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流體力學, 飛機升力與伯努利原理

作者:佚名    文章來源:網絡整理    點擊數:    更新時間:2025/3/6

螺旋槳飛機不是靠螺旋槳飛上天的!

之前,“風小扇”一直以為飛機飛行原理就是依靠伯努利定理。

伯努利定理:流體對周圍的物質產生的壓力與流體的相對速度成反比

最初認識到伯努利定理,還是源于它好幾次將人類頭發卷進風扇的那段經歷。后來它才知道,原來風扇在吹風時,由于氣流引起壓強變化,背后也會產生一定的吸引力。這個原理就是伯努利定理。就像在垂直放置的兩張紙中間吹口氣,兩張紙會貼在一塊;地鐵駛過車站,站臺邊上有會明顯被吸的力。

伯努利方程的實驗,兩張紙吹氣 

本以為螺旋槳飛機起飛也是靠這個簡單的原理。螺旋槳旋轉導致飛機上方氣流速度大于下方,所以上方氣壓低,下方氣壓高,進而產生了升力!

 

機翼剖面圖

但后來“風小扇”發現,其實螺旋槳飛機只有一小部分升力來自伯努利原理,讓飛機起飛的升力更多來源于機翼!

機翼如何產生升力?

先簡單回顧下牛頓第三定律:力的作用是相互的。

牛頓第三定律:兩個物體之間的作用力和反作用力,在同一條直線上,大小相等,方向相反。

機翼就是通過把氣體推向下方,從而得到一種向上反推的升力。原理與螺旋槳通過把氣流推向后方而產生推力一樣。

氣流流過機翼(剖面圖)動畫 

氣流流過機翼(剖面圖)

起飛需要機翼迎角 !

相對于發動機帶動螺旋槳產生的推力,機翼產生升力的效果更高,就是因為機翼有很大的面積,能夠以很低的速度轉移大量的空氣。而轉向產生的升力就傳遞給了機翼。這也是機翼獲得升力的機理?諝庵詴l生轉向,關鍵之處在于機翼的迎角!

迎角導致氣流轉向 

迎角導致氣流轉向

何為迎角?

我們截取機翼的剖面圖來看,迎角就是機翼和水平氣流的夾角,就像我們風扇或螺旋槳單支槳葉的扭角。如果機翼迎角為0,氣流穿過機翼后,會又匯集水平氣流。所以它必須在一定的迎角內,才能產生上升力。起飛時推力最大,尾翼向下偏轉,給一個抬頭力矩,迎角比較大,然后襟翼放下,增加升力,起飛爬升后,襟翼漸漸收起,等爬到一定高度后飛機改平,其實此時仍然有一定的迎角,這個是機翼設計時就有一定的迎角,為維持巡航時飛行器的升力!

螺旋槳飛機模型圖 

螺旋槳飛機模型圖

迎角真的很重要!

前年波音737的事故就是迎角傳感器故障,導致飛控認為飛機迎角過大而開始自動調整飛機飛行姿態!然后就反復調整飛機進入俯沖,以增加速度,獲得升力,但結果此時飛機并沒有迎角偏大,結果飛機在飛行員控制下強行拉起,然后飛控又進入俯沖,最后飛機失去高度墜毀!

波音737的事故現場 

波音737的事故現場

盡管和螺旋槳飛機的升力來源和自己想不一樣,“風小扇”還是決定留下來等待螺旋槳“崗位”的面試結果!

Tags:飛機升力,流體力學,空氣動力學  
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