飛機飛行的原理是什麼?

坤哥246919771


飛機飛行基於“空氣動力”原理,空氣動力和物體的運動速度有很大關聯,低速和高度差異很大,氣流和物體之間的相對運動和產生的空氣動力都基於以下4種規律:1、相對運動原理;2、連續性原理;3、伯努利定理;4、可壓縮原理。而飛機從誕生到現在也從螺旋槳時代進入了噴氣式發動機時代。

自然界最基本的規律之一便是能量守恆,瑞士科學家伯努利通過悉心研究,從流體運動中的速度、壓力、密度等參數之間找到了變化的規律。意指理想流體流速大的地方亞強低,流速小的地方壓強高;流體的靜壓和動壓相加是一個常數。但上述條件忽略的流體的壓縮性和黏性條件,在流速較低情況下,尤其是低亞音速適用。

當飛機高速飛行時,飛機會對空氣施加很大壓力,這會導致氣流密度、溫度和壓力發生很大變化,氣流的流動特性和低速時大有迥異,在超音速時,還會產生和低速完全相反的流動狀態,所以當飛機時速超過0.3馬赫時,就必須考慮空氣的壓縮性。

我們以固定翼航空器為例,它主要依賴機翼產生升力支撐飛機飛行,機翼上產生升力是飛機和空氣相對運動的結果。根據流體連續性原理和伯努利定理,空氣在管道中流動時,管道中截面積小的地方流速大、壓強小;管道截面積大的地方流速小、壓強大。於是機翼在空氣中運動時產生了升力。當飛機速度不斷提升,達到音速時,飛機還會遇上音障,這會導致飛機升力下降,阻力激增,氣動力中心後移,翼面抖動等。這就需要飛機工程師採取新的設計方法。


航空之家


飛機的起飛,是在有仰角下迎風飛行,機翼上下表面產生壓差而形成升力。而這種升力來源於伯努利原理等。

18世紀,由伯努利提出的伯努利方程是早起研究流體的重要理論基礎。簡單來說,伯努利方程可以得出,對於流體中物體來講,隨著流體速度的增大,流體對物體產生的壓強會減小,這個原理在生活中有著大量的實際應用。

對於飛行器來講,一個物體迎風運動,會產生阻力。氣流從物體上下表面通過,因為物體形狀的不同,對上下表面產生的下壓力和升力會不同。但飛機上下壓力差超過了其重力,飛機就可以飛起來了。通過下圖也可以看出,機翼上下表面產生壓差而形成升力。

我們也常常應用伯努利方程可以解釋很多日常流體的現象,例如體育活動中的香蕉球,弧圈球的產生。但伯努利原理畢竟是18世紀的成果,現代實際飛行中,對於飛行原理的考慮要複雜的多,還有各種湍流等影響因素,需要應用現代流體力學去進行計算和解釋。

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量子實驗室


飛機為什麼能飛在天上呢?為什麼我背上一塊門板,從懸崖上跳下來,並不能飛起來呢?

這其中就涉及到一些有趣的空氣動力學原理。

大家可以找兩張A4紙,平行著拿好,然後對著兩張紙中間吹氣:

如上圖所示。按照直覺,吹氣的話肯定會把紙吹跑啊,多簡單。但是你試一試就知道了,一吹氣,這兩張紙就會靠得更近。為什麼呢?這就是伯努利原理了。流體流速越快,壓強越小。兩張紙中間的空氣流速快,壓強就小,紙就被壓到了中間。

飛機上,也有這麼個原理。

機翼上方空氣流速快,壓強小;下方空氣流速慢,亞強大。壓強差就會把機翼託舉起來。

但這是唯一的作用力嗎?當然不是的。實際上,如果你仔細觀察這個圖,你會發現,這個壓強差帶來的作用力,必然是垂直於機翼向上的。但實際上,飛機不僅能正著飛,還能上下顛倒著飛:

這時候,伯努利原理帶來的氣壓差就傾向於讓飛機墜下去。但這還是飛得好好地啊,為什麼呢?

