我们不想扯的太远去讨论“飞机是怎么飞行的”之类的太大的问题,而仅仅是考虑飞机是怎么抬前轮的,那么原理就十分简单——杠杆原理。
假设一架飞机前轮抬起,后轮着地的状态,我们以后轮为支点,讨论飞机上受到的各种力和力矩。
首先飞机应该受到重力。先看一架飞机能够正常的停在地面上,支点分别是主轮和前轮,那么它的重心一定位于前轮之后和主轮之前,否则它一定不能稳定停住。所以重力产生的力矩一定使飞机低头。
第二飞机的发动机有推力。飞机的发动机高度一定高于地面。因此推力产生的力矩也一定使飞机低头。
第三飞机的机翼会产生升力。飞机在正常平飞时升力与重力是一对平衡力,不仅大小相等方向相反而且作用在同一条直线上。所以平飞状态下的飞机升力产生的、相对于主轮的力矩一定是使飞机抬头的。
第四飞机受到阻力。在正常平飞时飞机的阻力和发动机推力也是一对平衡力,所以阻力相对于主轮的力矩使飞机抬头
小结一下:当飞机前轮抬起,后轮着地在地面滑跑的状态下,一共受到4个力矩的作用,其中发动机的推力和重力使飞机低头,升力和阻力使飞机抬头。
飞机起飞过程中重力的减少可以忽略不计,推力不能减少,阻力不能增加,所以要想让飞机抬头,只有增加飞机升力的力矩。请注意,这里说的是力矩。
增加升力力矩的途径有两条,其一是直接增加升力,升力足够大的时候飞机自然就能抬头。其二是将升力中心向前移动,而将升力中心向前移动又有两种方法:增加飞机前部的升力或者减少飞机后部的升力。
民航客机绝大部分是后尾式布局静稳定飞机,它的平尾布置在飞机的后面。它在起飞时需要将平尾向下压,减少飞机后半部分的升力,甚至产生一个向下的压力,从而抬起机头。
而鸭式布局飞机则可以(可以,不是必须)通过抬起前翼,增加飞机前部升力的方法来抬起机头。
关于飞机抬起前轮之后怎么飞起来,以及下压升降舵或平尾怎么会减少后半部分的升力这种问题,与本问题无关,就不再细说了。