飞机为什么能飞起来呢?


飞机为什么能飞起来呢?

100多年前,美国的莱特兄弟驾驶飞机飞上了天空。现在,飞机已经成为我们重要的交通工具之一。

飞机为什么能飞起来呢?


图1 飞机

飞机为什么能飞起来?

教科书告诉我们:1、因为有足够的动力推动飞机产生加速度。2、因为飞机有一对上凸下平剖面形状的机翼,根据瑞士数学家丹尼尔·伯努利提出的流体动力学原理,这种机翼能够产生足够的升力克服飞机的重力。

飞机为什么能飞起来呢?


图2 机翼升力原理

伯努利原理是:流体的压力会随着速度的增加而减小,反之亦然。

  飞机的机翼上方有一种特殊的凸起,流经弯曲上表面的空气速度比流经机翼平坦下表面的空气更快。按伯努利原理,机翼上表面空气流速加快,气压降低,于是产生了向上的升力。

为什么会流速会变快?伯努利原理没有答案。问题是:有些飞机的机翼是上下对称的菱形、长方形机翼,可以肚皮朝上翻过来飞行,甚至上凸下平的机翼也可以翻过来飞行。按照伯努利原理,飞机翻着飞是会掉下来的。怎样解释这种现象?这是不是说明上凸下平形状的机翼并不是飞机能够飞行的主要原因?

我们都知道火箭可以飞行很远。例如洲际导弹。火箭并没有上凸下平形状的机翼。说句不怎么中听的话,随便一块砖头都能扔出去很远。为什么?有动力呀!但是,砖头飞行不平稳,会翻跟头。瓦片飞行就平稳一些。纸叠的飞机就是比砖头瓦片飞得好。飞机的翅膀有稳定飞行的作用,至少可以防止侧向翻滚和垂直下降。


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图3 火箭

坦率地讲,特殊机翼是会产生升力的,但不是依据伯努利原理,而是源于推动力。本来,飞机上方的空气就比下方的要稀疏一些,遇到机翼的推挤后,自然向上后方高速运动。就像鱼头前的水向上后方溅出一样。向上后方飞溅的气流自然会留下一片低压区,为升力产生创造了条件。向后的气流分力F2不会产生升力;向上的气流分力F1一定能够产生升力。尽管向上后方飞溅的气流会有一部分被低压吸引而顺着隆起后向下弯曲的机翼向后流动,但绝大多数依然直接向后飞。上凸下平的机翼产生的升力可能比上下对称机翼的升力大一些。对于高速飞机来说,动力推挤提高的升力远比机翼形状造成的这点差别大得多,可以忽略这点差别。但低速飞机,尤其是早期飞机,这点差别可能有作用。低速飞机翻过来飞行,可能会出问题。

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图4 升力分析

牛顿第三定律无法解释飞机升力的起因。即使机翼向下推空气,空气会产生一个大小相等、方向相反的向上推力,但机翼依然不会产生升力,只会继续向下推可以压缩的空气。若牛顿第三定律起作用,就不会有飞行事故了。牛顿第三定律也不能解释喷气式飞机飞行的动力原理。

总之,动力是飞机能够飞行的主要因素。机翼只是飞机平稳飞行的主要因素。速度越大,动力因素越强,机翼的因素越弱。同理,速度越小,动力因素越弱,机翼的因素越强。战斗机和运输机的机翼不会一个样。


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