度、改变迎角来改变升力和阻力。

更多资料：

升力公式
升力公式

原圖片取自：NASA Glenn Research Center, Learning Technology Project
升力取決於空氣的密度，速度的平方，空氣的黏性以及空氣的可壓縮性，空氣流經物體的表面積，物體的形狀，以及物體與氣流的夾角。一般來說，升力與物體外形，氣流夾角，空氣的黏性，以及空氣的可壓縮性這幾項的關聯是非常複雜的。
其中一種討論這些複雜的關聯性的方法是用一個單一的變數來決定這些關聯。在升力這方面，這個變數稱為升力係數，記為"Cl"。這讓我們能夠將所有無論是簡單或複雜的變因都整合進一個單一的公式。升力公式描述的是升力L等於升力係數Cl乘以密度r乘以速度V的平方乘以翼面積A再除以二。
L = Cl * A * .5 * r * V^2
對於已知的空氣條件，物體外形，以及物體與空氣的夾角，我們必須決定出Cl的值來得知升力的大小。對於一些單純的氣流狀況，物體外形，以及小範圍的夾角時，空氣動力學專家可以算出Cl的值。但是，通常都是經由實驗來求出升力係數。
藉由上面給予的公式，密度由字母"r"來表示。我們不使用"d"來表示密度，因為"d"通常用來表示距離。在許多空氣動力學的課本裡頭，密度通常用希臘字母"rho"〈希臘字的"r"，也就是"ρ"〉來表示。其中”密度乘以速度的平方除以二（1/2 * r * v^2 ）”這一組參數稱為動壓，在白努利方程式中也可以看到。

简单说来，
一个升力，一个重力；
一个发动机推力，一个空气阻力。
飞机在最简单情况下，水平匀速飞行，这时候牛顿他老人家就管用了
竖直方向上升力和重力平衡
水平方向上发动机推力和空气阻力平衡
于是飞机保持匀速直线运动
升力的大小由下式决定：
L=0.5*Rou*V^2*CL*S
Rou为空气密度，V为飞行速度，CL为升力系数，S为机翼面积
只是CL并非常数，确定这个CL可有很多学问赫赫
重力大小怎么确定我就不说了
发动机推力大小怎么确定也不说，解决这个问题需要一个专业
空气阻力
D=0.5*Rou*V^2*CD*S
CD为阻力系数，确定这个系数也有很多学问赫赫

补充楼上的：
当飞机侧滑，气流会对飞机产生一定的侧力，计算公式是将升力公式中Cl给为Cz.
当然还有3个方向的力矩平衡，计算气动力矩时采用不能用参考面积，要用参考长度，一般选用平均气动弦，而力矩系数通常由数值计算或风洞试验或试飞数据确定。

两小时蹬着飞机越海峡

1979年4月，艾伦为飞越英吉利海峡做准备
　　大奖出难题　18年无人破解　“秃鹰”忽展翅　几分钟力拔头筹———

　　1979年6月13日，26岁的自行车运动员艾伦踏动一架“蝉翼信天翁”飞行器，以离海面约2至2.5米的平均高度飞越英吉利海峡，做到了首次用人力推进飞行器飞越海峡。

　　一项大奖刺激人力飞行发展

　　1959年，英国皇家学会设置了一项人力飞行奖，以英国实业家克雷墨的名字命名。它要求人力飞机在相距800米的标杆之间绕弯飞出一个“8”字形才能获奖。这一大奖推动了人力飞机的蓬勃发展。

　　1961年，英国桑普顿大学的学生们首先实现了完全依靠人力的飞行。他们研制的飞机机翼长24.4米，重58公斤，飞行距离45.7米，高度1.52米，最远飞了600米的距离。

　　1972年，英国空军一个小组制成一架“木星”号人力飞机，创造了直线飞行1070米的好成绩，留空时间1分47秒。它最远曾飞到过1200米。

　　1977年，日本大学生又超过了英国人，飞行了2094米，人力飞机有了相当大的进步。但绕标杆飞“8”字航线难度很大。因为人力飞机飞行的高度只有两三米，飞机本身翼展很长，一拐弯，机翼就触地了。

　　“蝉翼秃鹰”拿下5万英镑大奖

　　1977年8月，工程师麦克里迪制成了一架奇特的人力飞机。

　　麦克里迪早年参加过世界滑翔锦标赛，后来年纪大了，开始研制人力飞机。他注意到老鹰和秃鹫的飞行技巧。老鹰和秃鹫能在空中停留几个小时，而从不扇动翅膀。于是，他造了一架没有尾翼的飞机，起名“蝉翼秃鹰”号。

　　这架飞机转弯和俯仰都靠机身前面的鸭式小翼来操纵，重量只有32千克，机翼很长，达30米，只蒙着一层薄薄的塑料膜。驾驶员需半仰卧地坐在机翼下的座位上，用脚蹬链条带动机身后面的螺旋桨。麦克里迪请来艾伦当驾驶员。

　　布莱恩·艾伦1953年出生，身高1.82米，体重62公斤，戴一副宽边眼镜。他参加过自行车比赛，也练习过滑翔。艾伦在用脚踏测力器进行的耐力测试中，证明自己能连续7分钟发出0.33千瓦的功率。

　　1977年8月23日早晨，他们终于实现了18年来没有攻破的难关———“8”字飞行。这架人力飞机总共飞行了7分28秒，高度超过3米，平均速度18千米/小时。由于18年来无人实现“8”字飞行，克雷墨奖奖金数额不断增加，最后达到5万英镑。艾伦和麦克里迪共同赢得了这项航空史上奖金额最高的奖。

　　“蝉翼信天翁”越海峡又拿10万英镑

　　麦克里迪接着要研制一架能飞越英吉利海峡的人力飞机，新飞机取名“蝉翼信天翁”。它没有发动机，只有一套用塑料链条传动的脚踏机构，带动机翼后面的塑料螺旋桨。

　　飞机内部的骨架座舱舱底一前一后安装了两个小塑料轮子。“座舱”其实不过是自行车的座子，外面罩着一层很结实的塑料薄膜。

　　1979年6月13日清晨，艾伦穿着一条运动短裤，上身赤膊，套一件橘红色的救生背心，依旧戴着那副宽边眼镜，钻进座舱。

　　艾伦用力踏动起来，这架只有25千克的怪物载着体重63.5千克的艾伦腾空而起。英吉利海峡最窄的地方只有35千米。“蝉翼信天翁”沿着最近的航线飞行。

　　按原计划，艾伦可以在2小时之内飞完全程。但在途中，海浪变得汹涌起来，天空气流搅动加剧。顶风前进，由于闷热和脱水，艾伦飞行了两个半小时左右后，腿部发生痉挛。这时大约离法国海岸还有12千米。飞机下坠到离海面只有几十厘米。他向随行的救护船招手，表示顶不住了。

　　可就在此时，气流平静了，法国海岸也依稀在望。艾伦精神大振，不顾腿部抽筋，坚持完成最后的航程，全程飞行了2小时49分。

　　“蝉翼信天翁”安全地降落在沙滩上。满身大汗的艾伦步履蹒跚地走下飞机。这一次，他和麦克里迪获得10万英镑的奖励。
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