在航空界,有一句話說得好,叫只要動力足,搬磚也能飛上天。

只要向前的動力足,讓機翼有一點仰角,空氣就能頂起機翼,好像放風箏一樣,就讓飛機飛起來了。

在實際的飛機上,這兩種作用都存在,扮演者不同的角色。還有很多其他效應,諸如湍流啊,激流啊之類的,氣體粘性也會變得不理想。

N-S方程,就是描述更復雜的情況的方程。感興趣的可以去找教科書看一看,不感興趣的也可以感受一下,飛機飛起來到底是多麼複雜的一個事情。


IvanZhu


千百年來,人類一直渴望能像鳥兒一樣自由的飛翔,直到1903年,萊特兄弟發明了飛機。現在,飛機是高速、安全的交通工具,也是成為現代經濟社會的重要組成部分。

飛機之所以能飛行,其實比較簡單,它一靠前進的動力,二靠上升的浮力,飛機飛行的動力來源就是靠發動機提供的推力,高速氣流流過機翼時的壓力差產生了強大升力,這是能飛行的根本。

發動機通過壓縮空氣,噴出高速氣流,根據作用力與反作用力,由此產生強大推力,使得飛機可以前進。同時,在飛機前進過程中,空氣氣流流過機身和機翼,機翼是通過精巧設計的,根據伯努利原理,當流體的流速越大,壓強就越小,流速越小,壓強就越大。

飛行時,當空氣流到機翼前緣時會被分成上、下兩股氣流,分別沿機翼的上、下表面流過,在機翼後緣重新匯合向後流去。機翼上表面比較凸出,流管較細,說明流速加快,壓力降低,而機翼下表面氣流受阻擋作用,流管變粗,流速減慢,壓力增大,於是機翼的上下表面出現了壓力差,這就產生了垂直向上的升力,這得使得飛機藉助機翼上獲得的升力克服自身重力,從而飛翔在天空中了。

當然,飛機結構比較複雜,除去機翼,還有副翼、尾翼等結構,這能讓龐大的飛機飛得非常平穩。


震長


最近正在學飛,下洗氣流反作用力形成升力




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一身羊皮


機翼上方流速大,向下的壓強小,下方流速小,向上的壓強大,形成了向上的壓強差,產生升力!

請看下面的演示視頻

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邸達物理


大眾對飛機是比較好奇的,心中總會有許許多多的問號,飛機是怎麼飛起來的?飛機是怎麼操縱的?飛機的構成是怎樣的?其實,飛機並不神秘,相信看完這些圖,你就會秒懂一些飛機相關的知識!

大多數飛機由五個主要部分組成:機翼、機身、尾翼、起落裝置和動力裝置。

飛機的操縱面

機翼的主要功用是為飛機提供升力,以支持飛機在空中飛行,也起一定的穩定和操縱作用。在機翼上一般安裝有副翼和襟翼。操縱副翼可使飛機滾轉;放下襟翼能使機翼升力係數增大。

可不能說飛機是由鋼鐵造成的,鋼鐵只佔很少一部分。

飛機的受力:

升力的產生--氣流流過的壓力差產生了升力,飛行的根本!

流速越快,壓力越小。

機翼受力與迎角大小的關係:

飛機運動的三軸簡化,俯仰、滾轉、偏航:

滾轉是副翼控制的。

副翼是指安裝在機翼翼梢後緣外側的一小塊可動的翼面。為飛機的主操作舵面,飛行員操縱左右副翼差動偏轉所產生的滾轉力矩可以使飛機做橫滾機動。飛行員向左壓駕駛盤,左邊副翼上偏,右邊副翼下偏,飛機向左滾轉;反之,向右壓駕駛盤右副翼上偏,左副翼下偏,飛機向右滾轉。

俯仰運動靠升降舵控制。

偏航運動靠方向舵控制。

飛機的垂直尾翼後緣有一片可以轉動的翼片,稱為方向舵。 方向舵繞垂直軸左右轉動時,垂直尾翼就會受到向左、右方向的橫向作用力,使飛機轉彎。

尾翼:主要功用是用來操縱飛機俯仰和偏轉,以及保證飛機能平穩地飛行。

實際的飛機舵面是這麼動的:

飛機的操縱駕駛艙操控裝置一般為如下形式:控制桿——或者一個控制曲柄,固連在一根圓柱上,通過操縱副翼和升降舵控制飛機的滾轉和俯仰。方向舵踏板——控制飛機的偏航。

操縱飛機的基本方法  

飛行員操縱駕駛盤(或駕駛杆)、腳蹬板,使升降舵、副翼和方向舵偏轉,能使飛機向各個方向轉動。後拉駕駛盤,升降舵上偏,機頭上仰;前推駕駛盤,則升降舵下偏,機頭下俯。向左壓駕駛盤,左邊副翼上偏,右邊副翼下偏,飛機向左滾轉;反之,向右壓駕駛盤右副翼上偏,左副翼下偏,飛機向右滾轉。向前蹬左腳蹬板(即蹬左舵),方向舵左偏,機頭向偏轉;反之,向前蹬右腳蹬板(即蹬右舵),方向舵右偏,機頭向右偏轉。

航空發動機--飛機前進的動力提供渦輪風扇發動機,大型運輸機的發動機。渦扇氣路兩條,外邊這條提供基本70-80%的推力,裡邊這條僅提供20-30%的推力。

現代高速飛機多數使用噴氣式發動機,原理是將空氣吸入,與燃油混合,點火,爆炸膨脹後的空氣向後噴出,其反作用力則推動飛機向前。

下圖的發動機剖面圖裡,一個個壓氣風扇從進氣口中吸入空氣,並且一級一級的壓縮空氣,使空氣更好的參與燃燒。風扇後面橙紅色的空腔是燃燒室,空氣和油料的混和氣體在這裡被點燃,燃燒膨脹向後噴出,推動最後兩個風扇旋轉,最後排出發動機外。而最後兩個風扇和前面的壓氣風扇安裝在同一條中軸上,因此會帶動壓氣風扇繼續吸入空氣,從而完成了一個工作循環。

直升飛機又是怎麼飛起來的?

直升機主要由機體和升力(含旋翼和尾槳)、動力、轉動四大系統以及機載飛行設備等組成。旋翼一般由渦輪軸發動機或活塞式發動機通過由傳動軸及減速器等組成的機械傳動系統來驅動,也可由槳尖噴氣產生的反作用力來驅動。

中國的竹蜻蜓和意大利人達芬奇的直升機草圖,為現代直升機的發明提供了啟示,指出了正確的思維方向,它們被公認是直升機發展史的起點。

直升機前進和上升控制

直升機的頭上有個大螺旋槳,尾部也有一個小螺旋槳,小螺旋槳為了抵消大螺旋槳產生的反作用力。直升機發動機驅動旋翼提供升力,把直升機舉託在空中,旋翼還能驅動直升機傾斜來改變方向。

螺旋槳轉速影響直升機的升力,直升機因此實現了垂直起飛及降落。


奇聞道古今


飛機由機翼、機身、尾翼、起落裝置和動力裝置。飛機飛行過程中大概分為兩種情況,上升和前進。

上升是由於機翼的上表面是曲面的,下表面是平坦的,在機翼運動時與空氣接觸,流經上表面的空氣比流經下表面的空氣相對速度快,根據伯努利定理,上表面的空氣對機翼施加的力小於下表面施加給機翼的力,合力向上就產生了升力。

飛機需要動力使得飛機在上升到一定高度開始向前平穩飛行,這種動力由飛機的動力裝置提供,一般為渦輪噴氣發動機,渦輪風扇發動機,衝壓噴氣發動機,渦輪軸發動機。原理是將空氣吸入,與燃油混合,點火,膨脹爆炸後產生的氣向後,飛機產生一個向前的作用力推動飛機向前。


職場青年


飛機能夠起飛,主要靠的是機長跟副機長,你以為他們工資那麼高是容易的麼。作為機長,在飛行過程中必需長時間的將查克拉凝聚到飛機引擎上,使它產生向後的強大推力,使它能夠前進,但光前進是不夠的,機長還要站著把飛機上部及翅膀上部頂起,讓上部面積大於飛機下部,讓氣流更快的從上部經過,因為氣越快力越輕,於是就又有了向上的力。於是飛機就能正常起飛了。而副機長的工作同樣非常重要,要不時鼓掌激勵機長,以使他能頂住。


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